Metamath Proof Explorer


Theorem cntrsubgnsg

Description: A central subgroup is normal. (Contributed by Stefan O'Rear, 6-Sep-2015)

Ref Expression
Hypothesis cntrnsg.z ⊢ Z = Cntr ⁡ M
Assertion cntrsubgnsg ⊢ X ∈ SubGrp ⁡ M ∧ X ⊆ Z → X ∈ NrmSGrp ⁡ M

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cntrnsg.z ⊢ Z = Cntr ⁡ M
2 simpl ⊢ X ∈ SubGrp ⁡ M ∧ X ⊆ Z → X ∈ SubGrp ⁡ M
3 simplr ⊢ X ∈ SubGrp ⁡ M ∧ X ⊆ Z ∧ x ∈ Base M ∧ y ∈ X → X ⊆ Z
4 simprr ⊢ X ∈ SubGrp ⁡ M ∧ X ⊆ Z ∧ x ∈ Base M ∧ y ∈ X → y ∈ X
5 3 4 sseldd ⊢ X ∈ SubGrp ⁡ M ∧ X ⊆ Z ∧ x ∈ Base M ∧ y ∈ X → y ∈ Z
6 eqid ⊢ Base M = Base M
7 eqid ⊢ Cntz ⁡ M = Cntz ⁡ M
8 6 7 cntrval ⊢ Cntz ⁡ M ⁡ Base M = Cntr ⁡ M
9 8 1 eqtr4i ⊢ Cntz ⁡ M ⁡ Base M = Z
10 5 9 eleqtrrdi ⊢ X ∈ SubGrp ⁡ M ∧ X ⊆ Z ∧ x ∈ Base M ∧ y ∈ X → y ∈ Cntz ⁡ M ⁡ Base M
11 simprl ⊢ X ∈ SubGrp ⁡ M ∧ X ⊆ Z ∧ x ∈ Base M ∧ y ∈ X → x ∈ Base M
12 eqid ⊢ + M = + M
13 12 7 cntzi ⊢ y ∈ Cntz ⁡ M ⁡ Base M ∧ x ∈ Base M → y + M x = x + M y
14 10 11 13 syl2anc ⊢ X ∈ SubGrp ⁡ M ∧ X ⊆ Z ∧ x ∈ Base M ∧ y ∈ X → y + M x = x + M y
15 14 oveq1d ⊢ X ∈ SubGrp ⁡ M ∧ X ⊆ Z ∧ x ∈ Base M ∧ y ∈ X → y + M x - M x = x + M y - M x
16 subgrcl ⊢ X ∈ SubGrp ⁡ M → M ∈ Grp
17 16 ad2antrr ⊢ X ∈ SubGrp ⁡ M ∧ X ⊆ Z ∧ x ∈ Base M ∧ y ∈ X → M ∈ Grp
18 6 subgss ⊢ X ∈ SubGrp ⁡ M → X ⊆ Base M
19 18 ad2antrr ⊢ X ∈ SubGrp ⁡ M ∧ X ⊆ Z ∧ x ∈ Base M ∧ y ∈ X → X ⊆ Base M
20 19 4 sseldd ⊢ X ∈ SubGrp ⁡ M ∧ X ⊆ Z ∧ x ∈ Base M ∧ y ∈ X → y ∈ Base M
21 eqid ⊢ - M = - M
22 6 12 21 grppncan ⊢ M ∈ Grp ∧ y ∈ Base M ∧ x ∈ Base M → y + M x - M x = y
23 17 20 11 22 syl3anc ⊢ X ∈ SubGrp ⁡ M ∧ X ⊆ Z ∧ x ∈ Base M ∧ y ∈ X → y + M x - M x = y
24 15 23 eqtr3d ⊢ X ∈ SubGrp ⁡ M ∧ X ⊆ Z ∧ x ∈ Base M ∧ y ∈ X → x + M y - M x = y
25 24 4 eqeltrd ⊢ X ∈ SubGrp ⁡ M ∧ X ⊆ Z ∧ x ∈ Base M ∧ y ∈ X → x + M y - M x ∈ X
26 25 ralrimivva ⊢ X ∈ SubGrp ⁡ M ∧ X ⊆ Z → ∀ x ∈ Base M ∀ y ∈ X x + M y - M x ∈ X
27 6 12 21 isnsg3 ⊢ X ∈ NrmSGrp ⁡ M ↔ X ∈ SubGrp ⁡ M ∧ ∀ x ∈ Base M ∀ y ∈ X x + M y - M x ∈ X
28 2 26 27 sylanbrc ⊢ X ∈ SubGrp ⁡ M ∧ X ⊆ Z → X ∈ NrmSGrp ⁡ M