Theorem issubrg2 14254

Description: Characterize the subrings of a ring by closure properties. (Contributed by Mario Carneiro, 3-Dec-2014.)

Hypotheses

Ref	Expression
issubrg2.b	|- B = ( Base ` R )
issubrg2.o	|- .1. = ( 1r ` R )
issubrg2.t	|- .x. = ( .r ` R )

Assertion

Ref	Expression
issubrg2	|- ( R e. Ring -> ( A e. (SubRing ` R ) <-> ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) )

Distinct variable groups:   x, y, A   x, R, y   x, .x. , y

Allowed substitution hints:   B( x, y)   .1. ( x, y)

Proof of Theorem issubrg2

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		subrgsubg 14240	. . 3 |- ( A e. (SubRing ` R ) -> A e. (SubGrp ` R ) )
2		issubrg2.o	. . . 4 |- .1. = ( 1r ` R )
3	2	subrg1cl 14242	. . 3 |- ( A e. (SubRing ` R ) -> .1. e. A )
4		issubrg2.t	. . . . . 6 |- .x. = ( .r ` R )
5	4	subrgmcl 14246	. . . . 5 |- ( ( A e. (SubRing ` R ) /\ x e. A /\ y e. A ) -> ( x .x. y ) e. A )
6	5	3expb 1230	. . . 4 |- ( ( A e. (SubRing ` R ) /\ ( x e. A /\ y e. A ) ) -> ( x .x. y ) e. A )
7	6	ralrimivva 2614	. . 3 |- ( A e. (SubRing ` R ) -> A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A )
8	1, 3, 7	3jca 1203	. 2 |- ( A e. (SubRing ` R ) -> ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) )
9		simpl 109	. . . 4 |- ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> R e. Ring )
10		simpr1 1029	. . . . . 6 |- ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> A e. (SubGrp ` R ) )
11		eqid 2231	. . . . . . 7 |- ( R ↾s A ) = ( R ↾s A )
12	11	subgbas 13764	. . . . . 6 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> A = ( Base ` ( R ↾s A ) ) )
13	10, 12	syl 14	. . . . 5 |- ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> A = ( Base ` ( R ↾s A ) ) )
14		eqidd 2232	. . . . . . 7 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> ( R ↾s A ) = ( R ↾s A ) )
15		eqidd 2232	. . . . . . 7 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> ( +g ` R ) = ( +g ` R ) )
16		id 19	. . . . . . 7 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> A e. (SubGrp ` R ) )
17		subgrcl 13765	. . . . . . 7 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> R e. Grp )
18	14, 15, 16, 17	ressplusgd 13211	. . . . . 6 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> ( +g ` R ) = ( +g ` ( R ↾s A ) ) )
19	10, 18	syl 14	. . . . 5 |- ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> ( +g ` R ) = ( +g ` ( R ↾s A ) ) )
20	11, 4	ressmulrg 13227	. . . . . 6 |- ( ( A e. (SubGrp ` R ) /\ R e. Grp ) -> .x. = ( .r ` ( R ↾s A ) ) )
21	10, 17, 20	syl2anc2 412	. . . . 5 |- ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> .x. = ( .r ` ( R ↾s A ) ) )
22	11	subggrp 13763	. . . . . 6 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> ( R ↾s A ) e. Grp )
23	10, 22	syl 14	. . . . 5 |- ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> ( R ↾s A ) e. Grp )
24		simpr3 1031	. . . . . . 7 |- ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A )
25		oveq1 6024	. . . . . . . . 9 |- ( x = u -> ( x .x. y ) = ( u .x. y ) )
26	25	eleq1d 2300	. . . . . . . 8 |- ( x = u -> ( ( x .x. y ) e. A <-> ( u .x. y ) e. A ) )
27		oveq2 6025	. . . . . . . . 9 |- ( y = v -> ( u .x. y ) = ( u .x. v ) )
28	27	eleq1d 2300	. . . . . . . 8 |- ( y = v -> ( ( u .x. y ) e. A <-> ( u .x. v ) e. A ) )
29	26, 28	rspc2v 2923	. . . . . . 7 |- ( ( u e. A /\ v e. A ) -> ( A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A -> ( u .x. v ) e. A ) )
30	24, 29	syl5com 29	. . . . . 6 |- ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> ( ( u e. A /\ v e. A ) -> ( u .x. v ) e. A ) )
31	30	3impib 1227	. . . . 5 |- ( ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) /\ u e. A /\ v e. A ) -> ( u .x. v ) e. A )
32		issubrg2.b	. . . . . . . . . . 11 |- B = ( Base ` R )
33	32	subgss 13760	. . . . . . . . . 10 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> A C_ B )
34	10, 33	syl 14	. . . . . . . . 9 |- ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> A C_ B )
35	34	sseld 3226	. . . . . . . 8 |- ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> ( u e. A -> u e. B ) )
36	34	sseld 3226	. . . . . . . 8 |- ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> ( v e. A -> v e. B ) )
37	34	sseld 3226	. . . . . . . 8 |- ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> ( w e. A -> w e. B ) )
38	35, 36, 37	3anim123d 1355	. . . . . . 7 |- ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> ( ( u e. A /\ v e. A /\ w e. A ) -> ( u e. B /\ v e. B /\ w e. B ) ) )
39	38	imp 124	. . . . . 6 |- ( ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) /\ ( u e. A /\ v e. A /\ w e. A ) ) -> ( u e. B /\ v e. B /\ w e. B ) )
40	32, 4	ringass 14028	. . . . . . 7 |- ( ( R e. Ring /\ ( u e. B /\ v e. B /\ w e. B ) ) -> ( ( u .x. v ) .x. w ) = ( u .x. ( v .x. w ) ) )
41	40	adantlr 477	. . . . . 6 |- ( ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) /\ ( u e. B /\ v e. B /\ w e. B ) ) -> ( ( u .x. v ) .x. w ) = ( u .x. ( v .x. w ) ) )
42	39, 41	syldan 282	. . . . 5 |- ( ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) /\ ( u e. A /\ v e. A /\ w e. A ) ) -> ( ( u .x. v ) .x. w ) = ( u .x. ( v .x. w ) ) )
43		eqid 2231	. . . . . . . 8 |- ( +g ` R ) = ( +g ` R )
44	32, 43, 4	ringdi 14030	. . . . . . 7 |- ( ( R e. Ring /\ ( u e. B /\ v e. B /\ w e. B ) ) -> ( u .x. ( v ( +g ` R ) w ) ) = ( ( u .x. v ) ( +g ` R ) ( u .x. w ) ) )
45	44	adantlr 477	. . . . . 6 |- ( ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) /\ ( u e. B /\ v e. B /\ w e. B ) ) -> ( u .x. ( v ( +g ` R ) w ) ) = ( ( u .x. v ) ( +g ` R ) ( u .x. w ) ) )
46	39, 45	syldan 282	. . . . 5 |- ( ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) /\ ( u e. A /\ v e. A /\ w e. A ) ) -> ( u .x. ( v ( +g ` R ) w ) ) = ( ( u .x. v ) ( +g ` R ) ( u .x. w ) ) )
47	32, 43, 4	ringdir 14031	. . . . . . 7 |- ( ( R e. Ring /\ ( u e. B /\ v e. B /\ w e. B ) ) -> ( ( u ( +g ` R ) v ) .x. w ) = ( ( u .x. w ) ( +g ` R ) ( v .x. w ) ) )
48	47	adantlr 477	. . . . . 6 |- ( ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) /\ ( u e. B /\ v e. B /\ w e. B ) ) -> ( ( u ( +g ` R ) v ) .x. w ) = ( ( u .x. w ) ( +g ` R ) ( v .x. w ) ) )
49	39, 48	syldan 282	. . . . 5 |- ( ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) /\ ( u e. A /\ v e. A /\ w e. A ) ) -> ( ( u ( +g ` R ) v ) .x. w ) = ( ( u .x. w ) ( +g ` R ) ( v .x. w ) ) )
50		simpr2 1030	. . . . 5 |- ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> .1. e. A )
51	35	imp 124	. . . . . 6 |- ( ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) /\ u e. A ) -> u e. B )
52	32, 4, 2	ringlidm 14035	. . . . . . 7 |- ( ( R e. Ring /\ u e. B ) -> ( .1. .x. u ) = u )
53	52	adantlr 477	. . . . . 6 |- ( ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) /\ u e. B ) -> ( .1. .x. u ) = u )
54	51, 53	syldan 282	. . . . 5 |- ( ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) /\ u e. A ) -> ( .1. .x. u ) = u )
55	32, 4, 2	ringridm 14036	. . . . . . 7 |- ( ( R e. Ring /\ u e. B ) -> ( u .x. .1. ) = u )
56	55	adantlr 477	. . . . . 6 |- ( ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) /\ u e. B ) -> ( u .x. .1. ) = u )
57	51, 56	syldan 282	. . . . 5 |- ( ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) /\ u e. A ) -> ( u .x. .1. ) = u )
58	13, 19, 21, 23, 31, 42, 46, 49, 50, 54, 57	isringd 14053	. . . 4 |- ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> ( R ↾s A ) e. Ring )
59	34, 50	jca 306	. . . 4 |- ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> ( A C_ B /\ .1. e. A ) )
60	32, 2	issubrg 14234	. . . 4 |- ( A e. (SubRing ` R ) <-> ( ( R e. Ring /\ ( R ↾s A ) e. Ring ) /\ ( A C_ B /\ .1. e. A ) ) )
61	9, 58, 59, 60	syl21anbrc 1208	. . 3 |- ( ( R e. Ring /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> A e. (SubRing ` R ) )
62	61	ex 115	. 2 |- ( R e. Ring -> ( ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) -> A e. (SubRing ` R ) ) )
63	8, 62	impbid2 143	1 |- ( R e. Ring -> ( A e. (SubRing ` R ) <-> ( A e. (SubGrp ` R ) /\ .1. e. A /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   <-> wb 105   /\ w3a 1004   = wceq 1397   e. wcel 2202   A.wral 2510   C_ wss 3200   ` cfv 5326  (class class class)co 6017   Basecbs 13081   ↾_s cress 13082   +g cplusg 13159   .rcmulr 13160   Grpcgrp 13582  SubGrpcsubg 13753   1rcur 13971   Ringcrg 14008  SubRingcsubrg 14230

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 716  ax-5 1495  ax-7 1496  ax-gen 1497  ax-ie1 1541  ax-ie2 1542  ax-8 1552  ax-10 1553  ax-11 1554  ax-i12 1555  ax-bndl 1557  ax-4 1558  ax-17 1574  ax-i9 1578  ax-ial 1582  ax-i5r 1583  ax-13 2204  ax-14 2205  ax-ext 2213  ax-sep 4207  ax-pow 4264  ax-pr 4299  ax-un 4530  ax-setind 4635  ax-cnex 8122  ax-resscn 8123  ax-1cn 8124  ax-1re 8125  ax-icn 8126  ax-addcl 8127  ax-addrcl 8128  ax-mulcl 8129  ax-addcom 8131  ax-addass 8133  ax-i2m1 8136  ax-0lt1 8137  ax-0id 8139  ax-rnegex 8140  ax-pre-ltirr 8143  ax-pre-lttrn 8145  ax-pre-ltadd 8147

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3an 1006  df-tru 1400  df-fal 1403  df-nf 1509  df-sb 1811  df-eu 2082  df-mo 2083  df-clab 2218  df-cleq 2224  df-clel 2227  df-nfc 2363  df-ne 2403  df-nel 2498  df-ral 2515  df-rex 2516  df-reu 2517  df-rmo 2518  df-rab 2519  df-v 2804  df-sbc 3032  df-csb 3128  df-dif 3202  df-un 3204  df-in 3206  df-ss 3213  df-nul 3495  df-pw 3654  df-sn 3675  df-pr 3676  df-op 3678  df-uni 3894  df-int 3929  df-br 4089  df-opab 4151  df-mpt 4152  df-id 4390  df-xp 4731  df-rel 4732  df-cnv 4733  df-co 4734  df-dm 4735  df-rn 4736  df-res 4737  df-ima 4738  df-iota 5286  df-fun 5328  df-fn 5329  df-fv 5334  df-riota 5970  df-ov 6020  df-oprab 6021  df-mpo 6022  df-pnf 8215  df-mnf 8216  df-ltxr 8218  df-inn 9143  df-2 9201  df-3 9202  df-ndx 13084  df-slot 13085  df-base 13087  df-sets 13088  df-iress 13089  df-plusg 13172  df-mulr 13173  df-0g 13340  df-mgm 13438  df-sgrp 13484  df-mnd 13499  df-subg 13756  df-mgp 13933  df-ur 13972  df-ring 14010  df-subrg 14232

This theorem is referenced by:  subrgintm  14256  issubrg3  14260  issubrgd  14465  cnsubrglem  14593