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Theorem issubg2

Description: Characterize the subgroups of a group by closure properties. (Contributed by Mario Carneiro, 2-Dec-2014)

Ref Expression
Hypotheses issubg2.b B = Base G
issubg2.p + ˙ = + G
issubg2.i I = inv g G
Assertion issubg2 G Grp S SubGrp G S B S x S y S x + ˙ y S I x S

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 issubg2.b B = Base G
2 issubg2.p + ˙ = + G
3 issubg2.i I = inv g G
4 1 subgss S SubGrp G S B
5 eqid G 𝑠 S = G 𝑠 S
6 5 subgbas S SubGrp G S = Base G 𝑠 S
7 5 subggrp S SubGrp G G 𝑠 S Grp
8 eqid Base G 𝑠 S = Base G 𝑠 S
9 8 grpbn0 G 𝑠 S Grp Base G 𝑠 S
10 7 9 syl S SubGrp G Base G 𝑠 S
11 6 10 eqnetrd S SubGrp G S
12 2 subgcl S SubGrp G x S y S x + ˙ y S
13 12 3expa S SubGrp G x S y S x + ˙ y S
14 13 ralrimiva S SubGrp G x S y S x + ˙ y S
15 3 subginvcl S SubGrp G x S I x S
16 14 15 jca S SubGrp G x S y S x + ˙ y S I x S
17 16 ralrimiva S SubGrp G x S y S x + ˙ y S I x S
18 4 11 17 3jca S SubGrp G S B S x S y S x + ˙ y S I x S
19 simpl G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S G Grp
20 simpr1 G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S S B
21 5 1 ressbas2 S B S = Base G 𝑠 S
22 20 21 syl G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S S = Base G 𝑠 S
23 fvex Base G 𝑠 S V
24 22 23 eqeltrdi G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S S V
25 5 2 ressplusg S V + ˙ = + G 𝑠 S
26 24 25 syl G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S + ˙ = + G 𝑠 S
27 simpr3 G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S x S y S x + ˙ y S I x S
28 simpl y S x + ˙ y S I x S y S x + ˙ y S
29 28 ralimi x S y S x + ˙ y S I x S x S y S x + ˙ y S
30 27 29 syl G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S x S y S x + ˙ y S
31 oveq1 x = u x + ˙ y = u + ˙ y
32 31 eleq1d x = u x + ˙ y S u + ˙ y S
33 oveq2 y = v u + ˙ y = u + ˙ v
34 33 eleq1d y = v u + ˙ y S u + ˙ v S
35 32 34 rspc2v u S v S x S y S x + ˙ y S u + ˙ v S
36 30 35 syl5com G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S u S v S u + ˙ v S
37 36 3impib G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S u S v S u + ˙ v S
38 20 sseld G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S u S u B
39 20 sseld G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S v S v B
40 20 sseld G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S w S w B
41 38 39 40 3anim123d G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S u S v S w S u B v B w B
42 41 imp G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S u S v S w S u B v B w B
43 1 2 grpass G Grp u B v B w B u + ˙ v + ˙ w = u + ˙ v + ˙ w
44 43 adantlr G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S u B v B w B u + ˙ v + ˙ w = u + ˙ v + ˙ w
45 42 44 syldan G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S u S v S w S u + ˙ v + ˙ w = u + ˙ v + ˙ w
46 simpr2 G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S S
47 n0 S u u S
48 46 47 sylib G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S u u S
49 20 sselda G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S u S u B
50 eqid 0 G = 0 G
51 1 2 50 3 grplinv G Grp u B I u + ˙ u = 0 G
52 51 adantlr G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S u B I u + ˙ u = 0 G
53 49 52 syldan G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S u S I u + ˙ u = 0 G
54 simpr y S x + ˙ y S I x S I x S
55 54 ralimi x S y S x + ˙ y S I x S x S I x S
56 27 55 syl G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S x S I x S
57 fveq2 x = u I x = I u
58 57 eleq1d x = u I x S I u S
59 58 rspccva x S I x S u S I u S
60 56 59 sylan G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S u S I u S
61 simpr G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S u S u S
62 30 adantr G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S u S x S y S x + ˙ y S
63 ovrspc2v I u S u S x S y S x + ˙ y S I u + ˙ u S
64 60 61 62 63 syl21anc G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S u S I u + ˙ u S
65 53 64 eqeltrrd G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S u S 0 G S
66 48 65 exlimddv G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S 0 G S
67 1 2 50 grplid G Grp u B 0 G + ˙ u = u
68 67 adantlr G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S u B 0 G + ˙ u = u
69 49 68 syldan G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S u S 0 G + ˙ u = u
70 22 26 37 45 66 69 60 53 isgrpd G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S G 𝑠 S Grp
71 1 issubg S SubGrp G G Grp S B G 𝑠 S Grp
72 19 20 70 71 syl3anbrc G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S S SubGrp G
73 72 ex G Grp S B S x S y S x + ˙ y S I x S S SubGrp G
74 18 73 impbid2 G Grp S SubGrp G S B S x S y S x + ˙ y S I x S