MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  frmdup1 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem frmdup1 18946
Description: Any assignment of the generators to target elements can be extended (uniquely) to a homomorphism from a free monoid to an arbitrary other monoid. (Contributed by Mario Carneiro, 27-Sep-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
frmdup.m 𝑀 = (freeMnd‘𝐼)
frmdup.b 𝐵 = (Base‘𝐺)
frmdup.e 𝐸 = (𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴𝑥)))
frmdup.g (𝜑𝐺 ∈ Mnd)
frmdup.i (𝜑𝐼𝑋)
frmdup.a (𝜑𝐴:𝐼𝐵)
Assertion
Ref Expression
frmdup1 (𝜑𝐸 ∈ (𝑀 MndHom 𝐺))
Distinct variable groups:   𝑥,𝐴   𝑥,𝐵   𝑥,𝐺   𝜑,𝑥   𝑥,𝐼
Allowed substitution hints:   𝐸(𝑥)   𝑀(𝑥)   𝑋(𝑥)

Proof of Theorem frmdup1
Dummy variables 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 frmdup.i . . 3 (𝜑𝐼𝑋)
2 frmdup.m . . . 4 𝑀 = (freeMnd‘𝐼)
32frmdmnd 18941 . . 3 (𝐼𝑋𝑀 ∈ Mnd)
41, 3syl 18 . 2 (𝜑𝑀 ∈ Mnd)
5 frmdup.g . 2 (𝜑𝐺 ∈ Mnd)
65adantr 486 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ Word 𝐼) → 𝐺 ∈ Mnd)
7 simpr 490 . . . . . . 7 ((𝜑𝑥 ∈ Word 𝐼) → 𝑥 ∈ Word 𝐼)
8 frmdup.a . . . . . . . 8 (𝜑𝐴:𝐼𝐵)
98adantr 486 . . . . . . 7 ((𝜑𝑥 ∈ Word 𝐼) → 𝐴:𝐼𝐵)
10 wrdco 14887 . . . . . . 7 ((𝑥 ∈ Word 𝐼𝐴:𝐼𝐵) → (𝐴𝑥) ∈ Word 𝐵)
117, 9, 10syl2anc 596 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ Word 𝐼) → (𝐴𝑥) ∈ Word 𝐵)
12 frmdup.b . . . . . . 7 𝐵 = (Base‘𝐺)
1312gsumwcl 18921 . . . . . 6 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ (𝐴𝑥) ∈ Word 𝐵) → (𝐺 Σg (𝐴𝑥)) ∈ 𝐵)
146, 11, 13syl2anc 596 . . . . 5 ((𝜑𝑥 ∈ Word 𝐼) → (𝐺 Σg (𝐴𝑥)) ∈ 𝐵)
15 frmdup.e . . . . 5 𝐸 = (𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴𝑥)))
1614, 15fmptd 7113 . . . 4 (𝜑𝐸:Word 𝐼𝐵)
17 eqid 2765 . . . . . . 7 (Base‘𝑀) = (Base‘𝑀)
182, 17frmdbas 18934 . . . . . 6 (𝐼𝑋 → (Base‘𝑀) = Word 𝐼)
191, 18syl 18 . . . . 5 (𝜑 → (Base‘𝑀) = Word 𝐼)
2019feq2d 6693 . . . 4 (𝜑 → (𝐸:(Base‘𝑀)⟶𝐵𝐸:Word 𝐼𝐵))
2116, 20mpbird 260 . . 3 (𝜑𝐸:(Base‘𝑀)⟶𝐵)
222, 17frmdelbas 18935 . . . . . . . . 9 (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) → 𝑦 ∈ Word 𝐼)
2322ad2antrl 741 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → 𝑦 ∈ Word 𝐼)
242, 17frmdelbas 18935 . . . . . . . . 9 (𝑧 ∈ (Base‘𝑀) → 𝑧 ∈ Word 𝐼)
2524ad2antll 742 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → 𝑧 ∈ Word 𝐼)
268adantr 486 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → 𝐴:𝐼𝐵)
27 ccatco 14891 . . . . . . . 8 ((𝑦 ∈ Word 𝐼𝑧 ∈ Word 𝐼𝐴:𝐼𝐵) → (𝐴 ∘ (𝑦 ++ 𝑧)) = ((𝐴𝑦) ++ (𝐴𝑧)))
2823, 25, 26, 27syl3anc 1398 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝐴 ∘ (𝑦 ++ 𝑧)) = ((𝐴𝑦) ++ (𝐴𝑧)))
2928oveq2d 7432 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝐺 Σg (𝐴 ∘ (𝑦 ++ 𝑧))) = (𝐺 Σg ((𝐴𝑦) ++ (𝐴𝑧))))
305adantr 486 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → 𝐺 ∈ Mnd)
31 wrdco 14887 . . . . . . . 8 ((𝑦 ∈ Word 𝐼𝐴:𝐼𝐵) → (𝐴𝑦) ∈ Word 𝐵)
3223, 26, 31syl2anc 596 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝐴𝑦) ∈ Word 𝐵)
33 wrdco 14887 . . . . . . . 8 ((𝑧 ∈ Word 𝐼𝐴:𝐼𝐵) → (𝐴𝑧) ∈ Word 𝐵)
3425, 26, 33syl2anc 596 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝐴𝑧) ∈ Word 𝐵)
35 eqid 2765 . . . . . . . 8 (+g𝐺) = (+g𝐺)
3612, 35gsumccat 18923 . . . . . . 7 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ (𝐴𝑦) ∈ Word 𝐵 ∧ (𝐴𝑧) ∈ Word 𝐵) → (𝐺 Σg ((𝐴𝑦) ++ (𝐴𝑧))) = ((𝐺 Σg (𝐴𝑦))(+g𝐺)(𝐺 Σg (𝐴𝑧))))
3730, 32, 34, 36syl3anc 1398 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝐺 Σg ((𝐴𝑦) ++ (𝐴𝑧))) = ((𝐺 Σg (𝐴𝑦))(+g𝐺)(𝐺 Σg (𝐴𝑧))))
3829, 37eqtrd 2800 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝐺 Σg (𝐴 ∘ (𝑦 ++ 𝑧))) = ((𝐺 Σg (𝐴𝑦))(+g𝐺)(𝐺 Σg (𝐴𝑧))))
39 eqid 2765 . . . . . . . . 9 (+g𝑀) = (+g𝑀)
402, 17, 39frmdadd 18937 . . . . . . . 8 ((𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀)) → (𝑦(+g𝑀)𝑧) = (𝑦 ++ 𝑧))
4140adantl 487 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝑦(+g𝑀)𝑧) = (𝑦 ++ 𝑧))
4241fveq2d 6889 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝐸‘(𝑦(+g𝑀)𝑧)) = (𝐸‘(𝑦 ++ 𝑧)))
43 ccatcl 14624 . . . . . . . 8 ((𝑦 ∈ Word 𝐼𝑧 ∈ Word 𝐼) → (𝑦 ++ 𝑧) ∈ Word 𝐼)
4423, 25, 43syl2anc 596 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝑦 ++ 𝑧) ∈ Word 𝐼)
45 coeq2 5846 . . . . . . . . 9 (𝑥 = (𝑦 ++ 𝑧) → (𝐴𝑥) = (𝐴 ∘ (𝑦 ++ 𝑧)))
4645oveq2d 7432 . . . . . . . 8 (𝑥 = (𝑦 ++ 𝑧) → (𝐺 Σg (𝐴𝑥)) = (𝐺 Σg (𝐴 ∘ (𝑦 ++ 𝑧))))
47 ovex 7449 . . . . . . . 8 (𝐺 Σg (𝐴𝑥)) ∈ V
4846, 15, 47fvmpt3i 6999 . . . . . . 7 ((𝑦 ++ 𝑧) ∈ Word 𝐼 → (𝐸‘(𝑦 ++ 𝑧)) = (𝐺 Σg (𝐴 ∘ (𝑦 ++ 𝑧))))
4944, 48syl 18 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝐸‘(𝑦 ++ 𝑧)) = (𝐺 Σg (𝐴 ∘ (𝑦 ++ 𝑧))))
5042, 49eqtrd 2800 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝐸‘(𝑦(+g𝑀)𝑧)) = (𝐺 Σg (𝐴 ∘ (𝑦 ++ 𝑧))))
51 coeq2 5846 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑦 → (𝐴𝑥) = (𝐴𝑦))
5251oveq2d 7432 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑦 → (𝐺 Σg (𝐴𝑥)) = (𝐺 Σg (𝐴𝑦)))
5352, 15, 47fvmpt3i 6999 . . . . . . 7 (𝑦 ∈ Word 𝐼 → (𝐸𝑦) = (𝐺 Σg (𝐴𝑦)))
54 coeq2 5846 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑧 → (𝐴𝑥) = (𝐴𝑧))
5554oveq2d 7432 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑧 → (𝐺 Σg (𝐴𝑥)) = (𝐺 Σg (𝐴𝑧)))
5655, 15, 47fvmpt3i 6999 . . . . . . 7 (𝑧 ∈ Word 𝐼 → (𝐸𝑧) = (𝐺 Σg (𝐴𝑧)))
5753, 56oveqan12d 7435 . . . . . 6 ((𝑦 ∈ Word 𝐼𝑧 ∈ Word 𝐼) → ((𝐸𝑦)(+g𝐺)(𝐸𝑧)) = ((𝐺 Σg (𝐴𝑦))(+g𝐺)(𝐺 Σg (𝐴𝑧))))
5823, 25, 57syl2anc 596 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → ((𝐸𝑦)(+g𝐺)(𝐸𝑧)) = ((𝐺 Σg (𝐴𝑦))(+g𝐺)(𝐺 Σg (𝐴𝑧))))
5938, 50, 583eqtr4d 2810 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝐸‘(𝑦(+g𝑀)𝑧)) = ((𝐸𝑦)(+g𝐺)(𝐸𝑧)))
6059ralrimivva 3210 . . 3 (𝜑 → ∀𝑦 ∈ (Base‘𝑀)∀𝑧 ∈ (Base‘𝑀)(𝐸‘(𝑦(+g𝑀)𝑧)) = ((𝐸𝑦)(+g𝐺)(𝐸𝑧)))
61 wrd0 14589 . . . 4 ∅ ∈ Word 𝐼
62 coeq2 5846 . . . . . . . 8 (𝑥 = ∅ → (𝐴𝑥) = (𝐴 ∘ ∅))
63 co02 6264 . . . . . . . 8 (𝐴 ∘ ∅) = ∅
6462, 63eqtrdi 2816 . . . . . . 7 (𝑥 = ∅ → (𝐴𝑥) = ∅)
6564oveq2d 7432 . . . . . 6 (𝑥 = ∅ → (𝐺 Σg (𝐴𝑥)) = (𝐺 Σg ∅))
66 eqid 2765 . . . . . . 7 (0g𝐺) = (0g𝐺)
6766gsum0 18763 . . . . . 6 (𝐺 Σg ∅) = (0g𝐺)
6865, 67eqtrdi 2816 . . . . 5 (𝑥 = ∅ → (𝐺 Σg (𝐴𝑥)) = (0g𝐺))
6968, 15, 47fvmpt3i 6999 . . . 4 (∅ ∈ Word 𝐼 → (𝐸‘∅) = (0g𝐺))
7061, 69mp1i 14 . . 3 (𝜑 → (𝐸‘∅) = (0g𝐺))
7121, 60, 703jca 1146 . 2 (𝜑 → (𝐸:(Base‘𝑀)⟶𝐵 ∧ ∀𝑦 ∈ (Base‘𝑀)∀𝑧 ∈ (Base‘𝑀)(𝐸‘(𝑦(+g𝑀)𝑧)) = ((𝐸𝑦)(+g𝐺)(𝐸𝑧)) ∧ (𝐸‘∅) = (0g𝐺)))
722frmd0 18942 . . 3 ∅ = (0g𝑀)
7317, 12, 39, 35, 72, 66ismhm 18866 . 2 (𝐸 ∈ (𝑀 MndHom 𝐺) ↔ ((𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝐺 ∈ Mnd) ∧ (𝐸:(Base‘𝑀)⟶𝐵 ∧ ∀𝑦 ∈ (Base‘𝑀)∀𝑧 ∈ (Base‘𝑀)(𝐸‘(𝑦(+g𝑀)𝑧)) = ((𝐸𝑦)(+g𝐺)(𝐸𝑧)) ∧ (𝐸‘∅) = (0g𝐺))))
744, 5, 71, 73syl21anbrc 1363 1 (𝜑𝐸 ∈ (𝑀 MndHom 𝐺))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  wi 4  wa 401  w3a 1103   = wceq 1570  wcel 2146  wral 3081  c0 4286  cmpt 5194  ccom 5667  wf 6536  cfv 6540  (class class class)co 7416  Word cword 14563   ++ cconcat 14620  Basecbs 17286  +gcplusg 17327  0gc0g 17509   Σg cgsu 17510  Mndcmnd 18813   MndHom cmhm 18862  freeMndcfrmd 18929
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 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2148  ax-9 2156  ax-10 2179  ax-11 2195  ax-12 2216  ax-ext 2737  ax-rep 5240  ax-sep 5259  ax-nul 5271  ax-pow 5338  ax-pr 5406  ax-un 7738  ax-cnex 11167  ax-resscn 11168  ax-1cn 11169  ax-icn 11170  ax-addcl 11171  ax-addrcl 11172  ax-mulcl 11173  ax-mulrcl 11174  ax-mulcom 11175  ax-addass 11176  ax-mulass 11177  ax-distr 11178  ax-i2m1 11179  ax-1ne0 11180  ax-1rid 11181  ax-rnegex 11182  ax-rrecex 11183  ax-cnre 11184  ax-pre-lttri 11185  ax-pre-lttrn 11186  ax-pre-ltadd 11187  ax-pre-mulgt0 11188
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 2100  df-mo 2569  df-eu 2599  df-clab 2744  df-cleq 2757  df-clel 2840  df-nfc 2914  df-ne 2961  df-nel 3067  df-ral 3082  df-rex 3092  df-rmo 3371  df-reu 3372  df-rab 3419  df-v 3459  df-sbc 3747  df-csb 3855  df-dif 3909  df-un 3911  df-in 3913  df-ss 3923  df-pss 3926  df-nul 4287  df-if 4490  df-pw 4566  df-sn 4592  df-pr 4594  df-op 4598  df-uni 4875  df-int 4915  df-iun 4960  df-br 5112  df-opab 5176  df-mpt 5195  df-tr 5221  df-id 5558  df-eprel 5563  df-po 5571  df-so 5572  df-fr 5616  df-we 5618  df-xp 5669  df-rel 5670  df-cnv 5671  df-co 5672  df-dm 5673  df-rn 5674  df-res 5675  df-ima 5676  df-pred 6306  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6496  df-fun 6542  df-fn 6543  df-f 6544  df-f1 6545  df-fo 6546  df-f1o 6547  df-fv 6548  df-riota 7373  df-ov 7419  df-oprab 7420  df-mpo 7421  df-om 7865  df-1st 7988  df-2nd 7989  df-frecs 8280  df-wrecs 8311  df-recs 8360  df-rdg 8399  df-1o 8455  df-er 8696  df-map 8828  df-en 8946  df-dom 8947  df-sdom 8948  df-fin 8949  df-card 9937  df-pnf 11256  df-mnf 11257  df-xr 11258  df-ltxr 11259  df-le 11260  df-sub 11454  df-neg 11455  df-nn 12245  df-2 12314  df-n0 12516  df-z 12603  df-uz 12874  df-fz 13547  df-fzo 13695  df-seq 14051  df-hash 14380  df-word 14564  df-concat 14621  df-struct 17224  df-sets 17241  df-slot 17259  df-ndx 17271  df-base 17287  df-ress 17308  df-plusg 17340  df-0g 17511  df-gsum 17512  df-mgm 18715  df-sgrp 18798  df-mnd 18814  df-mhm 18864  df-submnd 18865  df-frmd 18931
This theorem is used by:  frmdup3  18949
  Copyright terms: Public domain W3C validator