Theorem psrgrp 15195

Description: The ring of power series is a group. (Contributed by Mario Carneiro, 29-Dec-2014.) (Proof shortened by SN, 7-Feb-2025.)

Hypotheses

Ref	Expression
psrgrp.s	⊢ 𝑆 = (𝐼 mPwSer 𝑅)
psrgrp.i	⊢ (𝜑 → 𝐼 ∈ 𝑉)
psrgrp.r	⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ Grp)

Assertion

Ref	Expression
psrgrp	⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ Grp)

Proof of Theorem psrgrp

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		psrgrp.r	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ Grp)
2		eqid 2238	. . . 4 ⊢ {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin} = {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}
3		fnmap 6933	. . . . 5 ⊢ ↑𝑚 Fn (V × V)
4		nn0ex 9580	. . . . 5 ⊢ ℕ0 ∈ V
5		psrgrp.i	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐼 ∈ 𝑉)
6	5	elexd 2835	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐼 ∈ V)
7		fnovex 6121	. . . . 5 ⊢ (( ↑𝑚 Fn (V × V) ∧ ℕ0 ∈ V ∧ 𝐼 ∈ V) → (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∈ V)
8	3, 4, 6, 7	mp3an12i 1382	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∈ V)
9	2, 8	rabexd 4283	. . 3 ⊢ (𝜑 → {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin} ∈ V)
10		eqid 2238	. . . 4 ⊢ (𝑅 ↑s {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}) = (𝑅 ↑s {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin})
11	10	pwsgrp 14321	. . 3 ⊢ ((𝑅 ∈ Grp ∧ {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin} ∈ V) → (𝑅 ↑s {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}) ∈ Grp)
12	1, 9, 11	syl2anc 415	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝑅 ↑s {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}) ∈ Grp)
13		eqid 2238	. . . . 5 ⊢ (Base‘𝑅) = (Base‘𝑅)
14	10, 13	pwsbas 14312	. . . 4 ⊢ ((𝑅 ∈ Grp ∧ {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin} ∈ V) → ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}) = (Base‘(𝑅 ↑s {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin})))
15	1, 9, 14	syl2anc 415	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}) = (Base‘(𝑅 ↑s {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin})))
16		psrgrp.s	. . . . 5 ⊢ 𝑆 = (𝐼 mPwSer 𝑅)
17		eqid 2238	. . . . 5 ⊢ (Base‘𝑆) = (Base‘𝑆)
18	16, 13, 2, 17, 5, 1	psrbasg 15178	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (Base‘𝑆) = ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}))
19	18	eqcomd 2244	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}) = (Base‘𝑆))
20		eqid 2238	. . . . 5 ⊢ (Base‘(𝑅 ↑s {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin})) = (Base‘(𝑅 ↑s {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}))
21	1	adantr 276	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}) ∧ 𝑦 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}))) → 𝑅 ∈ Grp)
22	9	adantr 276	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}) ∧ 𝑦 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}))) → {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin} ∈ V)
23	15	eleq2d 2308	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝑥 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}) ↔ 𝑥 ∈ (Base‘(𝑅 ↑s {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}))))
24	23	biimpa 296	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin})) → 𝑥 ∈ (Base‘(𝑅 ↑s {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin})))
25	24	adantrr 483	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}) ∧ 𝑦 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}))) → 𝑥 ∈ (Base‘(𝑅 ↑s {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin})))
26	15	eleq2d 2308	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝑦 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}) ↔ 𝑦 ∈ (Base‘(𝑅 ↑s {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}))))
27	26	biimpa 296	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin})) → 𝑦 ∈ (Base‘(𝑅 ↑s {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin})))
28	27	adantrl 482	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}) ∧ 𝑦 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}))) → 𝑦 ∈ (Base‘(𝑅 ↑s {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin})))
29		eqid 2238	. . . . 5 ⊢ (+g‘𝑅) = (+g‘𝑅)
30		eqid 2238	. . . . 5 ⊢ (+g‘(𝑅 ↑s {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin})) = (+g‘(𝑅 ↑s {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}))
31	10, 20, 21, 22, 25, 28, 29, 30	pwsplusgval 14315	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}) ∧ 𝑦 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}))) → (𝑥(+g‘(𝑅 ↑s {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}))𝑦) = (𝑥 ∘𝑓 (+g‘𝑅)𝑦))
32		eqid 2238	. . . . 5 ⊢ (+g‘𝑆) = (+g‘𝑆)
33	18	eleq2d 2308	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝑥 ∈ (Base‘𝑆) ↔ 𝑥 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin})))
34	33	biimpar 297	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin})) → 𝑥 ∈ (Base‘𝑆))
35	34	adantrr 483	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}) ∧ 𝑦 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}))) → 𝑥 ∈ (Base‘𝑆))
36	18	eleq2d 2308	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝑦 ∈ (Base‘𝑆) ↔ 𝑦 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin})))
37	36	biimpar 297	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin})) → 𝑦 ∈ (Base‘𝑆))
38	37	adantrl 482	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}) ∧ 𝑦 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}))) → 𝑦 ∈ (Base‘𝑆))
39	16, 17, 29, 32, 35, 38	psradd 15183	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}) ∧ 𝑦 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}))) → (𝑥(+g‘𝑆)𝑦) = (𝑥 ∘𝑓 (+g‘𝑅)𝑦))
40	31, 39	eqtr4d 2274	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}) ∧ 𝑦 ∈ ((Base‘𝑅) ↑𝑚 {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}))) → (𝑥(+g‘(𝑅 ↑s {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}))𝑦) = (𝑥(+g‘𝑆)𝑦))
41	15, 19, 40	grppropd 13881	. 2 ⊢ (𝜑 → ((𝑅 ↑s {𝑓 ∈ (ℕ0 ↑𝑚 𝐼) ∣ (◡𝑓 “ ℕ) ∈ Fin}) ∈ Grp ↔ 𝑆 ∈ Grp))
42	12, 41	mpbid 147	1 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ Grp)

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 104   = wceq 1402   ∈ wcel 2209  {crab 2532  Vcvv 2821   × cxp 4774  ^◡ccnv 4775   “ cima 4779   Fn wfn 5375  ‘cfv 5380  (class class class)co 6088   ∘_𝑓 cof 6303   ↑_𝑚 cmap 6926  Fincfn 7026  ℕcn 9313  ℕ₀cn0 9574  Basecbs 13410  +_gcplusg 13490  Grpcgrp 13864   ↑_s cpws 14309   mPwSer cmps 15154

This proof depends on 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 4248  ax-sep 4251  ax-pow 4313  ax-pr 4348  ax-un 4580  ax-setind 4686  ax-cnex 8276  ax-resscn 8277  ax-1cn 8278  ax-1re 8279  ax-icn 8280  ax-addcl 8281  ax-addrcl 8282  ax-mulcl 8283  ax-addcom 8285  ax-mulcom 8286  ax-addass 8287  ax-mulass 8288  ax-distr 8289  ax-i2m1 8290  ax-0lt1 8291  ax-1rid 8292  ax-0id 8293  ax-rnegex 8294  ax-cnre 8296  ax-pre-ltirr 8297  ax-pre-ltwlin 8298  ax-pre-lttrn 8299  ax-pre-apti 8300  ax-pre-ltadd 8301

This proof 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 3690  df-sn 3715  df-pr 3716  df-tp 3717  df-op 3718  df-uni 3936  df-int 3971  df-iun 4014  df-br 4132  df-opab 4194  df-mpt 4195  df-id 4440  df-xp 4782  df-rel 4783  df-cnv 4784  df-co 4785  df-dm 4786  df-rn 4787  df-res 4788  df-ima 4789  df-iota 5340  df-fun 5382  df-fn 5383  df-f 5384  df-f1 5385  df-fo 5386  df-f1o 5387  df-fv 5388  df-riota 6041  df-ov 6091  df-oprab 6092  df-mpo 6093  df-of 6305  df-1st 6378  df-2nd 6379  df-map 6928  df-ixp 6985  df-sup 7330  df-pnf 8368  df-mnf 8369  df-xr 8370  df-ltxr 8371  df-le 8372  df-sub 8506  df-neg 8507  df-inn 9314  df-2 9372  df-3 9373  df-4 9374  df-5 9375  df-6 9376  df-7 9377  df-8 9378  df-9 9379  df-n0 9575  df-z 9656  df-dec 9789  df-uz 9938  df-fz 10429  df-struct 13412  df-ndx 13413  df-slot 13414  df-base 13416  df-plusg 13503  df-mulr 13504  df-sca 13506  df-vsca 13507  df-ip 13508  df-tset 13509  df-ple 13510  df-ds 13512  df-hom 13514  df-cco 13515  df-rest 13654  df-topn 13655  df-0g 13671  df-topgen 13673  df-pt 13674  df-mgm 13735  df-sgrp 13776  df-mnd 13789  df-grp 13867  df-minusg 13868  df-prds 14277  df-pws 14310  df-psr 15156

This theorem is used by:  psr0  15196  psrneg  15197  psrringfi  15204  mplsubgfi  15217