Theorem issubmnd 13732

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 533	. . . . 5 |- ( ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ H e. Mnd ) /\ ( x e. S /\ y e. S ) ) -> H e. Mnd )
2		simprl 535	. . . . . 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 1028	. . . . . . . 8 |- ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) -> G e. Mnd )
8		simp2 1029	. . . . . . . 8 |- ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) -> S C_ B )
9	4, 6, 7, 8	ressbas2d 13399	. . . . . . 7 |- ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) -> S = ( Base ` H ) )
10	9	ad2antrr 492	. . . . . 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 2317	. . . . 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 537	. . . . . 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 2317	. . . . 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 2238	. . . . . 6 |- ( Base ` H ) = ( Base ` H )
15		eqid 2238	. . . . . 6 |- ( +g ` H ) = ( +g ` H )
16	14, 15	mndcl 13713	. . . . 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 1278	. . . 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 13389	. . . . . . . . . . 11 |- Base Fn _V
21		elex 2833	. . . . . . . . . . 11 |- ( G e. Mnd -> G e. _V )
22		funfvex 5707	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( Fun Base /\ G e. dom Base ) -> ( Base ` G ) e. _V )
23	22	funfni 5478	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( Base Fn _V /\ G e. _V ) -> ( Base ` G ) e. _V )
24	20, 21, 23	sylancr 418	. . . . . . . . . 10 |- ( G e. Mnd -> ( Base ` G ) e. _V )
25	5, 24	eqeltrid 2325	. . . . . . . . 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 4268	. . . . . . 7 |- ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) -> S e. _V )
28	4, 19, 27, 7	ressplusgd 13460	. . . . . 6 |- ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) -> .+ = ( +g ` H ) )
29	28	ad2antrr 492	. . . . 5 |- ( ( ( ( G e. Mnd /\ S C_ B /\ .0. e. S ) /\ H e. Mnd ) /\ ( x e. S /\ y e. S ) ) -> .+ = ( +g ` H ) )
30	29	oveqd 6092	. . . 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 2322	. . 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 2632	. 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 6101	. . . . . 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 1230	. . . 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 1261	. . 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 1031	. . . 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 1032	. . . . . . 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 3247	. . . . . 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 3247	. . . . . 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 3247	. . . . . 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 1360	. . . . 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 13714	. . . 4 |- ( ( G e. Mnd /\ ( u e. B /\ v e. B /\ w e. B ) ) -> ( ( u .+ v ) .+ w ) = ( u .+ ( v .+ w ) ) )
47	39, 45, 46	syl2an2r 603	. . 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 1033	. . 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 3248	. . . 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 13725	. . . 4 |- ( ( G e. Mnd /\ u e. B ) -> ( .0. .+ u ) = u )
52	39, 49, 51	syl2an2r 603	. . 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 13726	. . . 4 |- ( ( G e. Mnd /\ u e. B ) -> ( u .+ .0. ) = u )
54	39, 49, 53	syl2an2r 603	. . 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 13727	. 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 604	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 1009   = wceq 1402   e. wcel 2209   A.wral 2528   _Vcvv 2821   C_ wss 3220   Fn wfn 5367   ` cfv 5372  (class class class)co 6075   Basecbs 13330   ↾_s cress 13331   +g cplusg 13408   0gc0g 13587   Mndcmnd 13706

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 623  ax-in2 624  ax-io 721  ax-5 1500  ax-7 1501  ax-gen 1502  ax-ie1 1546  ax-ie2 1547  ax-8 1557  ax-10 1558  ax-11 1559  ax-i12 1560  ax-bndl 1562  ax-4 1563  ax-17 1579  ax-i9 1583  ax-ial 1587  ax-i5r 1588  ax-14 2212  ax-ext 2220  ax-sep 4244  ax-pow 4306  ax-pr 4341  ax-un 4573  ax-setind 4679  ax-cnex 8260  ax-resscn 8261  ax-1cn 8262  ax-1re 8263  ax-icn 8264  ax-addcl 8265  ax-addrcl 8266  ax-mulcl 8267  ax-addcom 8269  ax-addass 8271  ax-i2m1 8274  ax-0lt1 8275  ax-0id 8277  ax-rnegex 8278  ax-pre-ltirr 8281  ax-pre-ltadd 8285

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3an 1011  df-tru 1405  df-fal 1408  df-nf 1514  df-sb 1816  df-eu 2089  df-mo 2090  df-clab 2225  df-cleq 2231  df-clel 2234  df-nfc 2381  df-ne 2421  df-nel 2516  df-ral 2533  df-rex 2534  df-reu 2535  df-rmo 2536  df-rab 2537  df-v 2823  df-sbc 3052  df-csb 3148  df-dif 3222  df-un 3224  df-in 3226  df-ss 3233  df-nul 3521  df-pw 3687  df-sn 3711  df-pr 3712  df-op 3714  df-uni 3931  df-int 3966  df-br 4126  df-opab 4188  df-mpt 4189  df-id 4433  df-xp 4775  df-rel 4776  df-cnv 4777  df-co 4778  df-dm 4779  df-rn 4780  df-res 4781  df-iota 5332  df-fun 5374  df-fn 5375  df-fv 5380  df-riota 6028  df-ov 6078  df-oprab 6079  df-mpo 6080  df-pnf 8352  df-mnf 8353  df-ltxr 8355  df-inn 9284  df-2 9342  df-ndx 13333  df-slot 13334  df-base 13336  df-sets 13337  df-iress 13338  df-plusg 13421  df-0g 13589  df-mgm 13653  df-sgrp 13694  df-mnd 13707

This theorem is referenced by:  issubm2  13757