Theorem frmdup3 19113

Description: Universal property of the free monoid by existential uniqueness. (Contributed by Mario Carneiro, 2-Oct-2015.) (Revised by Mario Carneiro, 18-Jul-2016.)

Hypotheses

Ref	Expression
frmdup3.m	⊢ 𝑀 = (freeMnd‘𝐼)
frmdup3.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
frmdup3.u	⊢ 𝑈 = (varFMnd‘𝐼)

Assertion

Ref	Expression
frmdup3	⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) → ∃!𝑚 ∈ (𝑀 MndHom 𝐺)(𝑚 ∘ 𝑈) = 𝐴)

Distinct variable groups:   𝐴,𝑚   𝐵,𝑚   𝑚,𝐺   𝑚,𝐼   𝑚,𝑀   𝑈,𝑚   𝑚,𝑉

Proof of Theorem frmdup3

Dummy variables 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		frmdup3.m	. . 3 ⊢ 𝑀 = (freeMnd‘𝐼)
2		frmdup3.b	. . 3 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
3		eqid 2763	. . 3 ⊢ (𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥))) = (𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥)))
4		simp1 1154	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) → 𝐺 ∈ Mnd)
5		simp2 1155	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) → 𝐼 ∈ 𝑉)
6		simp3 1156	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) → 𝐴:𝐼⟶𝐵)
7	1, 2, 3, 4, 5, 6	frmdup1 19110	. 2 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) → (𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥))) ∈ (𝑀 MndHom 𝐺))
8	4	adantr 486	. . . . 5 ⊢ (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) ∧ 𝑦 ∈ 𝐼) → 𝐺 ∈ Mnd)
9	5	adantr 486	. . . . 5 ⊢ (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) ∧ 𝑦 ∈ 𝐼) → 𝐼 ∈ 𝑉)
10	6	adantr 486	. . . . 5 ⊢ (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) ∧ 𝑦 ∈ 𝐼) → 𝐴:𝐼⟶𝐵)
11		frmdup3.u	. . . . 5 ⊢ 𝑈 = (varFMnd‘𝐼)
12		simpr 490	. . . . 5 ⊢ (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) ∧ 𝑦 ∈ 𝐼) → 𝑦 ∈ 𝐼)
13	1, 2, 3, 8, 9, 10, 11, 12	frmdup2 19111	. . . 4 ⊢ (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) ∧ 𝑦 ∈ 𝐼) → ((𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥)))‘(𝑈‘𝑦)) = (𝐴‘𝑦))
14	13	mpteq2dva 5204	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) → (𝑦 ∈ 𝐼 ↦ ((𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥)))‘(𝑈‘𝑦))) = (𝑦 ∈ 𝐼 ↦ (𝐴‘𝑦)))
15		eqid 2763	. . . . . 6 ⊢ (Base‘𝑀) = (Base‘𝑀)
16	15, 2	mhmf 19034	. . . . 5 ⊢ ((𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥))) ∈ (𝑀 MndHom 𝐺) → (𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥))):(Base‘𝑀)⟶𝐵)
17	7, 16	syl 18	. . . 4 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) → (𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥))):(Base‘𝑀)⟶𝐵)
18	11	vrmdf 19104	. . . . . 6 ⊢ (𝐼 ∈ 𝑉 → 𝑈:𝐼⟶Word 𝐼)
19	18	3ad2ant2 1152	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) → 𝑈:𝐼⟶Word 𝐼)
20	1, 15	frmdbas 19098	. . . . . . 7 ⊢ (𝐼 ∈ 𝑉 → (Base‘𝑀) = Word 𝐼)
21	20	3ad2ant2 1152	. . . . . 6 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) → (Base‘𝑀) = Word 𝐼)
22	21	feq3d 6724	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) → (𝑈:𝐼⟶(Base‘𝑀) ↔ 𝑈:𝐼⟶Word 𝐼))
23	19, 22	mpbird 260	. . . 4 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) → 𝑈:𝐼⟶(Base‘𝑀))
24		fcompt 7166	. . . 4 ⊢ (((𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥))):(Base‘𝑀)⟶𝐵 ∧ 𝑈:𝐼⟶(Base‘𝑀)) → ((𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥))) ∘ 𝑈) = (𝑦 ∈ 𝐼 ↦ ((𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥)))‘(𝑈‘𝑦))))
25	17, 23, 24	syl2anc 596	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) → ((𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥))) ∘ 𝑈) = (𝑦 ∈ 𝐼 ↦ ((𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥)))‘(𝑈‘𝑦))))
26	6	feqmptd 6984	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) → 𝐴 = (𝑦 ∈ 𝐼 ↦ (𝐴‘𝑦)))
27	14, 25, 26	3eqtr4d 2808	. 2 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) → ((𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥))) ∘ 𝑈) = 𝐴)
28	1, 2, 11	frmdup3lem 19112	. . . 4 ⊢ (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) ∧ (𝑚 ∈ (𝑀 MndHom 𝐺) ∧ (𝑚 ∘ 𝑈) = 𝐴)) → 𝑚 = (𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥))))
29	28	expr 462	. . 3 ⊢ (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) ∧ 𝑚 ∈ (𝑀 MndHom 𝐺)) → ((𝑚 ∘ 𝑈) = 𝐴 → 𝑚 = (𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥)))))
30	29	ralrimiva 3158	. 2 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) → ∀𝑚 ∈ (𝑀 MndHom 𝐺)((𝑚 ∘ 𝑈) = 𝐴 → 𝑚 = (𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥)))))
31		coeq1 5846	. . . 4 ⊢ (𝑚 = (𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥))) → (𝑚 ∘ 𝑈) = ((𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥))) ∘ 𝑈))
32	31	eqeq1d 2765	. . 3 ⊢ (𝑚 = (𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥))) → ((𝑚 ∘ 𝑈) = 𝐴 ↔ ((𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥))) ∘ 𝑈) = 𝐴))
33	32	eqreu 3690	. 2 ⊢ (((𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥))) ∈ (𝑀 MndHom 𝐺) ∧ ((𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥))) ∘ 𝑈) = 𝐴 ∧ ∀𝑚 ∈ (𝑀 MndHom 𝐺)((𝑚 ∘ 𝑈) = 𝐴 → 𝑚 = (𝑥 ∈ Word 𝐼 ↦ (𝐺 Σg (𝐴 ∘ 𝑥))))) → ∃!𝑚 ∈ (𝑀 MndHom 𝐺)(𝑚 ∘ 𝑈) = 𝐴)
34	7, 27, 30, 33	syl3anc 1399	1 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝐼 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴:𝐼⟶𝐵) → ∃!𝑚 ∈ (𝑀 MndHom 𝐺)(𝑚 ∘ 𝑈) = 𝐴)

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2147  ∀wral 3080  ∃!wreu 3367   ↦ cmpt 5192   ∘ ccom 5662  ⟶wf 6562  ‘cfv 6566  (class class class)co 7451  Word cword 14699  Basecbs 17431   Σ_g cgsu 17661  Mndcmnd 18973   MndHom cmhm 19026  freeMndcfrmd 19093  var_FMndcvrmd 19094

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 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5238  ax-sep 5255  ax-nul 5266  ax-pow 5334  ax-pr 5398  ax-un 7783  ax-cnex 11295  ax-resscn 11296  ax-1cn 11297  ax-icn 11298  ax-addcl 11299  ax-addrcl 11300  ax-mulcl 11301  ax-mulrcl 11302  ax-mulcom 11303  ax-addass 11304  ax-mulass 11305  ax-distr 11306  ax-i2m1 11307  ax-1ne0 11308  ax-1rid 11309  ax-rnegex 11310  ax-rrecex 11311  ax-cnre 11312  ax-pre-lttri 11313  ax-pre-lttrn 11314  ax-pre-ltadd 11315  ax-pre-mulgt0 11316

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 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4841  df-uni 4873  df-int 4913  df-iun 4958  df-br 5109  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5553  df-eprel 5558  df-po 5566  df-so 5567  df-fr 5611  df-we 5613  df-xp 5664  df-rel 5665  df-cnv 5666  df-co 5667  df-dm 5668  df-rn 5669  df-res 5670  df-ima 5671  df-pred 6330  df-ord 6391  df-on 6392  df-lim 6393  df-suc 6394  df-iota 6520  df-fun 6568  df-fn 6569  df-f 6570  df-f1 6571  df-fo 6572  df-f1o 6573  df-fv 6574  df-riota 7408  df-ov 7454  df-oprab 7455  df-mpo 7456  df-om 7912  df-1st 8035  df-2nd 8036  df-frecs 8337  df-wrecs 8368  df-recs 8417  df-rdg 8456  df-1o 8514  df-er 8755  df-map 8887  df-en 9012  df-dom 9013  df-sdom 9014  df-fin 9015  df-card 10057  df-pnf 11384  df-mnf 11385  df-xr 11386  df-ltxr 11387  df-le 11388  df-sub 11582  df-neg 11583  df-nn 12376  df-2 12445  df-n0 12647  df-xnn0 12720  df-z 12734  df-uz 13006  df-fz 13680  df-fzo 13829  df-seq 14185  df-hash 14516  df-word 14700  df-lsw 14749  df-concat 14757  df-s1 14784  df-substr 14831  df-pfx 14863  df-struct 17369  df-sets 17386  df-slot 17404  df-ndx 17416  df-base 17432  df-ress 17453  df-plusg 17486  df-0g 17662  df-gsum 17663  df-mgm 18866  df-sgrp 18958  df-mnd 18974  df-mhm 19028  df-submnd 19029  df-frmd 19095  df-vrmd 19096

This theorem is used by: (None)