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Theorem isnsg

Description: Property of being a normal subgroup. (Contributed by Mario Carneiro, 18-Jan-2015)

Ref Expression
Hypotheses isnsg.1 ⊢ X = Base G
isnsg.2 ⊢ + ˙ = + G
Assertion isnsg ⊢ S ∈ NrmSGrp ⁡ G ↔ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x + ˙ y ∈ S ↔ y + ˙ x ∈ S

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 isnsg.1 ⊢ X = Base G
2 isnsg.2 ⊢ + ˙ = + G
3 df-nsg ⊢ NrmSGrp = g ∈ Grp ⟼ s ∈ SubGrp ⁡ g | [˙Base g / b]˙ [˙+ g / p]˙ ∀ x ∈ b ∀ y ∈ b x p y ∈ s ↔ y p x ∈ s
4 3 mptrcl ⊢ S ∈ NrmSGrp ⁡ G → G ∈ Grp
5 subgrcl ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G → G ∈ Grp
6 5 adantr ⊢ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x + ˙ y ∈ S ↔ y + ˙ x ∈ S → G ∈ Grp
7 fveq2 ⊢ g = G → SubGrp ⁡ g = SubGrp ⁡ G
8 fvexd ⊢ g = G → Base g ∈ V
9 fveq2 ⊢ g = G → Base g = Base G
10 9 1 eqtr4di ⊢ g = G → Base g = X
11 fvexd ⊢ g = G ∧ b = X → + g ∈ V
12 simpl ⊢ g = G ∧ b = X → g = G
13 12 fveq2d ⊢ g = G ∧ b = X → + g = + G
14 13 2 eqtr4di ⊢ g = G ∧ b = X → + g = + ˙
15 simplr ⊢ g = G ∧ b = X ∧ p = + ˙ → b = X
16 simpr ⊢ g = G ∧ b = X ∧ p = + ˙ → p = + ˙
17 16 oveqd ⊢ g = G ∧ b = X ∧ p = + ˙ → x p y = x + ˙ y
18 17 eleq1d ⊢ g = G ∧ b = X ∧ p = + ˙ → x p y ∈ s ↔ x + ˙ y ∈ s
19 16 oveqd ⊢ g = G ∧ b = X ∧ p = + ˙ → y p x = y + ˙ x
20 19 eleq1d ⊢ g = G ∧ b = X ∧ p = + ˙ → y p x ∈ s ↔ y + ˙ x ∈ s
21 18 20 bibi12d ⊢ g = G ∧ b = X ∧ p = + ˙ → x p y ∈ s ↔ y p x ∈ s ↔ x + ˙ y ∈ s ↔ y + ˙ x ∈ s
22 15 21 raleqbidv ⊢ g = G ∧ b = X ∧ p = + ˙ → ∀ y ∈ b x p y ∈ s ↔ y p x ∈ s ↔ ∀ y ∈ X x + ˙ y ∈ s ↔ y + ˙ x ∈ s
23 15 22 raleqbidv ⊢ g = G ∧ b = X ∧ p = + ˙ → ∀ x ∈ b ∀ y ∈ b x p y ∈ s ↔ y p x ∈ s ↔ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x + ˙ y ∈ s ↔ y + ˙ x ∈ s
24 11 14 23 sbcied2 ⊢ g = G ∧ b = X → [˙+ g / p]˙ ∀ x ∈ b ∀ y ∈ b x p y ∈ s ↔ y p x ∈ s ↔ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x + ˙ y ∈ s ↔ y + ˙ x ∈ s
25 8 10 24 sbcied2 ⊢ g = G → [˙Base g / b]˙ [˙+ g / p]˙ ∀ x ∈ b ∀ y ∈ b x p y ∈ s ↔ y p x ∈ s ↔ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x + ˙ y ∈ s ↔ y + ˙ x ∈ s
26 7 25 rabeqbidv ⊢ g = G → s ∈ SubGrp ⁡ g | [˙Base g / b]˙ [˙+ g / p]˙ ∀ x ∈ b ∀ y ∈ b x p y ∈ s ↔ y p x ∈ s = s ∈ SubGrp ⁡ G | ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x + ˙ y ∈ s ↔ y + ˙ x ∈ s
27 fvex ⊢ SubGrp ⁡ G ∈ V
28 27 rabex ⊢ s ∈ SubGrp ⁡ G | ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x + ˙ y ∈ s ↔ y + ˙ x ∈ s ∈ V
29 26 3 28 fvmpt ⊢ G ∈ Grp → NrmSGrp ⁡ G = s ∈ SubGrp ⁡ G | ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x + ˙ y ∈ s ↔ y + ˙ x ∈ s
30 29 eleq2d ⊢ G ∈ Grp → S ∈ NrmSGrp ⁡ G ↔ S ∈ s ∈ SubGrp ⁡ G | ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x + ˙ y ∈ s ↔ y + ˙ x ∈ s
31 eleq2 ⊢ s = S → x + ˙ y ∈ s ↔ x + ˙ y ∈ S
32 eleq2 ⊢ s = S → y + ˙ x ∈ s ↔ y + ˙ x ∈ S
33 31 32 bibi12d ⊢ s = S → x + ˙ y ∈ s ↔ y + ˙ x ∈ s ↔ x + ˙ y ∈ S ↔ y + ˙ x ∈ S
34 33 2ralbidv ⊢ s = S → ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x + ˙ y ∈ s ↔ y + ˙ x ∈ s ↔ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x + ˙ y ∈ S ↔ y + ˙ x ∈ S
35 34 elrab ⊢ S ∈ s ∈ SubGrp ⁡ G | ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x + ˙ y ∈ s ↔ y + ˙ x ∈ s ↔ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x + ˙ y ∈ S ↔ y + ˙ x ∈ S
36 30 35 bitrdi ⊢ G ∈ Grp → S ∈ NrmSGrp ⁡ G ↔ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x + ˙ y ∈ S ↔ y + ˙ x ∈ S
37 4 6 36 pm5.21nii ⊢ S ∈ NrmSGrp ⁡ G ↔ S ∈ SubGrp ⁡ G ∧ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x + ˙ y ∈ S ↔ y + ˙ x ∈ S