Theorem efsubm 26936

Description: The image of a subgroup of the group +, under the exponential function of a scaled complex number is a submonoid of the multiplicative group of ℂ_fld. (Contributed by Thierry Arnoux, 26-Jan-2020.)

Hypotheses

Ref	Expression
efabl.1	⊢ 𝐹 = (𝑥 ∈ 𝑋 ↦ (exp‘(𝐴 · 𝑥)))
efabl.2	⊢ 𝐺 = ((mulGrp‘ℂfld) ↾s ran 𝐹)
efabl.3	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
efabl.4	⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ (SubGrp‘ℂfld))

Assertion

Ref	Expression
efsubm	⊢ (𝜑 → ran 𝐹 ∈ (SubMnd‘(mulGrp‘ℂfld)))

Distinct variable groups:   𝑥,𝐴   𝑥,𝐹   𝑥,𝐺   𝑥,𝑋   𝜑,𝑥

Proof of Theorem efsubm

Dummy variable 𝑦 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eff 16291	. . . . . 6 ⊢ exp:ℂ⟶ℂ
2	1	a1i 11	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → exp:ℂ⟶ℂ)
3		efabl.3	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
4	3	adantr 486	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → 𝐴 ∈ ℂ)
5		efabl.4	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ (SubGrp‘ℂfld))
6		cnfldbas 21733	. . . . . . . . 9 ⊢ ℂ = (Base‘ℂfld)
7	6	subgss 19387	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑋 ∈ (SubGrp‘ℂfld) → 𝑋 ⊆ ℂ)
8	5, 7	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ⊆ ℂ)
9	8	sselda 3913	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → 𝑥 ∈ ℂ)
10	4, 9	mulcld 11368	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → (𝐴 · 𝑥) ∈ ℂ)
11	2, 10	ffvelcdmd 7117	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → (exp‘(𝐴 · 𝑥)) ∈ ℂ)
12	11	ralrimiva 3158	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ 𝑋 (exp‘(𝐴 · 𝑥)) ∈ ℂ)
13		efabl.1	. . . 4 ⊢ 𝐹 = (𝑥 ∈ 𝑋 ↦ (exp‘(𝐴 · 𝑥)))
14	13	rnmptss 7155	. . 3 ⊢ (∀𝑥 ∈ 𝑋 (exp‘(𝐴 · 𝑥)) ∈ ℂ → ran 𝐹 ⊆ ℂ)
15	12, 14	syl 18	. 2 ⊢ (𝜑 → ran 𝐹 ⊆ ℂ)
16	3	mul01d 11548	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴 · 0) = 0)
17	16	fveq2d 6920	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (exp‘(𝐴 · 0)) = (exp‘0))
18		ef0 16301	. . . 4 ⊢ (exp‘0) = 1
19	17, 18	eqtrdi 2814	. . 3 ⊢ (𝜑 → (exp‘(𝐴 · 0)) = 1)
20		cnfld0 21754	. . . . . 6 ⊢ 0 = (0g‘ℂfld)
21	20	subg0cl 19394	. . . . 5 ⊢ (𝑋 ∈ (SubGrp‘ℂfld) → 0 ∈ 𝑋)
22	5, 21	syl 18	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ 𝑋)
23		fvex 6929	. . . 4 ⊢ (exp‘(𝐴 · 0)) ∈ V
24		oveq2 7459	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 0 → (𝐴 · 𝑥) = (𝐴 · 0))
25	24	fveq2d 6920	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 0 → (exp‘(𝐴 · 𝑥)) = (exp‘(𝐴 · 0)))
26	13, 25	elrnmpt1s 5953	. . . 4 ⊢ ((0 ∈ 𝑋 ∧ (exp‘(𝐴 · 0)) ∈ V) → (exp‘(𝐴 · 0)) ∈ ran 𝐹)
27	22, 23, 26	sylancl 598	. . 3 ⊢ (𝜑 → (exp‘(𝐴 · 0)) ∈ ran 𝐹)
28	19, 27	eqeltrrd 2865	. 2 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ran 𝐹)
29		efabl.2	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝐺 = ((mulGrp‘ℂfld) ↾s ran 𝐹)
30	13, 29, 3, 5	efabl 26935	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ Abel)
31		ablgrp 20050	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐺 ∈ Abel → 𝐺 ∈ Grp)
32	30, 31	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ Grp)
33	32	3ad2ant1 1151	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → 𝐺 ∈ Grp)
34		simp2 1155	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → 𝑥 ∈ ran 𝐹)
35		eqid 2763	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (mulGrp‘ℂfld) = (mulGrp‘ℂfld)
36	35, 6	mgpbas 20416	. . . . . . . . . 10 ⊢ ℂ = (Base‘(mulGrp‘ℂfld))
37	29, 36	ressbas2 17460	. . . . . . . . 9 ⊢ (ran 𝐹 ⊆ ℂ → ran 𝐹 = (Base‘𝐺))
38	15, 37	syl 18	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ran 𝐹 = (Base‘𝐺))
39	38	3ad2ant1 1151	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → ran 𝐹 = (Base‘𝐺))
40	34, 39	eleqtrd 2866	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → 𝑥 ∈ (Base‘𝐺))
41		simp3 1156	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → 𝑦 ∈ ran 𝐹)
42	41, 39	eleqtrd 2866	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → 𝑦 ∈ (Base‘𝐺))
43		eqid 2763	. . . . . . 7 ⊢ (Base‘𝐺) = (Base‘𝐺)
44		eqid 2763	. . . . . . 7 ⊢ (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
45	43, 44	grpcl 19202	. . . . . 6 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝐺)) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ (Base‘𝐺))
46	33, 40, 42, 45	syl3anc 1399	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ (Base‘𝐺))
47	5	mptexd 7261	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝑥 ∈ 𝑋 ↦ (exp‘(𝐴 · 𝑥))) ∈ V)
48	13, 47	eqeltrid 2868	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ V)
49		rnexg 7948	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐹 ∈ V → ran 𝐹 ∈ V)
50		cnfldmul 21737	. . . . . . . . . 10 ⊢ · = (.r‘ℂfld)
51	35, 50	mgpplusg 20415	. . . . . . . . 9 ⊢ · = (+g‘(mulGrp‘ℂfld))
52	29, 51	ressplusg 17508	. . . . . . . 8 ⊢ (ran 𝐹 ∈ V → · = (+g‘𝐺))
53	48, 49, 52	3syl 19	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → · = (+g‘𝐺))
54	53	3ad2ant1 1151	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → · = (+g‘𝐺))
55	54	oveqd 7468	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → (𝑥 · 𝑦) = (𝑥(+g‘𝐺)𝑦))
56	46, 55, 39	3eltr4d 2879	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → (𝑥 · 𝑦) ∈ ran 𝐹)
57	56	3expb 1138	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹)) → (𝑥 · 𝑦) ∈ ran 𝐹)
58	57	ralrimivva 3209	. 2 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ ran 𝐹∀𝑦 ∈ ran 𝐹(𝑥 · 𝑦) ∈ ran 𝐹)
59		cnring 21752	. . 3 ⊢ ℂfld ∈ Ring
60	35	ringmgp 20516	. . 3 ⊢ (ℂfld ∈ Ring → (mulGrp‘ℂfld) ∈ Mnd)
61		cnfld1 21755	. . . . 5 ⊢ 1 = (1r‘ℂfld)
62	35, 61	ringidval 20460	. . . 4 ⊢ 1 = (0g‘(mulGrp‘ℂfld))
63	36, 62, 51	issubm 19048	. . 3 ⊢ ((mulGrp‘ℂfld) ∈ Mnd → (ran 𝐹 ∈ (SubMnd‘(mulGrp‘ℂfld)) ↔ (ran 𝐹 ⊆ ℂ ∧ 1 ∈ ran 𝐹 ∧ ∀𝑥 ∈ ran 𝐹∀𝑦 ∈ ran 𝐹(𝑥 · 𝑦) ∈ ran 𝐹)))
64	59, 60, 63	mp2b 10	. 2 ⊢ (ran 𝐹 ∈ (SubMnd‘(mulGrp‘ℂfld)) ↔ (ran 𝐹 ⊆ ℂ ∧ 1 ∈ ran 𝐹 ∧ ∀𝑥 ∈ ran 𝐹∀𝑦 ∈ ran 𝐹(𝑥 · 𝑦) ∈ ran 𝐹))
65	15, 28, 58, 64	syl3anbrc 1362	1 ⊢ (𝜑 → ran 𝐹 ∈ (SubMnd‘(mulGrp‘ℂfld)))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2147  ∀wral 3080  Vcvv 3454   ⊆ wss 3900   ↦ cmpt 5192  ran crn 5659  ⟶wf 6562  ‘cfv 6566  (class class class)co 7451  ℂcc 11237  0cc0 11239  1c1 11240   · cmul 11244  expce 16271  Basecbs 17431   ↾_s cress 17452  +_gcplusg 17472  Mndcmnd 18973  SubMndcsubmnd 19027  Grpcgrp 19194  SubGrpcsubg 19380  Abelcabl 20046  mulGrpcmgp 20411  Ringcrg 20510  ℂ_fldccnfld 21729

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-rep 5238  ax-sep 5255  ax-nul 5266  ax-pow 5334  ax-pr 5398  ax-un 7783  ax-inf2 9679  ax-cnex 11295  ax-resscn 11296  ax-1cn 11297  ax-icn 11298  ax-addcl 11299  ax-addrcl 11300  ax-mulcl 11301  ax-mulrcl 11302  ax-mulcom 11303  ax-addass 11304  ax-mulass 11305  ax-distr 11306  ax-i2m1 11307  ax-1ne0 11308  ax-1rid 11309  ax-rnegex 11310  ax-rrecex 11311  ax-cnre 11312  ax-pre-lttri 11313  ax-pre-lttrn 11314  ax-pre-ltadd 11315  ax-pre-mulgt0 11316  ax-pre-sup 11317  ax-addf 11318  ax-mulf 11319

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-tp 4593  df-op 4841  df-uni 4873  df-int 4913  df-iun 4958  df-br 5109  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5553  df-eprel 5558  df-po 5566  df-so 5567  df-fr 5611  df-se 5612  df-we 5613  df-xp 5664  df-rel 5665  df-cnv 5666  df-co 5667  df-dm 5668  df-rn 5669  df-res 5670  df-ima 5671  df-pred 6330  df-ord 6391  df-on 6392  df-lim 6393  df-suc 6394  df-iota 6520  df-fun 6568  df-fn 6569  df-f 6570  df-f1 6571  df-fo 6572  df-f1o 6573  df-fv 6574  df-isom 6575  df-riota 7408  df-ov 7454  df-oprab 7455  df-mpo 7456  df-om 7912  df-1st 8035  df-2nd 8036  df-frecs 8337  df-wrecs 8368  df-recs 8417  df-rdg 8456  df-1o 8514  df-er 8755  df-pm 8888  df-en 9012  df-dom 9013  df-sdom 9014  df-fin 9015  df-sup 9471  df-inf 9472  df-oi 9541  df-card 10057  df-pnf 11384  df-mnf 11385  df-xr 11386  df-ltxr 11387  df-le 11388  df-sub 11582  df-neg 11583  df-div 12014  df-nn 12376  df-2 12445  df-3 12446  df-4 12447  df-5 12448  df-6 12449  df-7 12450  df-8 12451  df-9 12452  df-n0 12647  df-z 12734  df-dec 12855  df-uz 13006  df-rp 13161  df-ico 13522  df-fz 13680  df-fzo 13829  df-fl 13972  df-seq 14185  df-exp 14245  df-fac 14459  df-bc 14488  df-hash 14516  df-shft 15263  df-cj 15309  df-re 15310  df-im 15311  df-sqrt 15445  df-abs 15446  df-limsup 15682  df-clim 15699  df-rlim 15700  df-sum 15898  df-ef 16277  df-struct 17369  df-sets 17386  df-slot 17404  df-ndx 17416  df-base 17432  df-ress 17453  df-plusg 17486  df-mulr 17487  df-starv 17488  df-tset 17492  df-ple 17493  df-ds 17495  df-unif 17496  df-euf 17499  df-0g 17662  df-mgm 18866  df-sgrp 18958  df-mnd 18974  df-submnd 19029  df-grp 19197  df-minusg 19198  df-subg 19383  df-cmn 20047  df-abl 20048  df-mgp 20412  df-ur 20459  df-ring 20512  df-cring 20513  df-cnfld 21730

This theorem is used by:  circsubm  26938