Users' Mathboxes Mathbox for Thierry Arnoux < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  elrgspn Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem elrgspn 33159
Description: Membership in the subring generated by the subset 𝐴. An element 𝑋 lies in that subring if and only if 𝑋 is a linear combination with integer coefficients of products of elements of 𝐴. (Contributed by Thierry Arnoux, 5-Oct-2025.)
Hypotheses
Ref Expression
elrgspn.b 𝐵 = (Base‘𝑅)
elrgspn.m 𝑀 = (mulGrp‘𝑅)
elrgspn.x · = (.g𝑅)
elrgspn.n 𝑁 = (RingSpan‘𝑅)
elrgspn.f 𝐹 = {𝑓 ∈ (ℤ ↑m Word 𝐴) ∣ 𝑓 finSupp 0}
elrgspn.r (𝜑𝑅 ∈ Ring)
elrgspn.a (𝜑𝐴𝐵)
Assertion
Ref Expression
elrgspn (𝜑 → (𝑋 ∈ (𝑁𝐴) ↔ ∃𝑔𝐹 𝑋 = (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))))
Distinct variable groups:   · ,𝑓,𝑔,𝑤   𝐴,𝑓,𝑔,𝑤   𝐵,𝑓,𝑔,𝑤   𝑓,𝐹,𝑔,𝑤   𝑓,𝑀,𝑔,𝑤   𝑅,𝑓,𝑔,𝑤   𝑓,𝑋,𝑔   𝜑,𝑓,𝑔,𝑤
Allowed substitution hints:   𝑁(𝑤,𝑓,𝑔)   𝑋(𝑤)

Proof of Theorem elrgspn
Dummy variables 𝑖 𝑣 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 elrgspn.r . . . . 5 (𝜑𝑅 ∈ Ring)
2 elrgspn.b . . . . . 6 𝐵 = (Base‘𝑅)
32a1i 11 . . . . 5 (𝜑𝐵 = (Base‘𝑅))
4 elrgspn.a . . . . 5 (𝜑𝐴𝐵)
5 elrgspn.n . . . . . 6 𝑁 = (RingSpan‘𝑅)
65a1i 11 . . . . 5 (𝜑𝑁 = (RingSpan‘𝑅))
7 eqidd 2735 . . . . 5 (𝜑 → (𝑁𝐴) = (𝑁𝐴))
81, 3, 4, 6, 7rgspncl 20558 . . . 4 (𝜑 → (𝑁𝐴) ∈ (SubRing‘𝑅))
92subrgss 20517 . . . 4 ((𝑁𝐴) ∈ (SubRing‘𝑅) → (𝑁𝐴) ⊆ 𝐵)
108, 9syl 17 . . 3 (𝜑 → (𝑁𝐴) ⊆ 𝐵)
1110sselda 3956 . 2 ((𝜑𝑋 ∈ (𝑁𝐴)) → 𝑋𝐵)
12 simpr 484 . . . 4 (((𝜑𝑔𝐹) ∧ 𝑋 = (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))) → 𝑋 = (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)))))
13 eqid 2734 . . . . . 6 (0g𝑅) = (0g𝑅)
141ringcmnd 20229 . . . . . . 7 (𝜑𝑅 ∈ CMnd)
1514adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑𝑔𝐹) → 𝑅 ∈ CMnd)
162fvexi 6886 . . . . . . . . . 10 𝐵 ∈ V
1716a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐵 ∈ V)
1817, 4ssexd 5291 . . . . . . . 8 (𝜑𝐴 ∈ V)
1918adantr 480 . . . . . . 7 ((𝜑𝑔𝐹) → 𝐴 ∈ V)
20 wrdexg 14529 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ V → Word 𝐴 ∈ V)
2119, 20syl 17 . . . . . 6 ((𝜑𝑔𝐹) → Word 𝐴 ∈ V)
22 elrgspn.x . . . . . . . 8 · = (.g𝑅)
231ringgrpd 20187 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑅 ∈ Grp)
2423ad2antrr 726 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑔𝐹) ∧ 𝑤 ∈ Word 𝐴) → 𝑅 ∈ Grp)
25 zex 12589 . . . . . . . . . . 11 ℤ ∈ V
2625a1i 11 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑔𝐹) → ℤ ∈ V)
27 breq1 5119 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑓 = 𝑔 → (𝑓 finSupp 0 ↔ 𝑔 finSupp 0))
28 elrgspn.f . . . . . . . . . . . . . 14 𝐹 = {𝑓 ∈ (ℤ ↑m Word 𝐴) ∣ 𝑓 finSupp 0}
2927, 28elrab2 3672 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑔𝐹 ↔ (𝑔 ∈ (ℤ ↑m Word 𝐴) ∧ 𝑔 finSupp 0))
3029biimpi 216 . . . . . . . . . . . 12 (𝑔𝐹 → (𝑔 ∈ (ℤ ↑m Word 𝐴) ∧ 𝑔 finSupp 0))
3130simpld 494 . . . . . . . . . . 11 (𝑔𝐹𝑔 ∈ (ℤ ↑m Word 𝐴))
3231adantl 481 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑔𝐹) → 𝑔 ∈ (ℤ ↑m Word 𝐴))
3321, 26, 32elmaprd 32590 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑔𝐹) → 𝑔:Word 𝐴⟶ℤ)
3433ffvelcdmda 7070 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑔𝐹) ∧ 𝑤 ∈ Word 𝐴) → (𝑔𝑤) ∈ ℤ)
35 elrgspn.m . . . . . . . . . . . 12 𝑀 = (mulGrp‘𝑅)
3635ringmgp 20184 . . . . . . . . . . 11 (𝑅 ∈ Ring → 𝑀 ∈ Mnd)
371, 36syl 17 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑀 ∈ Mnd)
3837ad2antrr 726 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑔𝐹) ∧ 𝑤 ∈ Word 𝐴) → 𝑀 ∈ Mnd)
39 sswrd 14527 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴𝐵 → Word 𝐴 ⊆ Word 𝐵)
404, 39syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → Word 𝐴 ⊆ Word 𝐵)
4140adantr 480 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑔𝐹) → Word 𝐴 ⊆ Word 𝐵)
4241sselda 3956 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑔𝐹) ∧ 𝑤 ∈ Word 𝐴) → 𝑤 ∈ Word 𝐵)
4335, 2mgpbas 20090 . . . . . . . . . 10 𝐵 = (Base‘𝑀)
4443gsumwcl 18802 . . . . . . . . 9 ((𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑤 ∈ Word 𝐵) → (𝑀 Σg 𝑤) ∈ 𝐵)
4538, 42, 44syl2anc 584 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑔𝐹) ∧ 𝑤 ∈ Word 𝐴) → (𝑀 Σg 𝑤) ∈ 𝐵)
462, 22, 24, 34, 45mulgcld 19064 . . . . . . 7 (((𝜑𝑔𝐹) ∧ 𝑤 ∈ Word 𝐴) → ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)) ∈ 𝐵)
4746fmpttd 7101 . . . . . 6 ((𝜑𝑔𝐹) → (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))):Word 𝐴𝐵)
4833feqmptd 6943 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑔𝐹) → 𝑔 = (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ (𝑔𝑤)))
4930simprd 495 . . . . . . . . 9 (𝑔𝐹𝑔 finSupp 0)
5049adantl 481 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑔𝐹) → 𝑔 finSupp 0)
5148, 50eqbrtrrd 5140 . . . . . . 7 ((𝜑𝑔𝐹) → (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ (𝑔𝑤)) finSupp 0)
522, 13, 22mulg0 19042 . . . . . . . 8 (𝑦𝐵 → (0 · 𝑦) = (0g𝑅))
5352adantl 481 . . . . . . 7 (((𝜑𝑔𝐹) ∧ 𝑦𝐵) → (0 · 𝑦) = (0g𝑅))
54 fvexd 6887 . . . . . . 7 ((𝜑𝑔𝐹) → (0g𝑅) ∈ V)
5551, 53, 34, 45, 54fsuppssov1 9390 . . . . . 6 ((𝜑𝑔𝐹) → (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))) finSupp (0g𝑅))
562, 13, 15, 21, 47, 55gsumcl 19881 . . . . 5 ((𝜑𝑔𝐹) → (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)))) ∈ 𝐵)
5756adantr 480 . . . 4 (((𝜑𝑔𝐹) ∧ 𝑋 = (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))) → (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)))) ∈ 𝐵)
5812, 57eqeltrd 2833 . . 3 (((𝜑𝑔𝐹) ∧ 𝑋 = (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))) → 𝑋𝐵)
5958r19.29an 3142 . 2 ((𝜑 ∧ ∃𝑔𝐹 𝑋 = (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))) → 𝑋𝐵)
601adantr 480 . . . . 5 ((𝜑𝑋𝐵) → 𝑅 ∈ Ring)
614adantr 480 . . . . 5 ((𝜑𝑋𝐵) → 𝐴𝐵)
62 fveq1 6871 . . . . . . . . . . 11 ( = 𝑖 → (𝑤) = (𝑖𝑤))
6362oveq1d 7414 . . . . . . . . . 10 ( = 𝑖 → ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)) = ((𝑖𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)))
6463mpteq2dv 5212 . . . . . . . . 9 ( = 𝑖 → (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))) = (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑖𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))
65 fveq2 6872 . . . . . . . . . . 11 (𝑤 = 𝑣 → (𝑖𝑤) = (𝑖𝑣))
66 oveq2 7407 . . . . . . . . . . 11 (𝑤 = 𝑣 → (𝑀 Σg 𝑤) = (𝑀 Σg 𝑣))
6765, 66oveq12d 7417 . . . . . . . . . 10 (𝑤 = 𝑣 → ((𝑖𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)) = ((𝑖𝑣) · (𝑀 Σg 𝑣)))
6867cbvmptv 5222 . . . . . . . . 9 (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑖𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))) = (𝑣 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑖𝑣) · (𝑀 Σg 𝑣)))
6964, 68eqtrdi 2785 . . . . . . . 8 ( = 𝑖 → (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))) = (𝑣 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑖𝑣) · (𝑀 Σg 𝑣))))
7069oveq2d 7415 . . . . . . 7 ( = 𝑖 → (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)))) = (𝑅 Σg (𝑣 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑖𝑣) · (𝑀 Σg 𝑣)))))
7170cbvmptv 5222 . . . . . 6 (𝐹 ↦ (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))) = (𝑖𝐹 ↦ (𝑅 Σg (𝑣 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑖𝑣) · (𝑀 Σg 𝑣)))))
7271rneqi 5914 . . . . 5 ran (𝐹 ↦ (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))) = ran (𝑖𝐹 ↦ (𝑅 Σg (𝑣 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑖𝑣) · (𝑀 Σg 𝑣)))))
732, 35, 22, 5, 28, 60, 61, 72elrgspnlem4 33158 . . . 4 ((𝜑𝑋𝐵) → (𝑁𝐴) = ran (𝐹 ↦ (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))))
7473eleq2d 2819 . . 3 ((𝜑𝑋𝐵) → (𝑋 ∈ (𝑁𝐴) ↔ 𝑋 ∈ ran (𝐹 ↦ (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)))))))
75 fveq1 6871 . . . . . . . . 9 ( = 𝑔 → (𝑤) = (𝑔𝑤))
7675oveq1d 7414 . . . . . . . 8 ( = 𝑔 → ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)) = ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)))
7776mpteq2dv 5212 . . . . . . 7 ( = 𝑔 → (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))) = (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))
7877oveq2d 7415 . . . . . 6 ( = 𝑔 → (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)))) = (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)))))
7978cbvmptv 5222 . . . . 5 (𝐹 ↦ (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))) = (𝑔𝐹 ↦ (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)))))
8079elrnmpt 5935 . . . 4 (𝑋𝐵 → (𝑋 ∈ ran (𝐹 ↦ (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))) ↔ ∃𝑔𝐹 𝑋 = (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))))
8180adantl 481 . . 3 ((𝜑𝑋𝐵) → (𝑋 ∈ ran (𝐹 ↦ (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))) ↔ ∃𝑔𝐹 𝑋 = (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))))
8274, 81bitrd 279 . 2 ((𝜑𝑋𝐵) → (𝑋 ∈ (𝑁𝐴) ↔ ∃𝑔𝐹 𝑋 = (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))))
8311, 59, 82bibiad 839 1 (𝜑 → (𝑋 ∈ (𝑁𝐴) ↔ ∃𝑔𝐹 𝑋 = (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 206  wa 395   = wceq 1539  wcel 2107  wrex 3059  {crab 3413  Vcvv 3457  wss 3924   class class class wbr 5116  cmpt 5198  ran crn 5652  cfv 6527  (class class class)co 7399  m cmap 8834   finSupp cfsupp 9367  0cc0 11121  cz 12580  Word cword 14519  Basecbs 17213  0gc0g 17438   Σg cgsu 17439  Mndcmnd 18697  Grpcgrp 18901  .gcmg 19035  CMndccmn 19746  mulGrpcmgp 20085  Ringcrg 20178  SubRingcsubrg 20514  RingSpancrgspn 20555
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1794  ax-4 1808  ax-5 1909  ax-6 1966  ax-7 2006  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2140  ax-11 2156  ax-12 2176  ax-ext 2706  ax-rep 5246  ax-sep 5263  ax-nul 5273  ax-pow 5332  ax-pr 5399  ax-un 7723  ax-inf2 9647  ax-cnex 11177  ax-resscn 11178  ax-1cn 11179  ax-icn 11180  ax-addcl 11181  ax-addrcl 11182  ax-mulcl 11183  ax-mulrcl 11184  ax-mulcom 11185  ax-addass 11186  ax-mulass 11187  ax-distr 11188  ax-i2m1 11189  ax-1ne0 11190  ax-1rid 11191  ax-rnegex 11192  ax-rrecex 11193  ax-cnre 11194  ax-pre-lttri 11195  ax-pre-lttrn 11196  ax-pre-ltadd 11197  ax-pre-mulgt0 11198  ax-pre-sup 11199  ax-addf 11200
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1779  df-nf 1783  df-sb 2064  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2713  df-cleq 2726  df-clel 2808  df-nfc 2884  df-ne 2932  df-nel 3036  df-ral 3051  df-rex 3060  df-rmo 3357  df-reu 3358  df-rab 3414  df-v 3459  df-sbc 3764  df-csb 3873  df-dif 3927  df-un 3929  df-in 3931  df-ss 3941  df-pss 3944  df-nul 4307  df-if 4499  df-pw 4575  df-sn 4600  df-pr 4602  df-tp 4604  df-op 4606  df-uni 4881  df-int 4920  df-iun 4966  df-iin 4967  df-br 5117  df-opab 5179  df-mpt 5199  df-tr 5227  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-se 5604  df-we 5605  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6287  df-ord 6352  df-on 6353  df-lim 6354  df-suc 6355  df-iota 6480  df-fun 6529  df-fn 6530  df-f 6531  df-f1 6532  df-fo 6533  df-f1o 6534  df-fv 6535  df-isom 6536  df-riota 7356  df-ov 7402  df-oprab 7403  df-mpo 7404  df-of 7665  df-om 7856  df-1st 7982  df-2nd 7983  df-supp 8154  df-tpos 8219  df-frecs 8274  df-wrecs 8305  df-recs 8379  df-rdg 8418  df-1o 8474  df-2o 8475  df-er 8713  df-map 8836  df-en 8954  df-dom 8955  df-sdom 8956  df-fin 8957  df-fsupp 9368  df-sup 9448  df-oi 9516  df-card 9945  df-pnf 11263  df-mnf 11264  df-xr 11265  df-ltxr 11266  df-le 11267  df-sub 11460  df-neg 11461  df-div 11887  df-nn 12233  df-2 12295  df-3 12296  df-4 12297  df-5 12298  df-6 12299  df-7 12300  df-8 12301  df-9 12302  df-n0 12494  df-z 12581  df-dec 12701  df-uz 12845  df-rp 13001  df-fz 13514  df-fzo 13661  df-seq 14009  df-exp 14069  df-hash 14337  df-word 14520  df-concat 14576  df-s1 14601  df-substr 14646  df-pfx 14676  df-cj 15105  df-re 15106  df-im 15107  df-sqrt 15241  df-abs 15242  df-clim 15491  df-sum 15690  df-struct 17151  df-sets 17168  df-slot 17186  df-ndx 17198  df-base 17214  df-ress 17237  df-plusg 17269  df-mulr 17270  df-starv 17271  df-tset 17275  df-ple 17276  df-ds 17278  df-unif 17279  df-0g 17440  df-gsum 17441  df-mre 17583  df-mrc 17584  df-acs 17586  df-mgm 18603  df-sgrp 18682  df-mnd 18698  df-mhm 18746  df-submnd 18747  df-grp 18904  df-minusg 18905  df-mulg 19036  df-subg 19091  df-ghm 19181  df-cntz 19285  df-cmn 19748  df-abl 19749  df-mgp 20086  df-rng 20098  df-ur 20127  df-ring 20180  df-cring 20181  df-oppr 20282  df-subrng 20491  df-subrg 20515  df-rgspn 20556  df-cnfld 21301  df-zring 21393
This theorem is referenced by:  elrgspnsubrunlem1  33160  elrgspnsubrun  33162
  Copyright terms: Public domain W3C validator