Theorem imasgrp 13891

Description: The image structure of a group is a group. (Contributed by Mario Carneiro, 24-Feb-2015.) (Revised by Mario Carneiro, 5-Sep-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
imasgrp.u	⊢ (𝜑 → 𝑈 = (𝐹 “s 𝑅))
imasgrp.v	⊢ (𝜑 → 𝑉 = (Base‘𝑅))
imasgrp.p	⊢ (𝜑 → + = (+g‘𝑅))
imasgrp.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑉–onto→𝐵)
imasgrp.e	⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ 𝑉 ∧ 𝑏 ∈ 𝑉) ∧ (𝑝 ∈ 𝑉 ∧ 𝑞 ∈ 𝑉)) → (((𝐹‘𝑎) = (𝐹‘𝑝) ∧ (𝐹‘𝑏) = (𝐹‘𝑞)) → (𝐹‘(𝑎 + 𝑏)) = (𝐹‘(𝑝 + 𝑞))))
imasgrp.r	⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ Grp)
imasgrp.z	⊢ 0 = (0g‘𝑅)

Assertion

Ref	Expression
imasgrp	⊢ (𝜑 → (𝑈 ∈ Grp ∧ (𝐹‘ 0 ) = (0g‘𝑈)))

Distinct variable groups:   𝑞,𝑝,𝐵   𝑎,𝑏,𝑝,𝑞,𝜑   𝑅,𝑝,𝑞   𝐹,𝑎,𝑏,𝑝,𝑞   + ,𝑝,𝑞   𝑈,𝑎,𝑏,𝑝,𝑞   𝑉,𝑎,𝑏,𝑝,𝑞   0 ,𝑝,𝑞

Allowed substitution hints:   𝐵(𝑎,𝑏)   + (𝑎,𝑏)   𝑅(𝑎,𝑏)   0 (𝑎,𝑏)

Proof of Theorem imasgrp

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		imasgrp.u	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑈 = (𝐹 “s 𝑅))
2		imasgrp.v	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑉 = (Base‘𝑅))
3		imasgrp.p	. 2 ⊢ (𝜑 → + = (+g‘𝑅))
4		imasgrp.f	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑉–onto→𝐵)
5		imasgrp.e	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ 𝑉 ∧ 𝑏 ∈ 𝑉) ∧ (𝑝 ∈ 𝑉 ∧ 𝑞 ∈ 𝑉)) → (((𝐹‘𝑎) = (𝐹‘𝑝) ∧ (𝐹‘𝑏) = (𝐹‘𝑞)) → (𝐹‘(𝑎 + 𝑏)) = (𝐹‘(𝑝 + 𝑞))))
6		imasgrp.r	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ Grp)
7	6	3ad2ant1 1049	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉) → 𝑅 ∈ Grp)
8		simp2 1029	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉) → 𝑥 ∈ 𝑉)
9	2	3ad2ant1 1049	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉) → 𝑉 = (Base‘𝑅))
10	8, 9	eleqtrd 2317	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉) → 𝑥 ∈ (Base‘𝑅))
11		simp3 1030	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉) → 𝑦 ∈ 𝑉)
12	11, 9	eleqtrd 2317	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉) → 𝑦 ∈ (Base‘𝑅))
13		eqid 2238	. . . . 5 ⊢ (Base‘𝑅) = (Base‘𝑅)
14		eqid 2238	. . . . 5 ⊢ (+g‘𝑅) = (+g‘𝑅)
15	13, 14	grpcl 13790	. . . 4 ⊢ ((𝑅 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅)) → (𝑥(+g‘𝑅)𝑦) ∈ (Base‘𝑅))
16	7, 10, 12, 15	syl3anc 1278	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉) → (𝑥(+g‘𝑅)𝑦) ∈ (Base‘𝑅))
17	3	3ad2ant1 1049	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉) → + = (+g‘𝑅))
18	17	oveqd 6092	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉) → (𝑥 + 𝑦) = (𝑥(+g‘𝑅)𝑦))
19	16, 18, 9	3eltr4d 2322	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉) → (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑉)
20	6	adantr 276	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉 ∧ 𝑧 ∈ 𝑉)) → 𝑅 ∈ Grp)
21	10	3adant3r3 1245	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉 ∧ 𝑧 ∈ 𝑉)) → 𝑥 ∈ (Base‘𝑅))
22	12	3adant3r3 1245	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉 ∧ 𝑧 ∈ 𝑉)) → 𝑦 ∈ (Base‘𝑅))
23		simpr3 1036	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉 ∧ 𝑧 ∈ 𝑉)) → 𝑧 ∈ 𝑉)
24	2	adantr 276	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉 ∧ 𝑧 ∈ 𝑉)) → 𝑉 = (Base‘𝑅))
25	23, 24	eleqtrd 2317	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉 ∧ 𝑧 ∈ 𝑉)) → 𝑧 ∈ (Base‘𝑅))
26	13, 14	grpass 13791	. . . . 5 ⊢ ((𝑅 ∈ Grp ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝑅) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝑅) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑅))) → ((𝑥(+g‘𝑅)𝑦)(+g‘𝑅)𝑧) = (𝑥(+g‘𝑅)(𝑦(+g‘𝑅)𝑧)))
27	20, 21, 22, 25, 26	syl13anc 1280	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉 ∧ 𝑧 ∈ 𝑉)) → ((𝑥(+g‘𝑅)𝑦)(+g‘𝑅)𝑧) = (𝑥(+g‘𝑅)(𝑦(+g‘𝑅)𝑧)))
28	3	adantr 276	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉 ∧ 𝑧 ∈ 𝑉)) → + = (+g‘𝑅))
29	18	3adant3r3 1245	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉 ∧ 𝑧 ∈ 𝑉)) → (𝑥 + 𝑦) = (𝑥(+g‘𝑅)𝑦))
30		eqidd 2239	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉 ∧ 𝑧 ∈ 𝑉)) → 𝑧 = 𝑧)
31	28, 29, 30	oveq123d 6096	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉 ∧ 𝑧 ∈ 𝑉)) → ((𝑥 + 𝑦) + 𝑧) = ((𝑥(+g‘𝑅)𝑦)(+g‘𝑅)𝑧))
32		eqidd 2239	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉 ∧ 𝑧 ∈ 𝑉)) → 𝑥 = 𝑥)
33	28	oveqd 6092	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉 ∧ 𝑧 ∈ 𝑉)) → (𝑦 + 𝑧) = (𝑦(+g‘𝑅)𝑧))
34	28, 32, 33	oveq123d 6096	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉 ∧ 𝑧 ∈ 𝑉)) → (𝑥 + (𝑦 + 𝑧)) = (𝑥(+g‘𝑅)(𝑦(+g‘𝑅)𝑧)))
35	27, 31, 34	3eqtr4d 2281	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉 ∧ 𝑧 ∈ 𝑉)) → ((𝑥 + 𝑦) + 𝑧) = (𝑥 + (𝑦 + 𝑧)))
36	35	fveq2d 5694	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉 ∧ 𝑧 ∈ 𝑉)) → (𝐹‘((𝑥 + 𝑦) + 𝑧)) = (𝐹‘(𝑥 + (𝑦 + 𝑧))))
37		imasgrp.z	. . . . 5 ⊢ 0 = (0g‘𝑅)
38	13, 37	grpidcl 13811	. . . 4 ⊢ (𝑅 ∈ Grp → 0 ∈ (Base‘𝑅))
39	6, 38	syl 14	. . 3 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ (Base‘𝑅))
40	39, 2	eleqtrrd 2318	. 2 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ 𝑉)
41	3	adantr 276	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → + = (+g‘𝑅))
42	41	oveqd 6092	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → ( 0 + 𝑥) = ( 0 (+g‘𝑅)𝑥))
43	2	eleq2d 2308	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑥 ∈ 𝑉 ↔ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)))
44	43	biimpa 296	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → 𝑥 ∈ (Base‘𝑅))
45	13, 14, 37	grplid 13813	. . . . 5 ⊢ ((𝑅 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) → ( 0 (+g‘𝑅)𝑥) = 𝑥)
46	6, 44, 45	syl2an2r 603	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → ( 0 (+g‘𝑅)𝑥) = 𝑥)
47	42, 46	eqtrd 2271	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → ( 0 + 𝑥) = 𝑥)
48	47	fveq2d 5694	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → (𝐹‘( 0 + 𝑥)) = (𝐹‘𝑥))
49		eqid 2238	. . . . 5 ⊢ (invg‘𝑅) = (invg‘𝑅)
50	13, 49	grpinvcl 13830	. . . 4 ⊢ ((𝑅 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) → ((invg‘𝑅)‘𝑥) ∈ (Base‘𝑅))
51	6, 44, 50	syl2an2r 603	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → ((invg‘𝑅)‘𝑥) ∈ (Base‘𝑅))
52	2	adantr 276	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → 𝑉 = (Base‘𝑅))
53	51, 52	eleqtrrd 2318	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → ((invg‘𝑅)‘𝑥) ∈ 𝑉)
54	41	oveqd 6092	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → (((invg‘𝑅)‘𝑥) + 𝑥) = (((invg‘𝑅)‘𝑥)(+g‘𝑅)𝑥))
55	13, 14, 37, 49	grplinv 13832	. . . . 5 ⊢ ((𝑅 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑅)) → (((invg‘𝑅)‘𝑥)(+g‘𝑅)𝑥) = 0 )
56	6, 44, 55	syl2an2r 603	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → (((invg‘𝑅)‘𝑥)(+g‘𝑅)𝑥) = 0 )
57	54, 56	eqtrd 2271	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → (((invg‘𝑅)‘𝑥) + 𝑥) = 0 )
58	57	fveq2d 5694	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → (𝐹‘(((invg‘𝑅)‘𝑥) + 𝑥)) = (𝐹‘ 0 ))
59	1, 2, 3, 4, 5, 6, 19, 36, 40, 48, 53, 58	imasgrp2 13890	1 ⊢ (𝜑 → (𝑈 ∈ Grp ∧ (𝐹‘ 0 ) = (0g‘𝑈)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   ∧ w3a 1009   = wceq 1402   ∈ wcel 2209  –onto→wfo 5370  ‘cfv 5372  (class class class)co 6075  Basecbs 13330  +_gcplusg 13408  0_gc0g 13587   “_s cimas 13599  Grpcgrp 13782  inv_gcminusg 13783

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 623  ax-in2 624  ax-io 721  ax-5 1500  ax-7 1501  ax-gen 1502  ax-ie1 1546  ax-ie2 1547  ax-8 1557  ax-10 1558  ax-11 1559  ax-i12 1560  ax-bndl 1562  ax-4 1563  ax-17 1579  ax-i9 1583  ax-ial 1587  ax-i5r 1588  ax-14 2212  ax-ext 2220  ax-coll 4241  ax-sep 4244  ax-pow 4306  ax-pr 4341  ax-un 4573  ax-setind 4679  ax-cnex 8260  ax-resscn 8261  ax-1cn 8262  ax-1re 8263  ax-icn 8264  ax-addcl 8265  ax-addrcl 8266  ax-mulcl 8267  ax-addcom 8269  ax-addass 8271  ax-i2m1 8274  ax-0lt1 8275  ax-0id 8277  ax-rnegex 8278  ax-pre-ltirr 8281  ax-pre-lttrn 8283  ax-pre-ltadd 8285

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3or 1010  df-3an 1011  df-tru 1405  df-fal 1408  df-nf 1514  df-sb 1816  df-eu 2089  df-mo 2090  df-clab 2225  df-cleq 2231  df-clel 2234  df-nfc 2381  df-ne 2421  df-nel 2516  df-ral 2533  df-rex 2534  df-reu 2535  df-rmo 2536  df-rab 2537  df-v 2823  df-sbc 3052  df-csb 3148  df-dif 3222  df-un 3224  df-in 3226  df-ss 3233  df-nul 3521  df-pw 3687  df-sn 3711  df-pr 3712  df-tp 3713  df-op 3714  df-uni 3931  df-int 3966  df-iun 4009  df-br 4126  df-opab 4188  df-mpt 4189  df-id 4433  df-xp 4775  df-rel 4776  df-cnv 4777  df-co 4778  df-dm 4779  df-rn 4780  df-res 4781  df-ima 4782  df-iota 5332  df-fun 5374  df-fn 5375  df-f 5376  df-f1 5377  df-fo 5378  df-f1o 5379  df-fv 5380  df-riota 6028  df-ov 6078  df-oprab 6079  df-mpo 6080  df-pnf 8352  df-mnf 8353  df-ltxr 8355  df-inn 9284  df-2 9342  df-3 9343  df-ndx 13333  df-slot 13334  df-base 13336  df-plusg 13421  df-mulr 13422  df-0g 13589  df-iimas 13601  df-mgm 13653  df-sgrp 13694  df-mnd 13707  df-grp 13785  df-minusg 13786

This theorem is referenced by:  imasgrpf1  13892  imasabl  14117  imasring  14342