MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  frmdss2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem frmdss2 18674
Description: A subset of generators is contained in a submonoid iff the set of words on the generators is in the submonoid. This can be viewed as an elementary way of saying "the monoidal closure of 𝐽 is Word 𝐽". (Contributed by Mario Carneiro, 2-Oct-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
frmdmnd.m 𝑀 = (freeMndβ€˜πΌ)
frmdgsum.u π‘ˆ = (varFMndβ€˜πΌ)
Assertion
Ref Expression
frmdss2 ((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) β†’ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴 ↔ Word 𝐽 βŠ† 𝐴))

Proof of Theorem frmdss2
Dummy variable π‘₯ is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 simpl1 1192 . . . . . . 7 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴 ∧ π‘₯ ∈ Word 𝐽)) β†’ 𝐼 ∈ 𝑉)
2 simpl2 1193 . . . . . . . . 9 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴 ∧ π‘₯ ∈ Word 𝐽)) β†’ 𝐽 βŠ† 𝐼)
3 sswrd 14411 . . . . . . . . 9 (𝐽 βŠ† 𝐼 β†’ Word 𝐽 βŠ† Word 𝐼)
42, 3syl 17 . . . . . . . 8 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴 ∧ π‘₯ ∈ Word 𝐽)) β†’ Word 𝐽 βŠ† Word 𝐼)
5 simprr 772 . . . . . . . 8 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴 ∧ π‘₯ ∈ Word 𝐽)) β†’ π‘₯ ∈ Word 𝐽)
64, 5sseldd 3946 . . . . . . 7 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴 ∧ π‘₯ ∈ Word 𝐽)) β†’ π‘₯ ∈ Word 𝐼)
7 frmdmnd.m . . . . . . . 8 𝑀 = (freeMndβ€˜πΌ)
8 frmdgsum.u . . . . . . . 8 π‘ˆ = (varFMndβ€˜πΌ)
97, 8frmdgsum 18673 . . . . . . 7 ((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ π‘₯ ∈ Word 𝐼) β†’ (𝑀 Ξ£g (π‘ˆ ∘ π‘₯)) = π‘₯)
101, 6, 9syl2anc 585 . . . . . 6 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴 ∧ π‘₯ ∈ Word 𝐽)) β†’ (𝑀 Ξ£g (π‘ˆ ∘ π‘₯)) = π‘₯)
11 simpl3 1194 . . . . . . 7 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴 ∧ π‘₯ ∈ Word 𝐽)) β†’ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€))
12 wrdf 14408 . . . . . . . . . . 11 (π‘₯ ∈ Word 𝐽 β†’ π‘₯:(0..^(β™―β€˜π‘₯))⟢𝐽)
1312ad2antll 728 . . . . . . . . . 10 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴 ∧ π‘₯ ∈ Word 𝐽)) β†’ π‘₯:(0..^(β™―β€˜π‘₯))⟢𝐽)
1413frnd 6677 . . . . . . . . 9 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴 ∧ π‘₯ ∈ Word 𝐽)) β†’ ran π‘₯ βŠ† 𝐽)
15 cores 6202 . . . . . . . . 9 (ran π‘₯ βŠ† 𝐽 β†’ ((π‘ˆ β†Ύ 𝐽) ∘ π‘₯) = (π‘ˆ ∘ π‘₯))
1614, 15syl 17 . . . . . . . 8 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴 ∧ π‘₯ ∈ Word 𝐽)) β†’ ((π‘ˆ β†Ύ 𝐽) ∘ π‘₯) = (π‘ˆ ∘ π‘₯))
178vrmdf 18669 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐼 ∈ 𝑉 β†’ π‘ˆ:𝐼⟢Word 𝐼)
18173ad2ant1 1134 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) β†’ π‘ˆ:𝐼⟢Word 𝐼)
1918ffnd 6670 . . . . . . . . . . 11 ((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) β†’ π‘ˆ Fn 𝐼)
20 fnssres 6625 . . . . . . . . . . 11 ((π‘ˆ Fn 𝐼 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼) β†’ (π‘ˆ β†Ύ 𝐽) Fn 𝐽)
2119, 2, 20syl2an2r 684 . . . . . . . . . 10 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴 ∧ π‘₯ ∈ Word 𝐽)) β†’ (π‘ˆ β†Ύ 𝐽) Fn 𝐽)
22 df-ima 5647 . . . . . . . . . . 11 (π‘ˆ β€œ 𝐽) = ran (π‘ˆ β†Ύ 𝐽)
23 simprl 770 . . . . . . . . . . 11 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴 ∧ π‘₯ ∈ Word 𝐽)) β†’ (π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴)
2422, 23eqsstrrid 3994 . . . . . . . . . 10 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴 ∧ π‘₯ ∈ Word 𝐽)) β†’ ran (π‘ˆ β†Ύ 𝐽) βŠ† 𝐴)
25 df-f 6501 . . . . . . . . . 10 ((π‘ˆ β†Ύ 𝐽):𝐽⟢𝐴 ↔ ((π‘ˆ β†Ύ 𝐽) Fn 𝐽 ∧ ran (π‘ˆ β†Ύ 𝐽) βŠ† 𝐴))
2621, 24, 25sylanbrc 584 . . . . . . . . 9 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴 ∧ π‘₯ ∈ Word 𝐽)) β†’ (π‘ˆ β†Ύ 𝐽):𝐽⟢𝐴)
27 wrdco 14721 . . . . . . . . 9 ((π‘₯ ∈ Word 𝐽 ∧ (π‘ˆ β†Ύ 𝐽):𝐽⟢𝐴) β†’ ((π‘ˆ β†Ύ 𝐽) ∘ π‘₯) ∈ Word 𝐴)
285, 26, 27syl2anc 585 . . . . . . . 8 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴 ∧ π‘₯ ∈ Word 𝐽)) β†’ ((π‘ˆ β†Ύ 𝐽) ∘ π‘₯) ∈ Word 𝐴)
2916, 28eqeltrrd 2839 . . . . . . 7 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴 ∧ π‘₯ ∈ Word 𝐽)) β†’ (π‘ˆ ∘ π‘₯) ∈ Word 𝐴)
30 gsumwsubmcl 18648 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€) ∧ (π‘ˆ ∘ π‘₯) ∈ Word 𝐴) β†’ (𝑀 Ξ£g (π‘ˆ ∘ π‘₯)) ∈ 𝐴)
3111, 29, 30syl2anc 585 . . . . . 6 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴 ∧ π‘₯ ∈ Word 𝐽)) β†’ (𝑀 Ξ£g (π‘ˆ ∘ π‘₯)) ∈ 𝐴)
3210, 31eqeltrrd 2839 . . . . 5 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴 ∧ π‘₯ ∈ Word 𝐽)) β†’ π‘₯ ∈ 𝐴)
3332expr 458 . . . 4 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ (π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴) β†’ (π‘₯ ∈ Word 𝐽 β†’ π‘₯ ∈ 𝐴))
3433ssrdv 3951 . . 3 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ (π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴) β†’ Word 𝐽 βŠ† 𝐴)
3534ex 414 . 2 ((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) β†’ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴 β†’ Word 𝐽 βŠ† 𝐴))
36 simpl1 1192 . . . . . . 7 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ π‘₯ ∈ 𝐽) β†’ 𝐼 ∈ 𝑉)
37 simp2 1138 . . . . . . . 8 ((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) β†’ 𝐽 βŠ† 𝐼)
3837sselda 3945 . . . . . . 7 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ π‘₯ ∈ 𝐽) β†’ π‘₯ ∈ 𝐼)
398vrmdval 18668 . . . . . . 7 ((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ π‘₯ ∈ 𝐼) β†’ (π‘ˆβ€˜π‘₯) = βŸ¨β€œπ‘₯β€βŸ©)
4036, 38, 39syl2anc 585 . . . . . 6 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ π‘₯ ∈ 𝐽) β†’ (π‘ˆβ€˜π‘₯) = βŸ¨β€œπ‘₯β€βŸ©)
41 simpr 486 . . . . . . 7 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ π‘₯ ∈ 𝐽) β†’ π‘₯ ∈ 𝐽)
4241s1cld 14492 . . . . . 6 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ π‘₯ ∈ 𝐽) β†’ βŸ¨β€œπ‘₯β€βŸ© ∈ Word 𝐽)
4340, 42eqeltrd 2838 . . . . 5 (((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) ∧ π‘₯ ∈ 𝐽) β†’ (π‘ˆβ€˜π‘₯) ∈ Word 𝐽)
4443ralrimiva 3144 . . . 4 ((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) β†’ βˆ€π‘₯ ∈ 𝐽 (π‘ˆβ€˜π‘₯) ∈ Word 𝐽)
4518ffund 6673 . . . . 5 ((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) β†’ Fun π‘ˆ)
4618fdmd 6680 . . . . . 6 ((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) β†’ dom π‘ˆ = 𝐼)
4737, 46sseqtrrd 3986 . . . . 5 ((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) β†’ 𝐽 βŠ† dom π‘ˆ)
48 funimass4 6908 . . . . 5 ((Fun π‘ˆ ∧ 𝐽 βŠ† dom π‘ˆ) β†’ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† Word 𝐽 ↔ βˆ€π‘₯ ∈ 𝐽 (π‘ˆβ€˜π‘₯) ∈ Word 𝐽))
4945, 47, 48syl2anc 585 . . . 4 ((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) β†’ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† Word 𝐽 ↔ βˆ€π‘₯ ∈ 𝐽 (π‘ˆβ€˜π‘₯) ∈ Word 𝐽))
5044, 49mpbird 257 . . 3 ((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) β†’ (π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† Word 𝐽)
51 sstr2 3952 . . 3 ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† Word 𝐽 β†’ (Word 𝐽 βŠ† 𝐴 β†’ (π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴))
5250, 51syl 17 . 2 ((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) β†’ (Word 𝐽 βŠ† 𝐴 β†’ (π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴))
5335, 52impbid 211 1 ((𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐽 βŠ† 𝐼 ∧ 𝐴 ∈ (SubMndβ€˜π‘€)) β†’ ((π‘ˆ β€œ 𝐽) βŠ† 𝐴 ↔ Word 𝐽 βŠ† 𝐴))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   β†’ wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 397   ∧ w3a 1088   = wceq 1542   ∈ wcel 2107  βˆ€wral 3065   βŠ† wss 3911  dom cdm 5634  ran crn 5635   β†Ύ cres 5636   β€œ cima 5637   ∘ ccom 5638  Fun wfun 6491   Fn wfn 6492  βŸΆwf 6493  β€˜cfv 6497  (class class class)co 7358  0cc0 11052  ..^cfzo 13568  β™―chash 14231  Word cword 14403  βŸ¨β€œcs1 14484   Ξ£g cgsu 17323  SubMndcsubmnd 18601  freeMndcfrmd 18658  varFMndcvrmd 18659
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 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2138  ax-11 2155  ax-12 2172  ax-ext 2708  ax-rep 5243  ax-sep 5257  ax-nul 5264  ax-pow 5321  ax-pr 5385  ax-un 7673  ax-cnex 11108  ax-resscn 11109  ax-1cn 11110  ax-icn 11111  ax-addcl 11112  ax-addrcl 11113  ax-mulcl 11114  ax-mulrcl 11115  ax-mulcom 11116  ax-addass 11117  ax-mulass 11118  ax-distr 11119  ax-i2m1 11120  ax-1ne0 11121  ax-1rid 11122  ax-rnegex 11123  ax-rrecex 11124  ax-cnre 11125  ax-pre-lttri 11126  ax-pre-lttrn 11127  ax-pre-ltadd 11128  ax-pre-mulgt0 11129
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 398  df-or 847  df-3or 1089  df-3an 1090  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2069  df-mo 2539  df-eu 2568  df-clab 2715  df-cleq 2729  df-clel 2815  df-nfc 2890  df-ne 2945  df-nel 3051  df-ral 3066  df-rex 3075  df-rmo 3354  df-reu 3355  df-rab 3409  df-v 3448  df-sbc 3741  df-csb 3857  df-dif 3914  df-un 3916  df-in 3918  df-ss 3928  df-pss 3930  df-nul 4284  df-if 4488  df-pw 4563  df-sn 4588  df-pr 4590  df-op 4594  df-uni 4867  df-int 4909  df-iun 4957  df-br 5107  df-opab 5169  df-mpt 5190  df-tr 5224  df-id 5532  df-eprel 5538  df-po 5546  df-so 5547  df-fr 5589  df-we 5591  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 6254  df-ord 6321  df-on 6322  df-lim 6323  df-suc 6324  df-iota 6449  df-fun 6499  df-fn 6500  df-f 6501  df-f1 6502  df-fo 6503  df-f1o 6504  df-fv 6505  df-riota 7314  df-ov 7361  df-oprab 7362  df-mpo 7363  df-om 7804  df-1st 7922  df-2nd 7923  df-frecs 8213  df-wrecs 8244  df-recs 8318  df-rdg 8357  df-1o 8413  df-er 8649  df-map 8768  df-en 8885  df-dom 8886  df-sdom 8887  df-fin 8888  df-card 9876  df-pnf 11192  df-mnf 11193  df-xr 11194  df-ltxr 11195  df-le 11196  df-sub 11388  df-neg 11389  df-nn 12155  df-2 12217  df-n0 12415  df-xnn0 12487  df-z 12501  df-uz 12765  df-fz 13426  df-fzo 13569  df-seq 13908  df-hash 14232  df-word 14404  df-lsw 14452  df-concat 14460  df-s1 14485  df-substr 14530  df-pfx 14560  df-struct 17020  df-sets 17037  df-slot 17055  df-ndx 17067  df-base 17085  df-ress 17114  df-plusg 17147  df-0g 17324  df-gsum 17325  df-mgm 18498  df-sgrp 18547  df-mnd 18558  df-submnd 18603  df-frmd 18660  df-vrmd 18661
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator