Theorem issubrng2 14005

Description: Characterize the subrings of a ring by closure properties. (Contributed by AV, 15-Feb-2025.)

Hypotheses

Ref	Expression
issubrng2.b	|- B = ( Base ` R )
issubrng2.t	|- .x. = ( .r ` R )

Assertion

Ref	Expression
issubrng2	|- ( R e. Rng -> ( A e. (SubRng ` R ) <-> ( A e. (SubGrp ` R ) /\ 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)

Proof of Theorem issubrng2

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		subrngsubg 13999	. . 3 |- ( A e. (SubRng ` R ) -> A e. (SubGrp ` R ) )
2		issubrng2.t	. . . . . 6 |- .x. = ( .r ` R )
3	2	subrngmcl 14004	. . . . 5 |- ( ( A e. (SubRng ` R ) /\ x e. A /\ y e. A ) -> ( x .x. y ) e. A )
4	3	3expb 1207	. . . 4 |- ( ( A e. (SubRng ` R ) /\ ( x e. A /\ y e. A ) ) -> ( x .x. y ) e. A )
5	4	ralrimivva 2588	. . 3 |- ( A e. (SubRng ` R ) -> A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A )
6	1, 5	jca 306	. 2 |- ( A e. (SubRng ` R ) -> ( A e. (SubGrp ` R ) /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) )
7		simpl 109	. . . 4 |- ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> R e. Rng )
8		simprl 529	. . . . . 6 |- ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> A e. (SubGrp ` R ) )
9		eqid 2205	. . . . . . 7 |- ( R ↾s A ) = ( R ↾s A )
10	9	subgbas 13547	. . . . . 6 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> A = ( Base ` ( R ↾s A ) ) )
11	8, 10	syl 14	. . . . 5 |- ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> A = ( Base ` ( R ↾s A ) ) )
12		eqidd 2206	. . . . . . 7 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> ( R ↾s A ) = ( R ↾s A ) )
13		eqidd 2206	. . . . . . 7 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> ( +g ` R ) = ( +g ` R ) )
14		id 19	. . . . . . 7 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> A e. (SubGrp ` R ) )
15		subgrcl 13548	. . . . . . 7 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> R e. Grp )
16	12, 13, 14, 15	ressplusgd 12994	. . . . . 6 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> ( +g ` R ) = ( +g ` ( R ↾s A ) ) )
17	8, 16	syl 14	. . . . 5 |- ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> ( +g ` R ) = ( +g ` ( R ↾s A ) ) )
18	9, 2	ressmulrg 13010	. . . . . 6 |- ( ( A e. (SubGrp ` R ) /\ R e. Grp ) -> .x. = ( .r ` ( R ↾s A ) ) )
19	8, 15, 18	syl2anc2 412	. . . . 5 |- ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> .x. = ( .r ` ( R ↾s A ) ) )
20		rngabl 13730	. . . . . 6 |- ( R e. Rng -> R e. Abel )
21	9	subgabl 13701	. . . . . 6 |- ( ( R e. Abel /\ A e. (SubGrp ` R ) ) -> ( R ↾s A ) e. Abel )
22	20, 8, 21	syl2an2r 595	. . . . 5 |- ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> ( R ↾s A ) e. Abel )
23		simprr 531	. . . . . . 7 |- ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ 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 )
24		oveq1 5953	. . . . . . . . 9 |- ( x = u -> ( x .x. y ) = ( u .x. y ) )
25	24	eleq1d 2274	. . . . . . . 8 |- ( x = u -> ( ( x .x. y ) e. A <-> ( u .x. y ) e. A ) )
26		oveq2 5954	. . . . . . . . 9 |- ( y = v -> ( u .x. y ) = ( u .x. v ) )
27	26	eleq1d 2274	. . . . . . . 8 |- ( y = v -> ( ( u .x. y ) e. A <-> ( u .x. v ) e. A ) )
28	25, 27	rspc2v 2890	. . . . . . 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 ) )
29	23, 28	syl5com 29	. . . . . 6 |- ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> ( ( u e. A /\ v e. A ) -> ( u .x. v ) e. A ) )
30	29	3impib 1204	. . . . 5 |- ( ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ 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		issubrng2.b	. . . . . . . . . . 11 |- B = ( Base ` R )
32	31	subgss 13543	. . . . . . . . . 10 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> A C_ B )
33	8, 32	syl 14	. . . . . . . . 9 |- ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> A C_ B )
34	33	sseld 3192	. . . . . . . 8 |- ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> ( u e. A -> u e. B ) )
35	33	sseld 3192	. . . . . . . 8 |- ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> ( v e. A -> v e. B ) )
36	33	sseld 3192	. . . . . . . 8 |- ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> ( w e. A -> w e. B ) )
37	34, 35, 36	3anim123d 1332	. . . . . . 7 |- ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ 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 ) ) )
38	37	imp 124	. . . . . 6 |- ( ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ 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	31, 2	rngass 13734	. . . . . . 7 |- ( ( R e. Rng /\ ( u e. B /\ v e. B /\ w e. B ) ) -> ( ( u .x. v ) .x. w ) = ( u .x. ( v .x. w ) ) )
40	39	adantlr 477	. . . . . 6 |- ( ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ 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 ) ) )
41	38, 40	syldan 282	. . . . 5 |- ( ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ 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 ) ) )
42		eqid 2205	. . . . . . . 8 |- ( +g ` R ) = ( +g ` R )
43	31, 42, 2	rngdi 13735	. . . . . . 7 |- ( ( R e. Rng /\ ( u e. B /\ v e. B /\ w e. B ) ) -> ( u .x. ( v ( +g ` R ) w ) ) = ( ( u .x. v ) ( +g ` R ) ( u .x. w ) ) )
44	43	adantlr 477	. . . . . 6 |- ( ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ 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 ) ) )
45	38, 44	syldan 282	. . . . 5 |- ( ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ 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 ) ) )
46	31, 42, 2	rngdir 13736	. . . . . . 7 |- ( ( R e. Rng /\ ( u e. B /\ v e. B /\ w e. B ) ) -> ( ( u ( +g ` R ) v ) .x. w ) = ( ( u .x. w ) ( +g ` R ) ( v .x. w ) ) )
47	46	adantlr 477	. . . . . 6 |- ( ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ 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 ) ) )
48	38, 47	syldan 282	. . . . 5 |- ( ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ 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 ) ) )
49	11, 17, 19, 22, 30, 41, 45, 48	isrngd 13748	. . . 4 |- ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> ( R ↾s A ) e. Rng )
50	31	issubrng 13994	. . . 4 |- ( A e. (SubRng ` R ) <-> ( R e. Rng /\ ( R ↾s A ) e. Rng /\ A C_ B ) )
51	7, 49, 33, 50	syl3anbrc 1184	. . 3 |- ( ( R e. Rng /\ ( A e. (SubGrp ` R ) /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) -> A e. (SubRng ` R ) )
52	51	ex 115	. 2 |- ( R e. Rng -> ( ( A e. (SubGrp ` R ) /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) -> A e. (SubRng ` R ) ) )
53	6, 52	impbid2 143	1 |- ( R e. Rng -> ( A e. (SubRng ` R ) <-> ( A e. (SubGrp ` R ) /\ A. x e. A A. y e. A ( x .x. y ) e. A ) ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   <-> wb 105   /\ w3a 981   = wceq 1373   e. wcel 2176   A.wral 2484   C_ wss 3166   ` cfv 5272  (class class class)co 5946   Basecbs 12865   ↾_s cress 12866   +g cplusg 12942   .rcmulr 12943   Grpcgrp 13365  SubGrpcsubg 13536   Abelcabl 13654  Rngcrng 13727  SubRngcsubrng 13992

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 711  ax-5 1470  ax-7 1471  ax-gen 1472  ax-ie1 1516  ax-ie2 1517  ax-8 1527  ax-10 1528  ax-11 1529  ax-i12 1530  ax-bndl 1532  ax-4 1533  ax-17 1549  ax-i9 1553  ax-ial 1557  ax-i5r 1558  ax-13 2178  ax-14 2179  ax-ext 2187  ax-sep 4163  ax-pow 4219  ax-pr 4254  ax-un 4481  ax-setind 4586  ax-cnex 8018  ax-resscn 8019  ax-1cn 8020  ax-1re 8021  ax-icn 8022  ax-addcl 8023  ax-addrcl 8024  ax-mulcl 8025  ax-addcom 8027  ax-addass 8029  ax-i2m1 8032  ax-0lt1 8033  ax-0id 8035  ax-rnegex 8036  ax-pre-ltirr 8039  ax-pre-lttrn 8041  ax-pre-ltadd 8043

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3an 983  df-tru 1376  df-fal 1379  df-nf 1484  df-sb 1786  df-eu 2057  df-mo 2058  df-clab 2192  df-cleq 2198  df-clel 2201  df-nfc 2337  df-ne 2377  df-nel 2472  df-ral 2489  df-rex 2490  df-rab 2493  df-v 2774  df-sbc 2999  df-csb 3094  df-dif 3168  df-un 3170  df-in 3172  df-ss 3179  df-nul 3461  df-pw 3618  df-sn 3639  df-pr 3640  df-op 3642  df-uni 3851  df-int 3886  df-br 4046  df-opab 4107  df-mpt 4108  df-id 4341  df-xp 4682  df-rel 4683  df-cnv 4684  df-co 4685  df-dm 4686  df-rn 4687  df-res 4688  df-ima 4689  df-iota 5233  df-fun 5274  df-fn 5275  df-fv 5280  df-ov 5949  df-oprab 5950  df-mpo 5951  df-pnf 8111  df-mnf 8112  df-ltxr 8114  df-inn 9039  df-2 9097  df-3 9098  df-ndx 12868  df-slot 12869  df-base 12871  df-sets 12872  df-iress 12873  df-plusg 12955  df-mulr 12956  df-mgm 13221  df-sgrp 13267  df-grp 13368  df-subg 13539  df-cmn 13655  df-abl 13656  df-mgp 13716  df-rng 13728  df-subrng 13993

This theorem is referenced by:  opprsubrngg  14006  subrngintm  14007