Users' Mathboxes Mathbox for Thierry Arnoux < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  fxpsubrg Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem fxpsubrg 33314
Description: The fixed points of a group action 𝐴 on a ring 𝑊 is a subgring. (Contributed by Thierry Arnoux, 18-Nov-2025.)
Hypotheses
Ref Expression
fxpsubm.b 𝐵 = (Base‘𝐺)
fxpsubm.c 𝐶 = (Base‘𝑊)
fxpsubm.f 𝐹 = (𝑥𝐶 ↦ (𝑝𝐴𝑥))
fxpsubm.a (𝜑𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶))
fxpsubrg.1 ((𝜑𝑝𝐵) → 𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
Assertion
Ref Expression
fxpsubrg (𝜑 → (𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubRing‘𝑊))
Distinct variable groups:   𝐴,𝑝,𝑥   𝐵,𝑝,𝑥   𝐶,𝑝,𝑥   𝐺,𝑝,𝑥   𝑊,𝑝,𝑥   𝜑,𝑝,𝑥
Allowed substitution hints:   𝐹(𝑥,𝑝)

Proof of Theorem fxpsubrg
Dummy variables 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 fxpsubm.f . . . . . 6 𝐹 = (𝑥𝐶 ↦ (𝑝𝐴𝑥))
2 oveq1 7397 . . . . . . 7 (𝑝 = (0g𝐺) → (𝑝𝐴𝑥) = ((0g𝐺)𝐴𝑥))
32mpteq2dv 5191 . . . . . 6 (𝑝 = (0g𝐺) → (𝑥𝐶 ↦ (𝑝𝐴𝑥)) = (𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)))
41, 3eqtrid 2808 . . . . 5 (𝑝 = (0g𝐺) → 𝐹 = (𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)))
54eleq1d 2846 . . . 4 (𝑝 = (0g𝐺) → (𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) ↔ (𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)) ∈ (𝑊 RingHom 𝑊)))
6 fxpsubrg.1 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐵) → 𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
76ralrimiva 3153 . . . 4 (𝜑 → ∀𝑝𝐵 𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
8 fxpsubm.a . . . . 5 (𝜑𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶))
9 gagrp 19322 . . . . 5 (𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶) → 𝐺 ∈ Grp)
10 fxpsubm.b . . . . . 6 𝐵 = (Base‘𝐺)
11 eqid 2761 . . . . . 6 (0g𝐺) = (0g𝐺)
1210, 11grpidcl 18997 . . . . 5 (𝐺 ∈ Grp → (0g𝐺) ∈ 𝐵)
138, 9, 123syl 18 . . . 4 (𝜑 → (0g𝐺) ∈ 𝐵)
145, 7, 13rspcdva 3581 . . 3 (𝜑 → (𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)) ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
15 rhmrcl1 20511 . . 3 ((𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)) ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) → 𝑊 ∈ Ring)
1614, 15syl 17 . 2 (𝜑𝑊 ∈ Ring)
17 fxpsubm.c . . 3 𝐶 = (Base‘𝑊)
18 rhmghm 20518 . . . 4 (𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) → 𝐹 ∈ (𝑊 GrpHom 𝑊))
196, 18syl 17 . . 3 ((𝜑𝑝𝐵) → 𝐹 ∈ (𝑊 GrpHom 𝑊))
2010, 17, 1, 8, 19fxpsubg 33313 . 2 (𝜑 → (𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubGrp‘𝑊))
21 oveq2 7398 . . . . . 6 (𝑥 = (1r𝑊) → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴(1r𝑊)))
22 eqid 2761 . . . . . . . 8 (1r𝑊) = (1r𝑊)
2317, 22, 16ringidcld 20302 . . . . . . 7 (𝜑 → (1r𝑊) ∈ 𝐶)
2423adantr 484 . . . . . 6 ((𝜑𝑝𝐵) → (1r𝑊) ∈ 𝐶)
25 ovexd 7425 . . . . . 6 ((𝜑𝑝𝐵) → (𝑝𝐴(1r𝑊)) ∈ V)
261, 21, 24, 25fvmptd3 6993 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐵) → (𝐹‘(1r𝑊)) = (𝑝𝐴(1r𝑊)))
2722, 22rhm1 20524 . . . . . 6 (𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) → (𝐹‘(1r𝑊)) = (1r𝑊))
286, 27syl 17 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐵) → (𝐹‘(1r𝑊)) = (1r𝑊))
2926, 28eqtr3d 2798 . . . 4 ((𝜑𝑝𝐵) → (𝑝𝐴(1r𝑊)) = (1r𝑊))
3029ralrimiva 3153 . . 3 (𝜑 → ∀𝑝𝐵 (𝑝𝐴(1r𝑊)) = (1r𝑊))
3110, 8, 23isfxp 33308 . . 3 (𝜑 → ((1r𝑊) ∈ (𝐶FixPts𝐴) ↔ ∀𝑝𝐵 (𝑝𝐴(1r𝑊)) = (1r𝑊)))
3230, 31mpbird 259 . 2 (𝜑 → (1r𝑊) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
336ad4ant14 762 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
34 gaset 19323 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶) → 𝐶 ∈ V)
358, 34syl 17 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝐶 ∈ V)
3635, 8fxpss 33306 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐶FixPts𝐴) ⊆ 𝐶)
3736sselda 3934 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑧𝐶)
3837adantr 484 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑧𝐶)
3938adantr 484 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑧𝐶)
4036adantr 484 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝐶FixPts𝐴) ⊆ 𝐶)
4140sselda 3934 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑦𝐶)
4241adantr 484 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑦𝐶)
43 eqid 2761 . . . . . . . . 9 (.r𝑊) = (.r𝑊)
4417, 43, 43rhmmul 20521 . . . . . . . 8 ((𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) ∧ 𝑧𝐶𝑦𝐶) → (𝐹‘(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = ((𝐹𝑧)(.r𝑊)(𝐹𝑦)))
4533, 39, 42, 44syl3anc 1389 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹‘(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = ((𝐹𝑧)(.r𝑊)(𝐹𝑦)))
46 oveq2 7398 . . . . . . . . 9 (𝑥 = (𝑧(.r𝑊)𝑦) → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)))
4716ad2antrr 736 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑊 ∈ Ring)
4817, 43, 47, 38, 41ringcld 20296 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ 𝐶)
49 ovexd 7425 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)) ∈ V)
501, 46, 48, 49fvmptd3 6993 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝐹‘(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)))
5150adantr 484 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹‘(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)))
52 oveq2 7398 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑧 → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴𝑧))
53 ovexd 7425 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴𝑧) ∈ V)
541, 52, 39, 53fvmptd3 6993 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹𝑧) = (𝑝𝐴𝑧))
558ad2antrr 736 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶))
5655adantr 484 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶))
57 simpllr 785 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴))
58 simpr 488 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑝𝐵)
5910, 56, 57, 58fxpgaeq 33309 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴𝑧) = 𝑧)
6054, 59eqtrd 2796 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹𝑧) = 𝑧)
61 oveq2 7398 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑦 → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴𝑦))
62 ovexd 7425 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴𝑦) ∈ V)
631, 61, 42, 62fvmptd3 6993 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹𝑦) = (𝑝𝐴𝑦))
64 simplr 778 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴))
6510, 56, 64, 58fxpgaeq 33309 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴𝑦) = 𝑦)
6663, 65eqtrd 2796 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹𝑦) = 𝑦)
6760, 66oveq12d 7408 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → ((𝐹𝑧)(.r𝑊)(𝐹𝑦)) = (𝑧(.r𝑊)𝑦))
6845, 51, 673eqtr3d 2804 . . . . . 6 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = (𝑧(.r𝑊)𝑦))
6968ralrimiva 3153 . . . . 5 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → ∀𝑝𝐵 (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = (𝑧(.r𝑊)𝑦))
7010, 55, 48isfxp 33308 . . . . 5 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → ((𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴) ↔ ∀𝑝𝐵 (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = (𝑧(.r𝑊)𝑦)))
7169, 70mpbird 259 . . . 4 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
7271anasss 470 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴))) → (𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
7372ralrimivva 3204 . 2 (𝜑 → ∀𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)∀𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)(𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
7417, 22, 43issubrg2 20628 . . 3 (𝑊 ∈ Ring → ((𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubRing‘𝑊) ↔ ((𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubGrp‘𝑊) ∧ (1r𝑊) ∈ (𝐶FixPts𝐴) ∧ ∀𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)∀𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)(𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))))
7574biimpar 481 . 2 ((𝑊 ∈ Ring ∧ ((𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubGrp‘𝑊) ∧ (1r𝑊) ∈ (𝐶FixPts𝐴) ∧ ∀𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)∀𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)(𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))) → (𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubRing‘𝑊))
7616, 20, 32, 73, 75syl13anc 1390 1 (𝜑 → (𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubRing‘𝑊))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 399  w3a 1097   = wceq 1559  wcel 2141  wral 3075  Vcvv 3453  wss 3902  cmpt 5178  cfv 6515  (class class class)co 7390  Basecbs 17235  .rcmulr 17277  0gc0g 17458  Grpcgrp 18965  SubGrpcsubg 19152   GrpHom cghm 19243   GrpAct cga 19319  1rcur 20217  Ringcrg 20269   RingHom crh 20504  SubRingcsubrg 20605  FixPtscfxp 33303
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1814  ax-4 1828  ax-5 1929  ax-6 1986  ax-7 2027  ax-8 2143  ax-9 2151  ax-10 2174  ax-11 2190  ax-12 2211  ax-ext 2733  ax-sep 5243  ax-nul 5253  ax-pow 5319  ax-pr 5387  ax-un 7712  ax-cnex 11122  ax-resscn 11123  ax-1cn 11124  ax-icn 11125  ax-addcl 11126  ax-addrcl 11127  ax-mulcl 11128  ax-mulrcl 11129  ax-mulcom 11130  ax-addass 11131  ax-mulass 11132  ax-distr 11133  ax-i2m1 11134  ax-1ne0 11135  ax-1rid 11136  ax-rnegex 11137  ax-rrecex 11138  ax-cnre 11139  ax-pre-lttri 11140  ax-pre-lttrn 11141  ax-pre-ltadd 11142  ax-pre-mulgt0 11143
This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 400  df-or 859  df-3or 1098  df-3an 1099  df-tru 1562  df-fal 1572  df-ex 1799  df-nf 1803  df-sb 2090  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3061  df-ral 3076  df-rex 3086  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3455  df-sbc 3743  df-csb 3851  df-dif 3905  df-un 3907  df-in 3909  df-ss 3919  df-pss 3922  df-nul 4284  df-if 4478  df-pw 4554  df-sn 4580  df-pr 4582  df-op 4586  df-uni 4863  df-iun 4948  df-br 5098  df-opab 5160  df-mpt 5179  df-tr 5205  df-id 5538  df-eprel 5543  df-po 5551  df-so 5552  df-fr 5596  df-we 5598  df-xp 5649  df-rel 5650  df-cnv 5651  df-co 5652  df-dm 5653  df-rn 5654  df-res 5655  df-ima 5656  df-pred 6282  df-ord 6343  df-on 6344  df-lim 6345  df-suc 6346  df-iota 6471  df-fun 6517  df-fn 6518  df-f 6519  df-f1 6520  df-fo 6521  df-f1o 6522  df-fv 6523  df-riota 7347  df-ov 7393  df-oprab 7394  df-mpo 7395  df-om 7841  df-1st 7964  df-2nd 7965  df-frecs 8255  df-wrecs 8286  df-recs 8335  df-rdg 8374  df-er 8671  df-map 8803  df-en 8921  df-dom 8922  df-sdom 8923  df-pnf 11211  df-mnf 11212  df-xr 11213  df-ltxr 11214  df-le 11215  df-sub 11409  df-neg 11410  df-nn 12204  df-2 12273  df-3 12274  df-sets 17190  df-slot 17208  df-ndx 17220  df-base 17236  df-ress 17257  df-plusg 17289  df-mulr 17290  df-0g 17460  df-mgm 18664  df-sgrp 18743  df-mnd 18759  df-mhm 18807  df-submnd 18808  df-grp 18968  df-minusg 18969  df-subg 19155  df-ghm 19244  df-ga 19320  df-cmn 19812  df-abl 19813  df-mgp 20177  df-rng 20189  df-ur 20218  df-ring 20271  df-rhm 20507  df-subrng 20582  df-subrg 20606  df-fxp 33304
This theorem is referenced by:  fxpsdrg  33315  splysubrg  33817
  Copyright terms: Public domain W3C validator