Theorem sgrp1 12816

Description: The structure with one element and the only closed internal operation for a singleton is a semigroup. (Contributed by AV, 10-Feb-2020.)

Hypothesis

Ref	Expression
sgrp1.m	|- M = { <. ( Base ` ndx ) , { I } >. , <. ( +g ` ndx ) , { <. <. I , I >. , I >. } >. }

Assertion

Ref	Expression
sgrp1	|- ( I e. V -> M e. Smgrp )

Proof of Theorem sgrp1

Dummy variables x y z are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		sgrp1.m	. . 3 |- M = { <. ( Base ` ndx ) , { I } >. , <. ( +g ` ndx ) , { <. <. I , I >. , I >. } >. }
2	1	mgm1 12789	. 2 |- ( I e. V -> M e. Mgm )
3		df-ov 5878	. . . . . . 7 |- ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) = ( { <. <. I , I >. , I >. } ` <. I , I >. )
4		opexg 4229	. . . . . . . . 9 |- ( ( I e. V /\ I e. V ) -> <. I , I >. e. _V )
5	4	anidms 397	. . . . . . . 8 |- ( I e. V -> <. I , I >. e. _V )
6		fvsng 5713	. . . . . . . 8 |- ( ( <. I , I >. e. _V /\ I e. V ) -> ( { <. <. I , I >. , I >. } ` <. I , I >. ) = I )
7	5, 6	mpancom 422	. . . . . . 7 |- ( I e. V -> ( { <. <. I , I >. , I >. } ` <. I , I >. ) = I )
8	3, 7	eqtrid 2222	. . . . . 6 |- ( I e. V -> ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) = I )
9	8	oveq1d 5890	. . . . 5 |- ( I e. V -> ( ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) { <. <. I , I >. , I >. } I ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) )
10	8	oveq2d 5891	. . . . 5 |- ( I e. V -> ( I { <. <. I , I >. , I >. } ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) )
11	9, 10	eqtr4d 2213	. . . 4 |- ( I e. V -> ( ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) { <. <. I , I >. , I >. } I ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) ) )
12		oveq1 5882	. . . . . . . . 9 |- ( x = I -> ( x { <. <. I , I >. , I >. } y ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } y ) )
13	12	oveq1d 5890	. . . . . . . 8 |- ( x = I -> ( ( x { <. <. I , I >. , I >. } y ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( ( I { <. <. I , I >. , I >. } y ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) )
14		oveq1 5882	. . . . . . . 8 |- ( x = I -> ( x { <. <. I , I >. , I >. } ( y { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } ( y { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) )
15	13, 14	eqeq12d 2192	. . . . . . 7 |- ( x = I -> ( ( ( x { <. <. I , I >. , I >. } y ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( x { <. <. I , I >. , I >. } ( y { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) <-> ( ( I { <. <. I , I >. , I >. } y ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } ( y { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) ) )
16	15	2ralbidv 2501	. . . . . 6 |- ( x = I -> ( A. y e. { I } A. z e. { I } ( ( x { <. <. I , I >. , I >. } y ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( x { <. <. I , I >. , I >. } ( y { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) <-> A. y e. { I } A. z e. { I } ( ( I { <. <. I , I >. , I >. } y ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } ( y { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) ) )
17	16	ralsng 3633	. . . . 5 |- ( I e. V -> ( A. x e. { I } A. y e. { I } A. z e. { I } ( ( x { <. <. I , I >. , I >. } y ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( x { <. <. I , I >. , I >. } ( y { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) <-> A. y e. { I } A. z e. { I } ( ( I { <. <. I , I >. , I >. } y ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } ( y { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) ) )
18		oveq2 5883	. . . . . . . . 9 |- ( y = I -> ( I { <. <. I , I >. , I >. } y ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) )
19	18	oveq1d 5890	. . . . . . . 8 |- ( y = I -> ( ( I { <. <. I , I >. , I >. } y ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) )
20		oveq1 5882	. . . . . . . . 9 |- ( y = I -> ( y { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } z ) )
21	20	oveq2d 5891	. . . . . . . 8 |- ( y = I -> ( I { <. <. I , I >. , I >. } ( y { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } ( I { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) )
22	19, 21	eqeq12d 2192	. . . . . . 7 |- ( y = I -> ( ( ( I { <. <. I , I >. , I >. } y ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } ( y { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) <-> ( ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } ( I { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) ) )
23	22	ralbidv 2477	. . . . . 6 |- ( y = I -> ( A. z e. { I } ( ( I { <. <. I , I >. , I >. } y ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } ( y { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) <-> A. z e. { I } ( ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } ( I { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) ) )
24	23	ralsng 3633	. . . . 5 |- ( I e. V -> ( A. y e. { I } A. z e. { I } ( ( I { <. <. I , I >. , I >. } y ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } ( y { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) <-> A. z e. { I } ( ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } ( I { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) ) )
25		oveq2 5883	. . . . . . 7 |- ( z = I -> ( ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) { <. <. I , I >. , I >. } I ) )
26		oveq2 5883	. . . . . . . 8 |- ( z = I -> ( I { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) )
27	26	oveq2d 5891	. . . . . . 7 |- ( z = I -> ( I { <. <. I , I >. , I >. } ( I { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) ) )
28	25, 27	eqeq12d 2192	. . . . . 6 |- ( z = I -> ( ( ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } ( I { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) <-> ( ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) { <. <. I , I >. , I >. } I ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) ) ) )
29	28	ralsng 3633	. . . . 5 |- ( I e. V -> ( A. z e. { I } ( ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } ( I { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) <-> ( ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) { <. <. I , I >. , I >. } I ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) ) ) )
30	17, 24, 29	3bitrd 214	. . . 4 |- ( I e. V -> ( A. x e. { I } A. y e. { I } A. z e. { I } ( ( x { <. <. I , I >. , I >. } y ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( x { <. <. I , I >. , I >. } ( y { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) <-> ( ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) { <. <. I , I >. , I >. } I ) = ( I { <. <. I , I >. , I >. } ( I { <. <. I , I >. , I >. } I ) ) ) )
31	11, 30	mpbird 167	. . 3 |- ( I e. V -> A. x e. { I } A. y e. { I } A. z e. { I } ( ( x { <. <. I , I >. , I >. } y ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( x { <. <. I , I >. , I >. } ( y { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) )
32		snexg 4185	. . . . 5 |- ( I e. V -> { I } e. _V )
33		elex 2749	. . . . . . 7 |- ( I e. V -> I e. _V )
34		opexg 4229	. . . . . . 7 |- ( ( <. I , I >. e. _V /\ I e. _V ) -> <. <. I , I >. , I >. e. _V )
35	5, 33, 34	syl2anc 411	. . . . . 6 |- ( I e. V -> <. <. I , I >. , I >. e. _V )
36		snexg 4185	. . . . . 6 |- ( <. <. I , I >. , I >. e. _V -> { <. <. I , I >. , I >. } e. _V )
37	35, 36	syl 14	. . . . 5 |- ( I e. V -> { <. <. I , I >. , I >. } e. _V )
38	1	grpbaseg 12585	. . . . 5 |- ( ( { I } e. _V /\ { <. <. I , I >. , I >. } e. _V ) -> { I } = ( Base ` M ) )
39	32, 37, 38	syl2anc 411	. . . 4 |- ( I e. V -> { I } = ( Base ` M ) )
40	1	grpplusgg 12586	. . . . . . . . 9 |- ( ( { I } e. _V /\ { <. <. I , I >. , I >. } e. _V ) -> { <. <. I , I >. , I >. } = ( +g ` M ) )
41	32, 37, 40	syl2anc 411	. . . . . . . 8 |- ( I e. V -> { <. <. I , I >. , I >. } = ( +g ` M ) )
42	41	oveqd 5892	. . . . . . . 8 |- ( I e. V -> ( x { <. <. I , I >. , I >. } y ) = ( x ( +g ` M ) y ) )
43		eqidd 2178	. . . . . . . 8 |- ( I e. V -> z = z )
44	41, 42, 43	oveq123d 5896	. . . . . . 7 |- ( I e. V -> ( ( x { <. <. I , I >. , I >. } y ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( ( x ( +g ` M ) y ) ( +g ` M ) z ) )
45		eqidd 2178	. . . . . . . 8 |- ( I e. V -> x = x )
46	41	oveqd 5892	. . . . . . . 8 |- ( I e. V -> ( y { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( y ( +g ` M ) z ) )
47	41, 45, 46	oveq123d 5896	. . . . . . 7 |- ( I e. V -> ( x { <. <. I , I >. , I >. } ( y { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) = ( x ( +g ` M ) ( y ( +g ` M ) z ) ) )
48	44, 47	eqeq12d 2192	. . . . . 6 |- ( I e. V -> ( ( ( x { <. <. I , I >. , I >. } y ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( x { <. <. I , I >. , I >. } ( y { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) <-> ( ( x ( +g ` M ) y ) ( +g ` M ) z ) = ( x ( +g ` M ) ( y ( +g ` M ) z ) ) ) )
49	39, 48	raleqbidv 2685	. . . . 5 |- ( I e. V -> ( A. z e. { I } ( ( x { <. <. I , I >. , I >. } y ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( x { <. <. I , I >. , I >. } ( y { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) <-> A. z e. ( Base ` M ) ( ( x ( +g ` M ) y ) ( +g ` M ) z ) = ( x ( +g ` M ) ( y ( +g ` M ) z ) ) ) )
50	39, 49	raleqbidv 2685	. . . 4 |- ( I e. V -> ( A. y e. { I } A. z e. { I } ( ( x { <. <. I , I >. , I >. } y ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( x { <. <. I , I >. , I >. } ( y { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) <-> A. y e. ( Base ` M ) A. z e. ( Base ` M ) ( ( x ( +g ` M ) y ) ( +g ` M ) z ) = ( x ( +g ` M ) ( y ( +g ` M ) z ) ) ) )
51	39, 50	raleqbidv 2685	. . 3 |- ( I e. V -> ( A. x e. { I } A. y e. { I } A. z e. { I } ( ( x { <. <. I , I >. , I >. } y ) { <. <. I , I >. , I >. } z ) = ( x { <. <. I , I >. , I >. } ( y { <. <. I , I >. , I >. } z ) ) <-> A. x e. ( Base ` M ) A. y e. ( Base ` M ) A. z e. ( Base ` M ) ( ( x ( +g ` M ) y ) ( +g ` M ) z ) = ( x ( +g ` M ) ( y ( +g ` M ) z ) ) ) )
52	31, 51	mpbid 147	. 2 |- ( I e. V -> A. x e. ( Base ` M ) A. y e. ( Base ` M ) A. z e. ( Base ` M ) ( ( x ( +g ` M ) y ) ( +g ` M ) z ) = ( x ( +g ` M ) ( y ( +g ` M ) z ) ) )
53		eqid 2177	. . 3 |- ( Base ` M ) = ( Base ` M )
54		eqid 2177	. . 3 |- ( +g ` M ) = ( +g ` M )
55	53, 54	issgrp 12809	. 2 |- ( M e. Smgrp <-> ( M e. Mgm /\ A. x e. ( Base ` M ) A. y e. ( Base ` M ) A. z e. ( Base ` M ) ( ( x ( +g ` M ) y ) ( +g ` M ) z ) = ( x ( +g ` M ) ( y ( +g ` M ) z ) ) ) )
56	2, 52, 55	sylanbrc 417	1 |- ( I e. V -> M e. Smgrp )

Syntax hints:   -> wi 4   = wceq 1353   e. wcel 2148   A.wral 2455   _Vcvv 2738   {csn 3593   {cpr 3594   <.cop 3596   ` cfv 5217  (class class class)co 5875   ndxcnx 12459   Basecbs 12462   +g cplusg 12536  Mgmcmgm 12773  Smgrpcsgrp 12807

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 614  ax-in2 615  ax-io 709  ax-5 1447  ax-7 1448  ax-gen 1449  ax-ie1 1493  ax-ie2 1494  ax-8 1504  ax-10 1505  ax-11 1506  ax-i12 1507  ax-bndl 1509  ax-4 1510  ax-17 1526  ax-i9 1530  ax-ial 1534  ax-i5r 1535  ax-13 2150  ax-14 2151  ax-ext 2159  ax-sep 4122  ax-pow 4175  ax-pr 4210  ax-un 4434  ax-setind 4537  ax-cnex 7902  ax-resscn 7903  ax-1cn 7904  ax-1re 7905  ax-icn 7906  ax-addcl 7907  ax-addrcl 7908  ax-mulcl 7909  ax-addcom 7911  ax-addass 7913  ax-i2m1 7916  ax-0lt1 7917  ax-0id 7919  ax-rnegex 7920  ax-pre-ltirr 7923  ax-pre-ltadd 7927

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3an 980  df-tru 1356  df-fal 1359  df-nf 1461  df-sb 1763  df-eu 2029  df-mo 2030  df-clab 2164  df-cleq 2170  df-clel 2173  df-nfc 2308  df-ne 2348  df-nel 2443  df-ral 2460  df-rex 2461  df-rab 2464  df-v 2740  df-sbc 2964  df-dif 3132  df-un 3134  df-in 3136  df-ss 3143  df-nul 3424  df-pw 3578  df-sn 3599  df-pr 3600  df-op 3602  df-uni 3811  df-int 3846  df-br 4005  df-opab 4066  df-mpt 4067  df-id 4294  df-xp 4633  df-rel 4634  df-cnv 4635  df-co 4636  df-dm 4637  df-rn 4638  df-res 4639  df-iota 5179  df-fun 5219  df-fn 5220  df-fv 5225  df-ov 5878  df-pnf 7994  df-mnf 7995  df-ltxr 7997  df-inn 8920  df-2 8978  df-ndx 12465  df-slot 12466  df-base 12468  df-plusg 12549  df-mgm 12775  df-sgrp 12808

This theorem is referenced by:  mnd1  12847