Theorem issubmnd 13605

Description: Characterize a submonoid by closure properties. (Contributed by Mario Carneiro, 10-Jan-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
issubmnd.b	|- B = ( Base ` G )
issubmnd.p	|- .+ = ( +g ` G )
issubmnd.z	|- .0. = ( 0g ` G )
issubmnd.h	|- H = ( G ↾s S )

Assertion

Ref	Expression
issubmnd	|- ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) -> ( H e. Mnd <-> A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S ) )

Distinct variable groups:   x, y, B   x, G, y   x, H, y   x, .+ , y   x, S, y   x, .0. , y

Proof of Theorem issubmnd

Dummy variables v u w are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simplr 529	. . . . 5 |- ( ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ H e. Mnd ) /\ ( x e. S /\ y e. S ) ) -> H e. Mnd )
2		simprl 531	. . . . . 6 |- ( ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ H e. Mnd ) /\ ( x e. S /\ y e. S ) ) -> x e. S )
3		issubmnd.h	. . . . . . . . 9 |- H = ( G ↾s S )
4	3	a1i 9	. . . . . . . 8 |- ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) -> H = ( G ↾s S ) )
5		issubmnd.b	. . . . . . . . 9 |- B = ( Base ` G )
6	5	a1i 9	. . . . . . . 8 |- ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) -> B = ( Base ` G ) )
7		simp1 1024	. . . . . . . 8 |- ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) -> G e. Mnd )
8		simp2 1025	. . . . . . . 8 |- ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) -> S C_ B )
9	4, 6, 7, 8	ressbas2d 13231	. . . . . . 7 |- ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) -> S = ( Base ` H ) )
10	9	ad2antrr 488	. . . . . 6 |- ( ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ H e. Mnd ) /\ ( x e. S /\ y e. S ) ) -> S = ( Base ` H ) )
11	2, 10	eleqtrd 2310	. . . . 5 |- ( ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ H e. Mnd ) /\ ( x e. S /\ y e. S ) ) -> x e. ( Base ` H ) )
12		simprr 533	. . . . . 6 |- ( ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ H e. Mnd ) /\ ( x e. S /\ y e. S ) ) -> y e. S )
13	12, 10	eleqtrd 2310	. . . . 5 |- ( ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ H e. Mnd ) /\ ( x e. S /\ y e. S ) ) -> y e. ( Base ` H ) )
14		eqid 2231	. . . . . 6 |- ( Base ` H ) = ( Base ` H )
15		eqid 2231	. . . . . 6 |- ( +g ` H ) = ( +g ` H )
16	14, 15	mndcl 13586	. . . . 5 |- ( ( H e. Mnd /\ x e. ( Base ` H ) /\ y e. ( Base ` H ) ) -> ( x ( +g ` H ) y ) e. ( Base ` H ) )
17	1, 11, 13, 16	syl3anc 1274	. . . 4 |- ( ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ H e. Mnd ) /\ ( x e. S /\ y e. S ) ) -> ( x ( +g ` H ) y ) e. ( Base ` H ) )
18		issubmnd.p	. . . . . . . 8 |- .+ = ( +g ` G )
19	18	a1i 9	. . . . . . 7 |- ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) -> .+ = ( +g ` G ) )
20		basfn 13221	. . . . . . . . . . 11 |- Base Fn _V
21		elex 2815	. . . . . . . . . . 11 |- ( G e. Mnd -> G e. _V )
22		funfvex 5665	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( Fun Base /\ G e. dom Base ) -> ( Base ` G ) e. _V )
23	22	funfni 5439	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( Base Fn _V /\ G e. _V ) -> ( Base ` G ) e. _V )
24	20, 21, 23	sylancr 414	. . . . . . . . . 10 |- ( G e. Mnd -> ( Base ` G ) e. _V )
25	5, 24	eqeltrid 2318	. . . . . . . . 9 |- ( G e. Mnd -> B e. _V )
26	7, 25	syl 14	. . . . . . . 8 |- ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) -> B e. _V )
27	26, 8	ssexd 4234	. . . . . . 7 |- ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) -> S e. _V )
28	4, 19, 27, 7	ressplusgd 13292	. . . . . 6 |- ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) -> .+ = ( +g ` H ) )
29	28	ad2antrr 488	. . . . 5 |- ( ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ H e. Mnd ) /\ ( x e. S /\ y e. S ) ) -> .+ = ( +g ` H ) )
30	29	oveqd 6045	. . . 4 |- ( ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ H e. Mnd ) /\ ( x e. S /\ y e. S ) ) -> ( x .+ y ) = ( x ( +g ` H ) y ) )
31	17, 30, 10	3eltr4d 2315	. . 3 |- ( ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ H e. Mnd ) /\ ( x e. S /\ y e. S ) ) -> ( x .+ y ) e. S )
32	31	ralrimivva 2615	. 2 |- ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ H e. Mnd ) -> A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S )
33	9	adantr 276	. . 3 |- ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S ) -> S = ( Base ` H ) )
34	28	adantr 276	. . 3 |- ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S ) -> .+ = ( +g ` H ) )
35		ovrspc2v 6054	. . . . . 6 |- ( ( ( u e. S /\ v e. S ) /\ A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S ) -> ( u .+ v ) e. S )
36	35	ancoms 268	. . . . 5 |- ( ( A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S /\ ( u e. S /\ v e. S ) ) -> ( u .+ v ) e. S )
37	36	3impb 1226	. . . 4 |- ( ( A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S /\ u e. S /\ v e. S ) -> ( u .+ v ) e. S )
38	37	3adant1l 1257	. . 3 |- ( ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S ) /\ u e. S /\ v e. S ) -> ( u .+ v ) e. S )
39		simpl1 1027	. . . 4 |- ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S ) -> G e. Mnd )
40		simpl2 1028	. . . . . . 7 |- ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S ) -> S C_ B )
41	40	sseld 3227	. . . . . 6 |- ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S ) -> ( u e. S -> u e. B ) )
42	40	sseld 3227	. . . . . 6 |- ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S ) -> ( v e. S -> v e. B ) )
43	40	sseld 3227	. . . . . 6 |- ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S ) -> ( w e. S -> w e. B ) )
44	41, 42, 43	3anim123d 1356	. . . . 5 |- ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S ) -> ( ( u e. S /\ v e. S /\ w e. S ) -> ( u e. B /\ v e. B /\ w e. B ) ) )
45	44	imp 124	. . . 4 |- ( ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S ) /\ ( u e. S /\ v e. S /\ w e. S ) ) -> ( u e. B /\ v e. B /\ w e. B ) )
46	5, 18	mndass 13587	. . . 4 |- ( ( G e. Mnd /\ ( u e. B /\ v e. B /\ w e. B ) ) -> ( ( u .+ v ) .+ w ) = ( u .+ ( v .+ w ) ) )
47	39, 45, 46	syl2an2r 599	. . 3 |- ( ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S ) /\ ( u e. S /\ v e. S /\ w e. S ) ) -> ( ( u .+ v ) .+ w ) = ( u .+ ( v .+ w ) ) )
48		simpl3 1029	. . 3 |- ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S ) -> .0. e. S )
49	40	sselda 3228	. . . 4 |- ( ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S ) /\ u e. S ) -> u e. B )
50		issubmnd.z	. . . . 5 |- .0. = ( 0g ` G )
51	5, 18, 50	mndlid 13598	. . . 4 |- ( ( G e. Mnd /\ u e. B ) -> ( .0. .+ u ) = u )
52	39, 49, 51	syl2an2r 599	. . 3 |- ( ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S ) /\ u e. S ) -> ( .0. .+ u ) = u )
53	5, 18, 50	mndrid 13599	. . . 4 |- ( ( G e. Mnd /\ u e. B ) -> ( u .+ .0. ) = u )
54	39, 49, 53	syl2an2r 599	. . 3 |- ( ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S ) /\ u e. S ) -> ( u .+ .0. ) = u )
55	33, 34, 38, 47, 48, 52, 54	ismndd 13600	. 2 |- ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S ) -> H e. Mnd )
56	32, 55	impbida 600	1 |- ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) -> ( H e. Mnd <-> A. x e. S A. y e. S ( x .+ y ) e. S ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   <-> wb 105   /\ w3a 1005   = wceq 1398   e. wcel 2202   A.wral 2511   _Vcvv 2803   C_ wss 3201   Fn wfn 5328   ` cfv 5333  (class class class)co 6028   Basecbs 13162   ↾_s cress 13163   +g cplusg 13240   0gc0g 13419   Mndcmnd 13579

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 619  ax-in2 620  ax-io 717  ax-5 1496  ax-7 1497  ax-gen 1498  ax-ie1 1542  ax-ie2 1543  ax-8 1553  ax-10 1554  ax-11 1555  ax-i12 1556  ax-bndl 1558  ax-4 1559  ax-17 1575  ax-i9 1579  ax-ial 1583  ax-i5r 1584  ax-13 2204  ax-14 2205  ax-ext 2213  ax-sep 4212  ax-pow 4270  ax-pr 4305  ax-un 4536  ax-setind 4641  ax-cnex 8183  ax-resscn 8184  ax-1cn 8185  ax-1re 8186  ax-icn 8187  ax-addcl 8188  ax-addrcl 8189  ax-mulcl 8190  ax-addcom 8192  ax-addass 8194  ax-i2m1 8197  ax-0lt1 8198  ax-0id 8200  ax-rnegex 8201  ax-pre-ltirr 8204  ax-pre-ltadd 8208

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3an 1007  df-tru 1401  df-fal 1404  df-nf 1510  df-sb 1811  df-eu 2082  df-mo 2083  df-clab 2218  df-cleq 2224  df-clel 2227  df-nfc 2364  df-ne 2404  df-nel 2499  df-ral 2516  df-rex 2517  df-reu 2518  df-rmo 2519  df-rab 2520  df-v 2805  df-sbc 3033  df-csb 3129  df-dif 3203  df-un 3205  df-in 3207  df-ss 3214  df-nul 3497  df-pw 3658  df-sn 3679  df-pr 3680  df-op 3682  df-uni 3899  df-int 3934  df-br 4094  df-opab 4156  df-mpt 4157  df-id 4396  df-xp 4737  df-rel 4738  df-cnv 4739  df-co 4740  df-dm 4741  df-rn 4742  df-res 4743  df-iota 5293  df-fun 5335  df-fn 5336  df-fv 5341  df-riota 5981  df-ov 6031  df-oprab 6032  df-mpo 6033  df-pnf 8275  df-mnf 8276  df-ltxr 8278  df-inn 9203  df-2 9261  df-ndx 13165  df-slot 13166  df-base 13168  df-sets 13169  df-iress 13170  df-plusg 13253  df-0g 13421  df-mgm 13519  df-sgrp 13565  df-mnd 13580

This theorem is referenced by:  issubm2  13636