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

Theorem frmdup1 19053
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 (𝐴 ∘ 𝑥)))
frmdup.g (𝜑 → 𝐺 ∈ Mnd)
frmdup.i (𝜑 → 𝐼 ∈ 𝑋)
frmdup.a (𝜑 → 𝐴:𝐼⟶𝐵)
Assertion
Ref Expression
frmdup1 (𝜑 → 𝐸 ∈ (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 (𝜑 → 𝐼 ∈ 𝑋)
2 frmdup.m . . . 4 𝑀 = (freeMnd‘𝐼)
32frmdmnd 19048 . . 3 (𝐼 ∈ 𝑋 → 𝑀 ∈ Mnd)
41, 3syl 18 . 2 (𝜑 → 𝑀 ∈ Mnd)
5 frmdup.g . 2 (𝜑 → 𝐺 ∈ Mnd)
65adantr 486 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ Word 𝐼) → 𝐺 ∈ Mnd)
7 simpr 490 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ Word 𝐼) → 𝑥 ∈ Word 𝐼)
8 frmdup.a . . . . . . . 8 (𝜑 → 𝐴:𝐼⟶𝐵)
98adantr 486 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ Word 𝐼) → 𝐴:𝐼⟶𝐵)
10 wrdco 14975 . . . . . . 7 ((𝑥 ∈ Word 𝐼 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) → (𝐴 ∘ 𝑥) ∈ Word 𝐵)
117, 9, 10syl2anc 596 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ Word 𝐼) → (𝐴 ∘ 𝑥) ∈ Word 𝐵)
12 frmdup.b . . . . . . 7 𝐵 = (Base‘𝐺)
1312gsumwcl 19028 . . . . . 6 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ (𝐴 ∘ 𝑥) ∈ Word 𝐵) → (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥)) ∈ 𝐵)
146, 11, 13syl2anc 596 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ Word 𝐼) → (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥)) ∈ 𝐵)
15 frmdup.e . . . . 5 𝐸 = (𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥)))
1614, 15fmptd 7112 . . . 4 (𝜑 → 𝐸:Word 𝐼⟶𝐵)
17 eqid 2761 . . . . . . 7 (Base‘𝑀) = (Base‘𝑀)
182, 17frmdbas 19041 . . . . . 6 (𝐼 ∈ 𝑋 → (Base‘𝑀) = Word 𝐼)
191, 18syl 18 . . . . 5 (𝜑 → (Base‘𝑀) = Word 𝐼)
2019feq2d 6691 . . . 4 (𝜑 → (𝐸:(Base‘𝑀)⟶𝐵 ↔ 𝐸:Word 𝐼⟶𝐵))
2116, 20mpbird 260 . . 3 (𝜑 → 𝐸:(Base‘𝑀)⟶𝐵)
222, 17frmdelbas 19042 . . . . . . . . 9 (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) → 𝑦 ∈ Word 𝐼)
2322ad2antrl 741 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → 𝑦 ∈ Word 𝐼)
242, 17frmdelbas 19042 . . . . . . . . 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:𝐼⟶𝐵)
27 ccatco 14979 . . . . . . . 8 ((𝑦 ∈ Word 𝐼 ∧ 𝑧 ∈ Word 𝐼 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) → (𝐴 ∘ (𝑦 ++ 𝑧)) = ((𝐴 ∘ 𝑦) ++ (𝐴 ∘ 𝑧)))
2823, 25, 26, 27syl3anc 1398 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝐴 ∘ (𝑦 ++ 𝑧)) = ((𝐴 ∘ 𝑦) ++ (𝐴 ∘ 𝑧)))
2928oveq2d 7434 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝐺 Σg (𝐴 ∘ (𝑦 ++ 𝑧))) = (𝐺 Σg ((𝐴 ∘ 𝑦) ++ (𝐴 ∘ 𝑧))))
305adantr 486 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → 𝐺 ∈ Mnd)
31 wrdco 14975 . . . . . . . 8 ((𝑦 ∈ Word 𝐼 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) → (𝐴 ∘ 𝑦) ∈ Word 𝐵)
3223, 26, 31syl2anc 596 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝐴 ∘ 𝑦) ∈ Word 𝐵)
33 wrdco 14975 . . . . . . . 8 ((𝑧 ∈ Word 𝐼 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) → (𝐴 ∘ 𝑧) ∈ Word 𝐵)
3425, 26, 33syl2anc 596 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝐴 ∘ 𝑧) ∈ Word 𝐵)
35 eqid 2761 . . . . . . . 8 (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
3612, 35gsumccat 19030 . . . . . . 7 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ (𝐴 ∘ 𝑦) ∈ Word 𝐵 ∧ (𝐴 ∘ 𝑧) ∈ Word 𝐵) → (𝐺 Σg ((𝐴 ∘ 𝑦) ++ (𝐴 ∘ 𝑧))) = ((𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑦))(+g‘𝐺)(𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑧))))
3730, 32, 34, 36syl3anc 1398 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝐺 Σg ((𝐴 ∘ 𝑦) ++ (𝐴 ∘ 𝑧))) = ((𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑦))(+g‘𝐺)(𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑧))))
3829, 37eqtrd 2796 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝐺 Σg (𝐴 ∘ (𝑦 ++ 𝑧))) = ((𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑦))(+g‘𝐺)(𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑧))))
39 eqid 2761 . . . . . . . . 9 (+g‘𝑀) = (+g‘𝑀)
402, 17, 39frmdadd 19044 . . . . . . . 8 ((𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀)) → (𝑦(+g‘𝑀)𝑧) = (𝑦 ++ 𝑧))
4140adantl 487 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝑦(+g‘𝑀)𝑧) = (𝑦 ++ 𝑧))
4241fveq2d 6887 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝐸‘(𝑦(+g‘𝑀)𝑧)) = (𝐸‘(𝑦 ++ 𝑧)))
43 ccatcl 14712 . . . . . . . 8 ((𝑦 ∈ Word 𝐼 ∧ 𝑧 ∈ Word 𝐼) → (𝑦 ++ 𝑧) ∈ Word 𝐼)
4423, 25, 43syl2anc 596 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝑦 ++ 𝑧) ∈ Word 𝐼)
45 coeq2 5836 . . . . . . . . 9 (𝑥 = (𝑦 ++ 𝑧) → (𝐴 ∘ 𝑥) = (𝐴 ∘ (𝑦 ++ 𝑧)))
4645oveq2d 7434 . . . . . . . 8 (𝑥 = (𝑦 ++ 𝑧) → (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥)) = (𝐺 Σg (𝐴 ∘ (𝑦 ++ 𝑧))))
47 ovex 7451 . . . . . . . 8 (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥)) ∈ V
4846, 15, 47fvmpt3i 6997 . . . . . . 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 2796 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝐸‘(𝑦(+g‘𝑀)𝑧)) = (𝐺 Σg (𝐴 ∘ (𝑦 ++ 𝑧))))
51 coeq2 5836 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑦 → (𝐴 ∘ 𝑥) = (𝐴 ∘ 𝑦))
5251oveq2d 7434 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑦 → (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥)) = (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑦)))
5352, 15, 47fvmpt3i 6997 . . . . . . 7 (𝑦 ∈ Word 𝐼 → (𝐸‘𝑦) = (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑦)))
54 coeq2 5836 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑧 → (𝐴 ∘ 𝑥) = (𝐴 ∘ 𝑧))
5554oveq2d 7434 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑧 → (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥)) = (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑧)))
5655, 15, 47fvmpt3i 6997 . . . . . . 7 (𝑧 ∈ Word 𝐼 → (𝐸‘𝑧) = (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑧)))
5753, 56oveqan12d 7437 . . . . . 6 ((𝑦 ∈ Word 𝐼 ∧ 𝑧 ∈ Word 𝐼) → ((𝐸‘𝑦)(+g‘𝐺)(𝐸‘𝑧)) = ((𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑦))(+g‘𝐺)(𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑧))))
5823, 25, 57syl2anc 596 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → ((𝐸‘𝑦)(+g‘𝐺)(𝐸‘𝑧)) = ((𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑦))(+g‘𝐺)(𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑧))))
5938, 50, 583eqtr4d 2806 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑀))) → (𝐸‘(𝑦(+g‘𝑀)𝑧)) = ((𝐸‘𝑦)(+g‘𝐺)(𝐸‘𝑧)))
6059ralrimivva 3206 . . 3 (𝜑 → ∀𝑦 ∈ (Base‘𝑀)∀𝑧 ∈ (Base‘𝑀)(𝐸‘(𝑦(+g‘𝑀)𝑧)) = ((𝐸‘𝑦)(+g‘𝐺)(𝐸‘𝑧)))
61 wrd0 14677 . . . 4 ∅ ∈ Word 𝐼
62 coeq2 5836 . . . . . . . 8 (𝑥 = ∅ → (𝐴 ∘ 𝑥) = (𝐴 ∘ ∅))
63 co02 6261 . . . . . . . 8 (𝐴 ∘ ∅) = ∅
6462, 63eqtrdi 2812 . . . . . . 7 (𝑥 = ∅ → (𝐴 ∘ 𝑥) = ∅)
6564oveq2d 7434 . . . . . 6 (𝑥 = ∅ → (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥)) = (𝐺 Σg ∅))
66 eqid 2761 . . . . . . 7 (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
6766gsum0 18866 . . . . . 6 (𝐺 Σg ∅) = (0g‘𝐺)
6865, 67eqtrdi 2812 . . . . 5 (𝑥 = ∅ → (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥)) = (0g‘𝐺))
6968, 15, 47fvmpt3i 6997 . . . 4 (∅ ∈ Word 𝐼 → (𝐸‘∅) = (0g‘𝐺))
7061, 69mp1i 14 . . 3 (𝜑 → (𝐸‘∅) = (0g‘𝐺))
7121, 60, 703jca 1146 . 2 (𝜑 → (𝐸:(Base‘𝑀)⟶𝐵 ∧ ∀𝑦 ∈ (Base‘𝑀)∀𝑧 ∈ (Base‘𝑀)(𝐸‘(𝑦(+g‘𝑀)𝑧)) = ((𝐸‘𝑦)(+g‘𝐺)(𝐸‘𝑧)) ∧ (𝐸‘∅) = (0g‘𝐺)))
722frmd0 19049 . . 3 ∅ = (0g‘𝑀)
7317, 12, 39, 35, 72, 66ismhm 18973 . 2 (𝐸 ∈ (𝑀 MndHom 𝐺) ↔ ((𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝐺 ∈ Mnd) ∧ (𝐸:(Base‘𝑀)⟶𝐵 ∧ ∀𝑦 ∈ (Base‘𝑀)∀𝑧 ∈ (Base‘𝑀)(𝐸‘(𝑦(+g‘𝑀)𝑧)) = ((𝐸‘𝑦)(+g‘𝐺)(𝐸‘𝑧)) ∧ (𝐸‘∅) = (0g‘𝐺))))
744, 5, 71, 73syl21anbrc 1363 1 (𝜑 → 𝐸 ∈ (𝑀 MndHom 𝐺))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2145  ∀wral 3077  ∅c0 4279   ↦ cmpt 5186   ∘ ccom 5655  ⟶wf 6533  ‘cfv 6537  (class class class)co 7418  Word cword 14651   ++ cconcat 14708  Basecbs 17380  +gcplusg 17421  0gc0g 17603   Σg cgsu 17604  Mndcmnd 18916   MndHom cmhm 18969  freeMndcfrmd 19036
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 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2733  ax-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7749  ax-cnex 11249  ax-resscn 11250  ax-1cn 11251  ax-icn 11252  ax-addcl 11253  ax-addrcl 11254  ax-mulcl 11255  ax-mulrcl 11256  ax-mulcom 11257  ax-addass 11258  ax-mulass 11259  ax-distr 11260  ax-i2m1 11261  ax-1ne0 11262  ax-1rid 11263  ax-rnegex 11264  ax-rrecex 11265  ax-cnre 11266  ax-pre-lttri 11267  ax-pre-lttrn 11268  ax-pre-ltadd 11269  ax-pre-mulgt0 11270
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 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-int 4908  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-we 5606  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 6303  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6493  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-riota 7375  df-ov 7421  df-oprab 7422  df-mpo 7423  df-om 7876  df-1st 7999  df-2nd 8000  df-frecs 8292  df-wrecs 8323  df-recs 8372  df-rdg 8411  df-1o 8469  df-er 8710  df-map 8842  df-en 8967  df-dom 8968  df-sdom 8969  df-fin 8970  df-card 10013  df-pnf 11338  df-mnf 11339  df-xr 11340  df-ltxr 11341  df-le 11342  df-sub 11536  df-neg 11537  df-nn 12329  df-2 12398  df-n0 12600  df-z 12687  df-uz 12959  df-fz 13633  df-fzo 13782  df-seq 14138  df-hash 14468  df-word 14652  df-concat 14709  df-struct 17318  df-sets 17335  df-slot 17353  df-ndx 17365  df-base 17381  df-ress 17402  df-plusg 17434  df-0g 17605  df-gsum 17606  df-mgm 18809  df-sgrp 18901  df-mnd 18917  df-mhm 18971  df-submnd 18972  df-frmd 19038
This theorem is used by:  frmdup3  19056
  Copyright terms: Public domain W3C validator