Theorem issubrng2 13709

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 13703	. . 3 |- ( A e. (SubRng ` R ) -> A e. (SubGrp ` R ) )
2		issubrng2.t	. . . . . 6 |- .x. = ( .r ` R )
3	2	subrngmcl 13708	. . . . 5 |- ( ( A e. (SubRng ` R ) /\ x e. A /\ y e. A ) -> ( x .x. y ) e. A )
4	3	3expb 1206	. . . 4 |- ( ( A e. (SubRng ` R ) /\ ( x e. A /\ y e. A ) ) -> ( x .x. y ) e. A )
5	4	ralrimivva 2576	. . 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 2193	. . . . . . 7 |- ( R ↾s A ) = ( R ↾s A )
10	9	subgbas 13251	. . . . . 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 2194	. . . . . . 7 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> ( R ↾s A ) = ( R ↾s A ) )
13		eqidd 2194	. . . . . . 7 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> ( +g ` R ) = ( +g ` R ) )
14		id 19	. . . . . . 7 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> A e. (SubGrp ` R ) )
15		subgrcl 13252	. . . . . . 7 |- ( A e. (SubGrp ` R ) -> R e. Grp )
16	12, 13, 14, 15	ressplusgd 12749	. . . . . 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 12765	. . . . . 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 13434	. . . . . 6 |- ( R e. Rng -> R e. Abel )
21	9	subgabl 13405	. . . . . 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 5926	. . . . . . . . 9 |- ( x = u -> ( x .x. y ) = ( u .x. y ) )
25	24	eleq1d 2262	. . . . . . . 8 |- ( x = u -> ( ( x .x. y ) e. A <-> ( u .x. y ) e. A ) )
26		oveq2 5927	. . . . . . . . 9 |- ( y = v -> ( u .x. y ) = ( u .x. v ) )
27	26	eleq1d 2262	. . . . . . . 8 |- ( y = v -> ( ( u .x. y ) e. A <-> ( u .x. v ) e. A ) )
28	25, 27	rspc2v 2878	. . . . . . 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 1203	. . . . 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 13247	. . . . . . . . . 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 3179	. . . . . . . 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 3179	. . . . . . . 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 3179	. . . . . . . 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 1330	. . . . . . 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 13438	. . . . . . 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 2193	. . . . . . . 8 |- ( +g ` R ) = ( +g ` R )
43	31, 42, 2	rngdi 13439	. . . . . . 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 13440	. . . . . . 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 13452	. . . 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 13698	. . . 4 |- ( A e. (SubRng ` R ) <-> ( R e. Rng /\ ( R ↾s A ) e. Rng /\ A C_ B ) )
51	7, 49, 33, 50	syl3anbrc 1183	. . 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 980   = wceq 1364   e. wcel 2164   A.wral 2472   C_ wss 3154   ` cfv 5255  (class class class)co 5919   Basecbs 12621   ↾_s cress 12622   +g cplusg 12698   .rcmulr 12699   Grpcgrp 13075  SubGrpcsubg 13240   Abelcabl 13358  Rngcrng 13431  SubRngcsubrng 13696

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 1458  ax-7 1459  ax-gen 1460  ax-ie1 1504  ax-ie2 1505  ax-8 1515  ax-10 1516  ax-11 1517  ax-i12 1518  ax-bndl 1520  ax-4 1521  ax-17 1537  ax-i9 1541  ax-ial 1545  ax-i5r 1546  ax-13 2166  ax-14 2167  ax-ext 2175  ax-sep 4148  ax-pow 4204  ax-pr 4239  ax-un 4465  ax-setind 4570  ax-cnex 7965  ax-resscn 7966  ax-1cn 7967  ax-1re 7968  ax-icn 7969  ax-addcl 7970  ax-addrcl 7971  ax-mulcl 7972  ax-addcom 7974  ax-addass 7976  ax-i2m1 7979  ax-0lt1 7980  ax-0id 7982  ax-rnegex 7983  ax-pre-ltirr 7986  ax-pre-lttrn 7988  ax-pre-ltadd 7990

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3an 982  df-tru 1367  df-fal 1370  df-nf 1472  df-sb 1774  df-eu 2045  df-mo 2046  df-clab 2180  df-cleq 2186  df-clel 2189  df-nfc 2325  df-ne 2365  df-nel 2460  df-ral 2477  df-rex 2478  df-rab 2481  df-v 2762  df-sbc 2987  df-csb 3082  df-dif 3156  df-un 3158  df-in 3160  df-ss 3167  df-nul 3448  df-pw 3604  df-sn 3625  df-pr 3626  df-op 3628  df-uni 3837  df-int 3872  df-br 4031  df-opab 4092  df-mpt 4093  df-id 4325  df-xp 4666  df-rel 4667  df-cnv 4668  df-co 4669  df-dm 4670  df-rn 4671  df-res 4672  df-ima 4673  df-iota 5216  df-fun 5257  df-fn 5258  df-fv 5263  df-ov 5922  df-oprab 5923  df-mpo 5924  df-pnf 8058  df-mnf 8059  df-ltxr 8061  df-inn 8985  df-2 9043  df-3 9044  df-ndx 12624  df-slot 12625  df-base 12627  df-sets 12628  df-iress 12629  df-plusg 12711  df-mulr 12712  df-mgm 12942  df-sgrp 12988  df-grp 13078  df-subg 13243  df-cmn 13359  df-abl 13360  df-mgp 13420  df-rng 13432  df-subrng 13697

This theorem is referenced by:  opprsubrngg  13710  subrngintm  13711