Theorem cycsubmcmn 20130

Description: The set of nonnegative integer powers of an element 𝐴 of a monoid forms a commutative monoid. (Contributed by AV, 20-Jan-2024.)

Hypotheses

Ref	Expression
cycsubmcmn.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
cycsubmcmn.t	⊢ · = (.g‘𝐺)
cycsubmcmn.f	⊢ 𝐹 = (𝑥 ∈ ℕ0 ↦ (𝑥 · 𝐴))
cycsubmcmn.c	⊢ 𝐶 = ran 𝐹

Assertion

Ref	Expression
cycsubmcmn	⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → (𝐺 ↾s 𝐶) ∈ CMnd)

Distinct variable groups:   𝑥,𝐴   𝑥,𝐵   𝑥,𝐶   𝑥,𝐺   𝑥, ·

Allowed substitution hint:   𝐹(𝑥)

Proof of Theorem cycsubmcmn

Dummy variable 𝑦 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		cycsubmcmn.b	. . . 4 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
2		cycsubmcmn.t	. . . 4 ⊢ · = (.g‘𝐺)
3		cycsubmcmn.f	. . . 4 ⊢ 𝐹 = (𝑥 ∈ ℕ0 ↦ (𝑥 · 𝐴))
4		cycsubmcmn.c	. . . 4 ⊢ 𝐶 = ran 𝐹
5	1, 2, 3, 4	cycsubm 19443	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → 𝐶 ∈ (SubMnd‘𝐺))
6		eqid 2763	. . . . . 6 ⊢ (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
7		eqid 2763	. . . . . 6 ⊢ (𝐺 ↾s 𝐶) = (𝐺 ↾s 𝐶)
8	1, 6, 7	issubm2 19025	. . . . 5 ⊢ (𝐺 ∈ Mnd → (𝐶 ∈ (SubMnd‘𝐺) ↔ (𝐶 ⊆ 𝐵 ∧ (0g‘𝐺) ∈ 𝐶 ∧ (𝐺 ↾s 𝐶) ∈ Mnd)))
9	8	adantr 486	. . . 4 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → (𝐶 ∈ (SubMnd‘𝐺) ↔ (𝐶 ⊆ 𝐵 ∧ (0g‘𝐺) ∈ 𝐶 ∧ (𝐺 ↾s 𝐶) ∈ Mnd)))
10		simp3 1156	. . . 4 ⊢ ((𝐶 ⊆ 𝐵 ∧ (0g‘𝐺) ∈ 𝐶 ∧ (𝐺 ↾s 𝐶) ∈ Mnd) → (𝐺 ↾s 𝐶) ∈ Mnd)
11	9, 10	biimtrdi 256	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → (𝐶 ∈ (SubMnd‘𝐺) → (𝐺 ↾s 𝐶) ∈ Mnd))
12	5, 11	mpd 16	. 2 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → (𝐺 ↾s 𝐶) ∈ Mnd)
13	7	submbas 19036	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐶 ∈ (SubMnd‘𝐺) → 𝐶 = (Base‘(𝐺 ↾s 𝐶)))
14	5, 13	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → 𝐶 = (Base‘(𝐺 ↾s 𝐶)))
15	14	eqcomd 2769	. . . . . 6 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → (Base‘(𝐺 ↾s 𝐶)) = 𝐶)
16	15	eleq2d 2850	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → (𝑥 ∈ (Base‘(𝐺 ↾s 𝐶)) ↔ 𝑥 ∈ 𝐶))
17	15	eleq2d 2850	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → (𝑦 ∈ (Base‘(𝐺 ↾s 𝐶)) ↔ 𝑦 ∈ 𝐶))
18	16, 17	anbi12d 644	. . . 4 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → ((𝑥 ∈ (Base‘(𝐺 ↾s 𝐶)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘(𝐺 ↾s 𝐶))) ↔ (𝑥 ∈ 𝐶 ∧ 𝑦 ∈ 𝐶)))
19		eqid 2763	. . . . . . 7 ⊢ (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
20	1, 2, 3, 4, 19	cycsubmcom 19445	. . . . . 6 ⊢ (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) ∧ (𝑥 ∈ 𝐶 ∧ 𝑦 ∈ 𝐶)) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) = (𝑦(+g‘𝐺)𝑥))
21	5	adantr 486	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) ∧ (𝑥 ∈ 𝐶 ∧ 𝑦 ∈ 𝐶)) → 𝐶 ∈ (SubMnd‘𝐺))
22	7, 19	ressplusg 17488	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐶 ∈ (SubMnd‘𝐺) → (+g‘𝐺) = (+g‘(𝐺 ↾s 𝐶)))
23	22	eqcomd 2769	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐶 ∈ (SubMnd‘𝐺) → (+g‘(𝐺 ↾s 𝐶)) = (+g‘𝐺))
24	23	oveqd 7457	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐶 ∈ (SubMnd‘𝐺) → (𝑥(+g‘(𝐺 ↾s 𝐶))𝑦) = (𝑥(+g‘𝐺)𝑦))
25	23	oveqd 7457	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐶 ∈ (SubMnd‘𝐺) → (𝑦(+g‘(𝐺 ↾s 𝐶))𝑥) = (𝑦(+g‘𝐺)𝑥))
26	24, 25	eqeq12d 2779	. . . . . . 7 ⊢ (𝐶 ∈ (SubMnd‘𝐺) → ((𝑥(+g‘(𝐺 ↾s 𝐶))𝑦) = (𝑦(+g‘(𝐺 ↾s 𝐶))𝑥) ↔ (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) = (𝑦(+g‘𝐺)𝑥)))
27	21, 26	syl 18	. . . . . 6 ⊢ (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) ∧ (𝑥 ∈ 𝐶 ∧ 𝑦 ∈ 𝐶)) → ((𝑥(+g‘(𝐺 ↾s 𝐶))𝑦) = (𝑦(+g‘(𝐺 ↾s 𝐶))𝑥) ↔ (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) = (𝑦(+g‘𝐺)𝑥)))
28	20, 27	mpbird 260	. . . . 5 ⊢ (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) ∧ (𝑥 ∈ 𝐶 ∧ 𝑦 ∈ 𝐶)) → (𝑥(+g‘(𝐺 ↾s 𝐶))𝑦) = (𝑦(+g‘(𝐺 ↾s 𝐶))𝑥))
29	28	ex 418	. . . 4 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → ((𝑥 ∈ 𝐶 ∧ 𝑦 ∈ 𝐶) → (𝑥(+g‘(𝐺 ↾s 𝐶))𝑦) = (𝑦(+g‘(𝐺 ↾s 𝐶))𝑥)))
30	18, 29	sylbid 243	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → ((𝑥 ∈ (Base‘(𝐺 ↾s 𝐶)) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘(𝐺 ↾s 𝐶))) → (𝑥(+g‘(𝐺 ↾s 𝐶))𝑦) = (𝑦(+g‘(𝐺 ↾s 𝐶))𝑥)))
31	30	ralrimivv 3207	. 2 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → ∀𝑥 ∈ (Base‘(𝐺 ↾s 𝐶))∀𝑦 ∈ (Base‘(𝐺 ↾s 𝐶))(𝑥(+g‘(𝐺 ↾s 𝐶))𝑦) = (𝑦(+g‘(𝐺 ↾s 𝐶))𝑥))
32		eqid 2763	. . 3 ⊢ (Base‘(𝐺 ↾s 𝐶)) = (Base‘(𝐺 ↾s 𝐶))
33		eqid 2763	. . 3 ⊢ (+g‘(𝐺 ↾s 𝐶)) = (+g‘(𝐺 ↾s 𝐶))
34	32, 33	iscmn 20030	. 2 ⊢ ((𝐺 ↾s 𝐶) ∈ CMnd ↔ ((𝐺 ↾s 𝐶) ∈ Mnd ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘(𝐺 ↾s 𝐶))∀𝑦 ∈ (Base‘(𝐺 ↾s 𝐶))(𝑥(+g‘(𝐺 ↾s 𝐶))𝑦) = (𝑦(+g‘(𝐺 ↾s 𝐶))𝑥)))
35	12, 31, 34	sylanbrc 595	1 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐴 ∈ 𝐵) → (𝐺 ↾s 𝐶) ∈ CMnd)

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2147  ∀wral 3080   ⊆ wss 3900   ↦ cmpt 5189  ran crn 5656  ‘cfv 6555  (class class class)co 7440  ℕ₀cn0 12630  Basecbs 17413   ↾_s cress 17434  +_gcplusg 17454  0_gc0g 17636  Mndcmnd 18949  SubMndcsubmnd 19003  ._gcmg 19303  CMndccmn 20021

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-sep 5252  ax-nul 5263  ax-pow 5331  ax-pr 5395  ax-un 7772  ax-cnex 11280  ax-resscn 11281  ax-1cn 11282  ax-icn 11283  ax-addcl 11284  ax-addrcl 11285  ax-mulcl 11286  ax-mulrcl 11287  ax-mulcom 11288  ax-addass 11289  ax-mulass 11290  ax-distr 11291  ax-i2m1 11292  ax-1ne0 11293  ax-1rid 11294  ax-rnegex 11295  ax-rrecex 11296  ax-cnre 11297  ax-pre-lttri 11298  ax-pre-lttrn 11299  ax-pre-ltadd 11300  ax-pre-mulgt0 11301

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4839  df-uni 4871  df-iun 4956  df-br 5107  df-opab 5171  df-mpt 5190  df-tr 5216  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6319  df-ord 6380  df-on 6381  df-lim 6382  df-suc 6383  df-iota 6509  df-fun 6557  df-fn 6558  df-f 6559  df-f1 6560  df-fo 6561  df-f1o 6562  df-fv 6563  df-riota 7397  df-ov 7443  df-oprab 7444  df-mpo 7445  df-om 7899  df-1st 8022  df-2nd 8023  df-frecs 8324  df-wrecs 8355  df-recs 8404  df-rdg 8443  df-er 8742  df-en 8999  df-dom 9000  df-sdom 9001  df-pnf 11369  df-mnf 11370  df-xr 11371  df-ltxr 11372  df-le 11373  df-sub 11567  df-neg 11568  df-nn 12360  df-2 12429  df-n0 12631  df-z 12718  df-uz 12990  df-fz 13664  df-seq 14169  df-sets 17368  df-slot 17386  df-ndx 17398  df-base 17414  df-ress 17435  df-plusg 17467  df-0g 17638  df-mgm 18842  df-sgrp 18934  df-mnd 18950  df-submnd 19005  df-mulg 19304  df-cmn 20023

This theorem is used by: (None)