Theorem efsubm 25707

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 15791	. . . . . 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 481	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → 𝐴 ∈ ℂ)
5		efabl.4	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ (SubGrp‘ℂfld))
6		cnfldbas 20601	. . . . . . . . 9 ⊢ ℂ = (Base‘ℂfld)
7	6	subgss 18756	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑋 ∈ (SubGrp‘ℂfld) → 𝑋 ⊆ ℂ)
8	5, 7	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ⊆ ℂ)
9	8	sselda 3921	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → 𝑥 ∈ ℂ)
10	4, 9	mulcld 10995	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → (𝐴 · 𝑥) ∈ ℂ)
11	2, 10	ffvelrnd 6962	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → (exp‘(𝐴 · 𝑥)) ∈ ℂ)
12	11	ralrimiva 3103	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ 𝑋 (exp‘(𝐴 · 𝑥)) ∈ ℂ)
13		efabl.1	. . . 4 ⊢ 𝐹 = (𝑥 ∈ 𝑋 ↦ (exp‘(𝐴 · 𝑥)))
14	13	rnmptss 6996	. . 3 ⊢ (∀𝑥 ∈ 𝑋 (exp‘(𝐴 · 𝑥)) ∈ ℂ → ran 𝐹 ⊆ ℂ)
15	12, 14	syl 17	. 2 ⊢ (𝜑 → ran 𝐹 ⊆ ℂ)
16	3	mul01d 11174	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴 · 0) = 0)
17	16	fveq2d 6778	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (exp‘(𝐴 · 0)) = (exp‘0))
18		ef0 15800	. . . 4 ⊢ (exp‘0) = 1
19	17, 18	eqtrdi 2794	. . 3 ⊢ (𝜑 → (exp‘(𝐴 · 0)) = 1)
20		cnfld0 20622	. . . . . 6 ⊢ 0 = (0g‘ℂfld)
21	20	subg0cl 18763	. . . . 5 ⊢ (𝑋 ∈ (SubGrp‘ℂfld) → 0 ∈ 𝑋)
22	5, 21	syl 17	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ 𝑋)
23		fvex 6787	. . . 4 ⊢ (exp‘(𝐴 · 0)) ∈ V
24		oveq2 7283	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 0 → (𝐴 · 𝑥) = (𝐴 · 0))
25	24	fveq2d 6778	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 0 → (exp‘(𝐴 · 𝑥)) = (exp‘(𝐴 · 0)))
26	13, 25	elrnmpt1s 5866	. . . 4 ⊢ ((0 ∈ 𝑋 ∧ (exp‘(𝐴 · 0)) ∈ V) → (exp‘(𝐴 · 0)) ∈ ran 𝐹)
27	22, 23, 26	sylancl 586	. . 3 ⊢ (𝜑 → (exp‘(𝐴 · 0)) ∈ ran 𝐹)
28	19, 27	eqeltrrd 2840	. 2 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ran 𝐹)
29		efabl.2	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝐺 = ((mulGrp‘ℂfld) ↾s ran 𝐹)
30	13, 29, 3, 5	efabl 25706	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ Abel)
31		ablgrp 19391	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐺 ∈ Abel → 𝐺 ∈ Grp)
32	30, 31	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ Grp)
33	32	3ad2ant1 1132	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → 𝐺 ∈ Grp)
34		simp2 1136	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → 𝑥 ∈ ran 𝐹)
35		eqid 2738	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (mulGrp‘ℂfld) = (mulGrp‘ℂfld)
36	35, 6	mgpbas 19726	. . . . . . . . . 10 ⊢ ℂ = (Base‘(mulGrp‘ℂfld))
37	29, 36	ressbas2 16949	. . . . . . . . 9 ⊢ (ran 𝐹 ⊆ ℂ → ran 𝐹 = (Base‘𝐺))
38	15, 37	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ran 𝐹 = (Base‘𝐺))
39	38	3ad2ant1 1132	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → ran 𝐹 = (Base‘𝐺))
40	34, 39	eleqtrd 2841	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → 𝑥 ∈ (Base‘𝐺))
41		simp3 1137	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → 𝑦 ∈ ran 𝐹)
42	41, 39	eleqtrd 2841	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → 𝑦 ∈ (Base‘𝐺))
43		eqid 2738	. . . . . . 7 ⊢ (Base‘𝐺) = (Base‘𝐺)
44		eqid 2738	. . . . . . 7 ⊢ (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
45	43, 44	grpcl 18585	. . . . . 6 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝐺)) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ (Base‘𝐺))
46	33, 40, 42, 45	syl3anc 1370	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ (Base‘𝐺))
47	5	mptexd 7100	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝑥 ∈ 𝑋 ↦ (exp‘(𝐴 · 𝑥))) ∈ V)
48	13, 47	eqeltrid 2843	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ V)
49		rnexg 7751	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐹 ∈ V → ran 𝐹 ∈ V)
50		cnfldmul 20603	. . . . . . . . . 10 ⊢ · = (.r‘ℂfld)
51	35, 50	mgpplusg 19724	. . . . . . . . 9 ⊢ · = (+g‘(mulGrp‘ℂfld))
52	29, 51	ressplusg 17000	. . . . . . . 8 ⊢ (ran 𝐹 ∈ V → · = (+g‘𝐺))
53	48, 49, 52	3syl 18	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → · = (+g‘𝐺))
54	53	3ad2ant1 1132	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → · = (+g‘𝐺))
55	54	oveqd 7292	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → (𝑥 · 𝑦) = (𝑥(+g‘𝐺)𝑦))
56	46, 55, 39	3eltr4d 2854	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → (𝑥 · 𝑦) ∈ ran 𝐹)
57	56	3expb 1119	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ran 𝐹 ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹)) → (𝑥 · 𝑦) ∈ ran 𝐹)
58	57	ralrimivva 3123	. 2 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ ran 𝐹∀𝑦 ∈ ran 𝐹(𝑥 · 𝑦) ∈ ran 𝐹)
59		cnring 20620	. . 3 ⊢ ℂfld ∈ Ring
60	35	ringmgp 19789	. . 3 ⊢ (ℂfld ∈ Ring → (mulGrp‘ℂfld) ∈ Mnd)
61		cnfld1 20623	. . . . 5 ⊢ 1 = (1r‘ℂfld)
62	35, 61	ringidval 19739	. . . 4 ⊢ 1 = (0g‘(mulGrp‘ℂfld))
63	36, 62, 51	issubm 18442	. . 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 1342	1 ⊢ (𝜑 → ran 𝐹 ∈ (SubMnd‘(mulGrp‘ℂfld)))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 396   ∧ w3a 1086   = wceq 1539   ∈ wcel 2106  ∀wral 3064  Vcvv 3432   ⊆ wss 3887   ↦ cmpt 5157  ran crn 5590  ⟶wf 6429  ‘cfv 6433  (class class class)co 7275  ℂcc 10869  0cc0 10871  1c1 10872   · cmul 10876  expce 15771  Basecbs 16912   ↾_s cress 16941  +_gcplusg 16962  Mndcmnd 18385  SubMndcsubmnd 18429  Grpcgrp 18577  SubGrpcsubg 18749  Abelcabl 19387  mulGrpcmgp 19720  Ringcrg 19783  ℂ_fldccnfld 20597

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2709  ax-rep 5209  ax-sep 5223  ax-nul 5230  ax-pow 5288  ax-pr 5352  ax-un 7588  ax-inf2 9399  ax-cnex 10927  ax-resscn 10928  ax-1cn 10929  ax-icn 10930  ax-addcl 10931  ax-addrcl 10932  ax-mulcl 10933  ax-mulrcl 10934  ax-mulcom 10935  ax-addass 10936  ax-mulass 10937  ax-distr 10938  ax-i2m1 10939  ax-1ne0 10940  ax-1rid 10941  ax-rnegex 10942  ax-rrecex 10943  ax-cnre 10944  ax-pre-lttri 10945  ax-pre-lttrn 10946  ax-pre-ltadd 10947  ax-pre-mulgt0 10948  ax-pre-sup 10949  ax-addf 10950  ax-mulf 10951

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2068  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2816  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3069  df-rex 3070  df-rmo 3071  df-reu 3072  df-rab 3073  df-v 3434  df-sbc 3717  df-csb 3833  df-dif 3890  df-un 3892  df-in 3894  df-ss 3904  df-pss 3906  df-nul 4257  df-if 4460  df-pw 4535  df-sn 4562  df-pr 4564  df-tp 4566  df-op 4568  df-uni 4840  df-int 4880  df-iun 4926  df-br 5075  df-opab 5137  df-mpt 5158  df-tr 5192  df-id 5489  df-eprel 5495  df-po 5503  df-so 5504  df-fr 5544  df-se 5545  df-we 5546  df-xp 5595  df-rel 5596  df-cnv 5597  df-co 5598  df-dm 5599  df-rn 5600  df-res 5601  df-ima 5602  df-pred 6202  df-ord 6269  df-on 6270  df-lim 6271  df-suc 6272  df-iota 6391  df-fun 6435  df-fn 6436  df-f 6437  df-f1 6438  df-fo 6439  df-f1o 6440  df-fv 6441  df-isom 6442  df-riota 7232  df-ov 7278  df-oprab 7279  df-mpo 7280  df-om 7713  df-1st 7831  df-2nd 7832  df-frecs 8097  df-wrecs 8128  df-recs 8202  df-rdg 8241  df-1o 8297  df-er 8498  df-pm 8618  df-en 8734  df-dom 8735  df-sdom 8736  df-fin 8737  df-sup 9201  df-inf 9202  df-oi 9269  df-card 9697  df-pnf 11011  df-mnf 11012  df-xr 11013  df-ltxr 11014  df-le 11015  df-sub 11207  df-neg 11208  df-div 11633  df-nn 11974  df-2 12036  df-3 12037  df-4 12038  df-5 12039  df-6 12040  df-7 12041  df-8 12042  df-9 12043  df-n0 12234  df-z 12320  df-dec 12438  df-uz 12583  df-rp 12731  df-ico 13085  df-fz 13240  df-fzo 13383  df-fl 13512  df-seq 13722  df-exp 13783  df-fac 13988  df-bc 14017  df-hash 14045  df-shft 14778  df-cj 14810  df-re 14811  df-im 14812  df-sqrt 14946  df-abs 14947  df-limsup 15180  df-clim 15197  df-rlim 15198  df-sum 15398  df-ef 15777  df-struct 16848  df-sets 16865  df-slot 16883  df-ndx 16895  df-base 16913  df-ress 16942  df-plusg 16975  df-mulr 16976  df-starv 16977  df-tset 16981  df-ple 16982  df-ds 16984  df-unif 16985  df-0g 17152  df-mgm 18326  df-sgrp 18375  df-mnd 18386  df-submnd 18431  df-grp 18580  df-minusg 18581  df-subg 18752  df-cmn 19388  df-abl 19389  df-mgp 19721  df-ur 19738  df-ring 19785  df-cring 19786  df-cnfld 20598

This theorem is referenced by:  circsubm  25709