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 33346
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 2738 . . . . 5 (𝜑 → (𝑁𝐴) = (𝑁𝐴))
81, 3, 4, 6, 7rgspncl 20563 . . . 4 (𝜑 → (𝑁𝐴) ∈ (SubRing‘𝑅))
92subrgss 20522 . . . 4 ((𝑁𝐴) ∈ (SubRing‘𝑅) → (𝑁𝐴) ⊆ 𝐵)
108, 9syl 17 . . 3 (𝜑 → (𝑁𝐴) ⊆ 𝐵)
1110sselda 3935 . 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 2737 . . . . . 6 (0g𝑅) = (0g𝑅)
141ringcmnd 20236 . . . . . . 7 (𝜑𝑅 ∈ CMnd)
1514adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑𝑔𝐹) → 𝑅 ∈ CMnd)
162fvexi 6858 . . . . . . . . . 10 𝐵 ∈ V
1716a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐵 ∈ V)
1817, 4ssexd 5273 . . . . . . . 8 (𝜑𝐴 ∈ V)
1918adantr 480 . . . . . . 7 ((𝜑𝑔𝐹) → 𝐴 ∈ V)
20 wrdexg 14461 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ V → Word 𝐴 ∈ V)
2119, 20syl 17 . . . . . 6 ((𝜑𝑔𝐹) → Word 𝐴 ∈ V)
22 elrgspn.x . . . . . . . 8 · = (.g𝑅)
231ringgrpd 20194 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑅 ∈ Grp)
2423ad2antrr 727 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑔𝐹) ∧ 𝑤 ∈ Word 𝐴) → 𝑅 ∈ Grp)
25 zex 12511 . . . . . . . . . . 11 ℤ ∈ V
2625a1i 11 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑔𝐹) → ℤ ∈ V)
27 breq1 5103 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑓 = 𝑔 → (𝑓 finSupp 0 ↔ 𝑔 finSupp 0))
28 elrgspn.f . . . . . . . . . . . . . 14 𝐹 = {𝑓 ∈ (ℤ ↑m Word 𝐴) ∣ 𝑓 finSupp 0}
2927, 28elrab2 3651 . . . . . . . . . . . . 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 32776 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑔𝐹) → 𝑔:Word 𝐴⟶ℤ)
3433ffvelcdmda 7040 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑔𝐹) ∧ 𝑤 ∈ Word 𝐴) → (𝑔𝑤) ∈ ℤ)
35 elrgspn.m . . . . . . . . . . . 12 𝑀 = (mulGrp‘𝑅)
3635ringmgp 20191 . . . . . . . . . . 11 (𝑅 ∈ Ring → 𝑀 ∈ Mnd)
371, 36syl 17 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑀 ∈ Mnd)
3837ad2antrr 727 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑔𝐹) ∧ 𝑤 ∈ Word 𝐴) → 𝑀 ∈ Mnd)
39 sswrd 14459 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴𝐵 → Word 𝐴 ⊆ Word 𝐵)
404, 39syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → Word 𝐴 ⊆ Word 𝐵)
4140adantr 480 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑔𝐹) → Word 𝐴 ⊆ Word 𝐵)
4241sselda 3935 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑔𝐹) ∧ 𝑤 ∈ Word 𝐴) → 𝑤 ∈ Word 𝐵)
4335, 2mgpbas 20097 . . . . . . . . . 10 𝐵 = (Base‘𝑀)
4443gsumwcl 18778 . . . . . . . . 9 ((𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑤 ∈ Word 𝐵) → (𝑀 Σg 𝑤) ∈ 𝐵)
4538, 42, 44syl2anc 585 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑔𝐹) ∧ 𝑤 ∈ Word 𝐴) → (𝑀 Σg 𝑤) ∈ 𝐵)
462, 22, 24, 34, 45mulgcld 19043 . . . . . . 7 (((𝜑𝑔𝐹) ∧ 𝑤 ∈ Word 𝐴) → ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)) ∈ 𝐵)
4746fmpttd 7071 . . . . . 6 ((𝜑𝑔𝐹) → (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))):Word 𝐴𝐵)
4833feqmptd 6912 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑔𝐹) → 𝑔 = (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ (𝑔𝑤)))
4930simprd 495 . . . . . . . . 9 (𝑔𝐹𝑔 finSupp 0)
5049adantl 481 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑔𝐹) → 𝑔 finSupp 0)
5148, 50eqbrtrrd 5124 . . . . . . 7 ((𝜑𝑔𝐹) → (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ (𝑔𝑤)) finSupp 0)
522, 13, 22mulg0 19021 . . . . . . . 8 (𝑦𝐵 → (0 · 𝑦) = (0g𝑅))
5352adantl 481 . . . . . . 7 (((𝜑𝑔𝐹) ∧ 𝑦𝐵) → (0 · 𝑦) = (0g𝑅))
54 fvexd 6859 . . . . . . 7 ((𝜑𝑔𝐹) → (0g𝑅) ∈ V)
5551, 53, 34, 45, 54fsuppssov1 9301 . . . . . 6 ((𝜑𝑔𝐹) → (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))) finSupp (0g𝑅))
562, 13, 15, 21, 47, 55gsumcl 19861 . . . . 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 2837 . . 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 6843 . . . . . . . . . . 11 ( = 𝑖 → (𝑤) = (𝑖𝑤))
6362oveq1d 7385 . . . . . . . . . 10 ( = 𝑖 → ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)) = ((𝑖𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)))
6463mpteq2dv 5194 . . . . . . . . 9 ( = 𝑖 → (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))) = (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑖𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))
65 fveq2 6844 . . . . . . . . . . 11 (𝑤 = 𝑣 → (𝑖𝑤) = (𝑖𝑣))
66 oveq2 7378 . . . . . . . . . . 11 (𝑤 = 𝑣 → (𝑀 Σg 𝑤) = (𝑀 Σg 𝑣))
6765, 66oveq12d 7388 . . . . . . . . . 10 (𝑤 = 𝑣 → ((𝑖𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)) = ((𝑖𝑣) · (𝑀 Σg 𝑣)))
6867cbvmptv 5204 . . . . . . . . 9 (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑖𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))) = (𝑣 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑖𝑣) · (𝑀 Σg 𝑣)))
6964, 68eqtrdi 2788 . . . . . . . 8 ( = 𝑖 → (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))) = (𝑣 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑖𝑣) · (𝑀 Σg 𝑣))))
7069oveq2d 7386 . . . . . . 7 ( = 𝑖 → (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)))) = (𝑅 Σg (𝑣 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑖𝑣) · (𝑀 Σg 𝑣)))))
7170cbvmptv 5204 . . . . . 6 (𝐹 ↦ (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))) = (𝑖𝐹 ↦ (𝑅 Σg (𝑣 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑖𝑣) · (𝑀 Σg 𝑣)))))
7271rneqi 5896 . . . . 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 33345 . . . 4 ((𝜑𝑋𝐵) → (𝑁𝐴) = ran (𝐹 ↦ (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))))
7473eleq2d 2823 . . 3 ((𝜑𝑋𝐵) → (𝑋 ∈ (𝑁𝐴) ↔ 𝑋 ∈ ran (𝐹 ↦ (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)))))))
75 fveq1 6843 . . . . . . . . 9 ( = 𝑔 → (𝑤) = (𝑔𝑤))
7675oveq1d 7385 . . . . . . . 8 ( = 𝑔 → ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)) = ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)))
7776mpteq2dv 5194 . . . . . . 7 ( = 𝑔 → (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))) = (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))
7877oveq2d 7386 . . . . . 6 ( = 𝑔 → (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)))) = (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)))))
7978cbvmptv 5204 . . . . 5 (𝐹 ↦ (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤))))) = (𝑔𝐹 ↦ (𝑅 Σg (𝑤 ∈ Word 𝐴 ↦ ((𝑔𝑤) · (𝑀 Σg 𝑤)))))
8079elrnmpt 5917 . . . 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 840 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 1542  wcel 2114  wrex 3062  {crab 3401  Vcvv 3442  wss 3903   class class class wbr 5100  cmpt 5181  ran crn 5635  cfv 6502  (class class class)co 7370  m cmap 8777   finSupp cfsupp 9278  0cc0 11040  cz 12502  Word cword 14450  Basecbs 17150  0gc0g 17373   Σg cgsu 17374  Mndcmnd 18673  Grpcgrp 18880  .gcmg 19014  CMndccmn 19726  mulGrpcmgp 20092  Ringcrg 20185  SubRingcsubrg 20519  RingSpancrgspn 20560
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-rep 5226  ax-sep 5245  ax-nul 5255  ax-pow 5314  ax-pr 5381  ax-un 7692  ax-inf2 9564  ax-cnex 11096  ax-resscn 11097  ax-1cn 11098  ax-icn 11099  ax-addcl 11100  ax-addrcl 11101  ax-mulcl 11102  ax-mulrcl 11103  ax-mulcom 11104  ax-addass 11105  ax-mulass 11106  ax-distr 11107  ax-i2m1 11108  ax-1ne0 11109  ax-1rid 11110  ax-rnegex 11111  ax-rrecex 11112  ax-cnre 11113  ax-pre-lttri 11114  ax-pre-lttrn 11115  ax-pre-ltadd 11116  ax-pre-mulgt0 11117  ax-pre-sup 11118  ax-addf 11119
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-rmo 3352  df-reu 3353  df-rab 3402  df-v 3444  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-dif 3906  df-un 3908  df-in 3910  df-ss 3920  df-pss 3923  df-nul 4288  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4583  df-pr 4585  df-tp 4587  df-op 4589  df-uni 4866  df-int 4905  df-iun 4950  df-iin 4951  df-br 5101  df-opab 5163  df-mpt 5182  df-tr 5208  df-id 5529  df-eprel 5534  df-po 5542  df-so 5543  df-fr 5587  df-se 5588  df-we 5589  df-xp 5640  df-rel 5641  df-cnv 5642  df-co 5643  df-dm 5644  df-rn 5645  df-res 5646  df-ima 5647  df-pred 6269  df-ord 6330  df-on 6331  df-lim 6332  df-suc 6333  df-iota 6458  df-fun 6504  df-fn 6505  df-f 6506  df-f1 6507  df-fo 6508  df-f1o 6509  df-fv 6510  df-isom 6511  df-riota 7327  df-ov 7373  df-oprab 7374  df-mpo 7375  df-of 7634  df-om 7821  df-1st 7945  df-2nd 7946  df-supp 8115  df-tpos 8180  df-frecs 8235  df-wrecs 8266  df-recs 8315  df-rdg 8353  df-1o 8409  df-2o 8410  df-er 8647  df-map 8779  df-en 8898  df-dom 8899  df-sdom 8900  df-fin 8901  df-fsupp 9279  df-sup 9359  df-oi 9429  df-card 9865  df-pnf 11182  df-mnf 11183  df-xr 11184  df-ltxr 11185  df-le 11186  df-sub 11380  df-neg 11381  df-div 11809  df-nn 12160  df-2 12222  df-3 12223  df-4 12224  df-5 12225  df-6 12226  df-7 12227  df-8 12228  df-9 12229  df-n0 12416  df-z 12503  df-dec 12622  df-uz 12766  df-rp 12920  df-fz 13438  df-fzo 13585  df-seq 13939  df-exp 13999  df-hash 14268  df-word 14451  df-concat 14508  df-s1 14534  df-substr 14579  df-pfx 14609  df-cj 15036  df-re 15037  df-im 15038  df-sqrt 15172  df-abs 15173  df-clim 15425  df-sum 15624  df-struct 17088  df-sets 17105  df-slot 17123  df-ndx 17135  df-base 17151  df-ress 17172  df-plusg 17204  df-mulr 17205  df-starv 17206  df-tset 17210  df-ple 17211  df-ds 17213  df-unif 17214  df-0g 17375  df-gsum 17376  df-mre 17519  df-mrc 17520  df-acs 17522  df-mgm 18579  df-sgrp 18658  df-mnd 18674  df-mhm 18722  df-submnd 18723  df-grp 18883  df-minusg 18884  df-mulg 19015  df-subg 19070  df-ghm 19159  df-cntz 19263  df-cmn 19728  df-abl 19729  df-mgp 20093  df-rng 20105  df-ur 20134  df-ring 20187  df-cring 20188  df-oppr 20290  df-subrng 20496  df-subrg 20520  df-rgspn 20561  df-cnfld 21327  df-zring 21419
This theorem is referenced by:  elrgspnsubrunlem1  33347  elrgspnsubrun  33349
  Copyright terms: Public domain W3C validator