Theorem issubrg2 13873

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 13859	. . 3 |- ( A e. (SubRing ` R ) -> A e. (SubGrp ` R ) )
2		issubrg2.o	. . . 4 |- .1. = ( 1r ` R )
3	2	subrg1cl 13861	. . 3 |- ( A e. (SubRing ` R ) -> .1. e. A )
4		issubrg2.t	. . . . . 6 |- .x. = ( .r ` R )
5	4	subrgmcl 13865	. . . . 5 |- ( ( A e. (SubRing ` R ) /\ x e. A /\ y e. A ) -> ( x .x. y ) e. A )
6	5	3expb 1206	. . . 4 |- ( ( A e. (SubRing ` R ) /\ ( x e. A /\ y e. A ) ) -> ( x .x. y ) e. A )
7	6	ralrimivva 2579	. . 3 |- ( A e. (SubRing ` R ) -> A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A )
8	1, 3, 7	3jca 1179	. 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 1005	. . . . . 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 2196	. . . . . . 7 |- ( R ↾s A ) = ( R ↾s A )
12	11	subgbas 13384	. . . . . 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 2197	. . . . . . 7 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> ( R ↾s A ) = ( R ↾s A ) )
15		eqidd 2197	. . . . . . 7 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> ( +g ` R ) = ( +g ` R ) )
16		id 19	. . . . . . 7 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> A e. (SubGrp ` R ) )
17		subgrcl 13385	. . . . . . 7 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> R e. Grp )
18	14, 15, 16, 17	ressplusgd 12831	. . . . . 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 12847	. . . . . 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 13383	. . . . . 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 1007	. . . . . . 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 5932	. . . . . . . . 9 |- ( x = u -> ( x .x. y ) = ( u .x. y ) )
26	25	eleq1d 2265	. . . . . . . 8 |- ( x = u -> ( ( x .x. y ) e. A <-> ( u .x. y ) e. A ) )
27		oveq2 5933	. . . . . . . . 9 |- ( y = v -> ( u .x. y ) = ( u .x. v ) )
28	27	eleq1d 2265	. . . . . . . 8 |- ( y = v -> ( ( u .x. y ) e. A <-> ( u .x. v ) e. A ) )
29	26, 28	rspc2v 2881	. . . . . . 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 1203	. . . . 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 13380	. . . . . . . . . 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 3183	. . . . . . . 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 3183	. . . . . . . 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 3183	. . . . . . . 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 1330	. . . . . . 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 13648	. . . . . . 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 2196	. . . . . . . 8 |- ( +g ` R ) = ( +g ` R )
44	32, 43, 4	ringdi 13650	. . . . . . 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 13651	. . . . . . 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 1006	. . . . 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 13655	. . . . . . 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 13656	. . . . . . 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 13673	. . . 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 13853	. . . 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 1184	. . 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 980   = wceq 1364   e. wcel 2167   A.wral 2475   C_ wss 3157   ` cfv 5259  (class class class)co 5925   Basecbs 12703   ↾_s cress 12704   +g cplusg 12780   .rcmulr 12781   Grpcgrp 13202  SubGrpcsubg 13373   1rcur 13591   Ringcrg 13628  SubRingcsubrg 13849

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 615  ax-in2 616  ax-io 710  ax-5 1461  ax-7 1462  ax-gen 1463  ax-ie1 1507  ax-ie2 1508  ax-8 1518  ax-10 1519  ax-11 1520  ax-i12 1521  ax-bndl 1523  ax-4 1524  ax-17 1540  ax-i9 1544  ax-ial 1548  ax-i5r 1549  ax-13 2169  ax-14 2170  ax-ext 2178  ax-sep 4152  ax-pow 4208  ax-pr 4243  ax-un 4469  ax-setind 4574  ax-cnex 7987  ax-resscn 7988  ax-1cn 7989  ax-1re 7990  ax-icn 7991  ax-addcl 7992  ax-addrcl 7993  ax-mulcl 7994  ax-addcom 7996  ax-addass 7998  ax-i2m1 8001  ax-0lt1 8002  ax-0id 8004  ax-rnegex 8005  ax-pre-ltirr 8008  ax-pre-lttrn 8010  ax-pre-ltadd 8012

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3an 982  df-tru 1367  df-fal 1370  df-nf 1475  df-sb 1777  df-eu 2048  df-mo 2049  df-clab 2183  df-cleq 2189  df-clel 2192  df-nfc 2328  df-ne 2368  df-nel 2463  df-ral 2480  df-rex 2481  df-reu 2482  df-rmo 2483  df-rab 2484  df-v 2765  df-sbc 2990  df-csb 3085  df-dif 3159  df-un 3161  df-in 3163  df-ss 3170  df-nul 3452  df-pw 3608  df-sn 3629  df-pr 3630  df-op 3632  df-uni 3841  df-int 3876  df-br 4035  df-opab 4096  df-mpt 4097  df-id 4329  df-xp 4670  df-rel 4671  df-cnv 4672  df-co 4673  df-dm 4674  df-rn 4675  df-res 4676  df-ima 4677  df-iota 5220  df-fun 5261  df-fn 5262  df-fv 5267  df-riota 5880  df-ov 5928  df-oprab 5929  df-mpo 5930  df-pnf 8080  df-mnf 8081  df-ltxr 8083  df-inn 9008  df-2 9066  df-3 9067  df-ndx 12706  df-slot 12707  df-base 12709  df-sets 12710  df-iress 12711  df-plusg 12793  df-mulr 12794  df-0g 12960  df-mgm 13058  df-sgrp 13104  df-mnd 13119  df-subg 13376  df-mgp 13553  df-ur 13592  df-ring 13630  df-subrg 13851

This theorem is referenced by:  subrgintm  13875  issubrg3  13879  issubrgd  14084  cnsubrglem  14212