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 33525
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 7430 . . . . . . 7 (𝑝 = (0g𝐺) → (𝑝𝐴𝑥) = ((0g𝐺)𝐴𝑥))
32mpteq2dv 5210 . . . . . 6 (𝑝 = (0g𝐺) → (𝑥𝐶 ↦ (𝑝𝐴𝑥)) = (𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)))
41, 3eqtrid 2813 . . . . 5 (𝑝 = (0g𝐺) → 𝐹 = (𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)))
54eleq1d 2851 . . . 4 (𝑝 = (0g𝐺) → (𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) ↔ (𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)) ∈ (𝑊 RingHom 𝑊)))
6 fxpsubrg.1 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐵) → 𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
76ralrimiva 3160 . . . 4 (𝜑 → ∀𝑝𝐵 𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
8 fxpsubm.a . . . . 5 (𝜑𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶))
9 gagrp 19393 . . . . 5 (𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶) → 𝐺 ∈ Grp)
10 fxpsubm.b . . . . . 6 𝐵 = (Base‘𝐺)
11 eqid 2766 . . . . . 6 (0g𝐺) = (0g𝐺)
1210, 11grpidcl 19063 . . . . 5 (𝐺 ∈ Grp → (0g𝐺) ∈ 𝐵)
138, 9, 123syl 19 . . . 4 (𝜑 → (0g𝐺) ∈ 𝐵)
145, 7, 13rspcdva 3585 . . 3 (𝜑 → (𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)) ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
15 rhmrcl1 20592 . . 3 ((𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)) ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) → 𝑊 ∈ Ring)
1614, 15syl 18 . 2 (𝜑𝑊 ∈ Ring)
17 fxpsubm.c . . 3 𝐶 = (Base‘𝑊)
18 rhmghm 20599 . . . 4 (𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) → 𝐹 ∈ (𝑊 GrpHom 𝑊))
196, 18syl 18 . . 3 ((𝜑𝑝𝐵) → 𝐹 ∈ (𝑊 GrpHom 𝑊))
2010, 17, 1, 8, 19fxpsubg 33524 . 2 (𝜑 → (𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubGrp‘𝑊))
21 oveq2 7431 . . . . . 6 (𝑥 = (1r𝑊) → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴(1r𝑊)))
22 eqid 2766 . . . . . . . 8 (1r𝑊) = (1r𝑊)
2317, 22, 16ringidcld 20381 . . . . . . 7 (𝜑 → (1r𝑊) ∈ 𝐶)
2423adantr 486 . . . . . 6 ((𝜑𝑝𝐵) → (1r𝑊) ∈ 𝐶)
25 ovexd 7458 . . . . . 6 ((𝜑𝑝𝐵) → (𝑝𝐴(1r𝑊)) ∈ V)
261, 21, 24, 25fvmptd3 7020 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐵) → (𝐹‘(1r𝑊)) = (𝑝𝐴(1r𝑊)))
2722, 22rhm1 20609 . . . . . 6 (𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) → (𝐹‘(1r𝑊)) = (1r𝑊))
286, 27syl 18 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐵) → (𝐹‘(1r𝑊)) = (1r𝑊))
2926, 28eqtr3d 2803 . . . 4 ((𝜑𝑝𝐵) → (𝑝𝐴(1r𝑊)) = (1r𝑊))
3029ralrimiva 3160 . . 3 (𝜑 → ∀𝑝𝐵 (𝑝𝐴(1r𝑊)) = (1r𝑊))
3110, 8, 23isfxp 33519 . . 3 (𝜑 → ((1r𝑊) ∈ (𝐶FixPts𝐴) ↔ ∀𝑝𝐵 (𝑝𝐴(1r𝑊)) = (1r𝑊)))
3230, 31mpbird 260 . 2 (𝜑 → (1r𝑊) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
336ad4ant14 765 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
34 gaset 19394 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶) → 𝐶 ∈ V)
358, 34syl 18 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝐶 ∈ V)
3635, 8fxpss 33517 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐶FixPts𝐴) ⊆ 𝐶)
3736sselda 3940 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑧𝐶)
3837adantr 486 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑧𝐶)
3938adantr 486 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑧𝐶)
4036adantr 486 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝐶FixPts𝐴) ⊆ 𝐶)
4140sselda 3940 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑦𝐶)
4241adantr 486 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑦𝐶)
43 eqid 2766 . . . . . . . . 9 (.r𝑊) = (.r𝑊)
4417, 43, 43rhmmul 20605 . . . . . . . 8 ((𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) ∧ 𝑧𝐶𝑦𝐶) → (𝐹‘(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = ((𝐹𝑧)(.r𝑊)(𝐹𝑦)))
4533, 39, 42, 44syl3anc 1398 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹‘(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = ((𝐹𝑧)(.r𝑊)(𝐹𝑦)))
46 oveq2 7431 . . . . . . . . 9 (𝑥 = (𝑧(.r𝑊)𝑦) → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)))
4716ad2antrr 739 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑊 ∈ Ring)
4817, 43, 47, 38, 41ringcld 20370 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ 𝐶)
49 ovexd 7458 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)) ∈ V)
501, 46, 48, 49fvmptd3 7020 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝐹‘(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)))
5150adantr 486 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹‘(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)))
52 oveq2 7431 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑧 → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴𝑧))
53 ovexd 7458 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴𝑧) ∈ V)
541, 52, 39, 53fvmptd3 7020 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹𝑧) = (𝑝𝐴𝑧))
558ad2antrr 739 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶))
5655adantr 486 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶))
57 simpllr 788 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴))
58 simpr 490 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑝𝐵)
5910, 56, 57, 58fxpgaeq 33520 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴𝑧) = 𝑧)
6054, 59eqtrd 2801 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹𝑧) = 𝑧)
61 oveq2 7431 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑦 → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴𝑦))
62 ovexd 7458 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴𝑦) ∈ V)
631, 61, 42, 62fvmptd3 7020 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹𝑦) = (𝑝𝐴𝑦))
64 simplr 781 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴))
6510, 56, 64, 58fxpgaeq 33520 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴𝑦) = 𝑦)
6663, 65eqtrd 2801 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹𝑦) = 𝑦)
6760, 66oveq12d 7441 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → ((𝐹𝑧)(.r𝑊)(𝐹𝑦)) = (𝑧(.r𝑊)𝑦))
6845, 51, 673eqtr3d 2809 . . . . . 6 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = (𝑧(.r𝑊)𝑦))
6968ralrimiva 3160 . . . . 5 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → ∀𝑝𝐵 (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = (𝑧(.r𝑊)𝑦))
7010, 55, 48isfxp 33519 . . . . 5 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → ((𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴) ↔ ∀𝑝𝐵 (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = (𝑧(.r𝑊)𝑦)))
7169, 70mpbird 260 . . . 4 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
7271anasss 472 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴))) → (𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
7372ralrimivva 3211 . 2 (𝜑 → ∀𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)∀𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)(𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
7417, 22, 43issubrg2 20728 . . 3 (𝑊 ∈ Ring → ((𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubRing‘𝑊) ↔ ((𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubGrp‘𝑊) ∧ (1r𝑊) ∈ (𝐶FixPts𝐴) ∧ ∀𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)∀𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)(𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))))
7574biimpar 483 . 2 ((𝑊 ∈ Ring ∧ ((𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubGrp‘𝑊) ∧ (1r𝑊) ∈ (𝐶FixPts𝐴) ∧ ∀𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)∀𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)(𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))) → (𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubRing‘𝑊))
7616, 20, 32, 73, 75syl13anc 1399 1 (𝜑 → (𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubRing‘𝑊))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  wi 4  wa 401  w3a 1103   = wceq 1570  wcel 2146  wral 3082  Vcvv 3458  wss 3908  cmpt 5197  cfv 6543  (class class class)co 7423  Basecbs 17294  .rcmulr 17336  0gc0g 17517  Grpcgrp 19031  SubGrpcsubg 19217   GrpHom cghm 19314   GrpAct cga 19390  1rcur 20294  Ringcrg 20346   RingHom crh 20584  SubRingcsubrg 20705  FixPtscfxp 33514
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 2738  ax-sep 5262  ax-nul 5274  ax-pow 5341  ax-pr 5409  ax-un 7745  ax-cnex 11174  ax-resscn 11175  ax-1cn 11176  ax-icn 11177  ax-addcl 11178  ax-addrcl 11179  ax-mulcl 11180  ax-mulrcl 11181  ax-mulcom 11182  ax-addass 11183  ax-mulass 11184  ax-distr 11185  ax-i2m1 11186  ax-1ne0 11187  ax-1rid 11188  ax-rnegex 11189  ax-rrecex 11190  ax-cnre 11191  ax-pre-lttri 11192  ax-pre-lttrn 11193  ax-pre-ltadd 11194  ax-pre-mulgt0 11195
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 2570  df-eu 2600  df-clab 2745  df-cleq 2758  df-clel 2841  df-nfc 2915  df-ne 2962  df-nel 3068  df-ral 3083  df-rex 3093  df-rmo 3372  df-reu 3373  df-rab 3420  df-v 3460  df-sbc 3748  df-csb 3857  df-dif 3911  df-un 3913  df-in 3915  df-ss 3925  df-pss 3928  df-nul 4290  df-if 4493  df-pw 4569  df-sn 4595  df-pr 4597  df-op 4601  df-uni 4878  df-iun 4963  df-br 5115  df-opab 5179  df-mpt 5198  df-tr 5224  df-id 5561  df-eprel 5566  df-po 5574  df-so 5575  df-fr 5619  df-we 5621  df-xp 5672  df-rel 5673  df-cnv 5674  df-co 5675  df-dm 5676  df-rn 5677  df-res 5678  df-ima 5679  df-pred 6309  df-ord 6370  df-on 6371  df-lim 6372  df-suc 6373  df-iota 6499  df-fun 6545  df-fn 6546  df-f 6547  df-f1 6548  df-fo 6549  df-f1o 6550  df-fv 6551  df-riota 7380  df-ov 7426  df-oprab 7427  df-mpo 7428  df-om 7872  df-1st 7995  df-2nd 7996  df-frecs 8287  df-wrecs 8318  df-recs 8367  df-rdg 8406  df-er 8703  df-map 8835  df-en 8953  df-dom 8954  df-sdom 8955  df-pnf 11263  df-mnf 11264  df-xr 11265  df-ltxr 11266  df-le 11267  df-sub 11461  df-neg 11462  df-nn 12252  df-2 12321  df-3 12322  df-sets 17249  df-slot 17267  df-ndx 17279  df-base 17295  df-ress 17316  df-plusg 17348  df-mulr 17349  df-0g 17519  df-mgm 18723  df-sgrp 18806  df-mnd 18822  df-mhm 18872  df-submnd 18873  df-grp 19034  df-minusg 19035  df-subg 19220  df-ghm 19315  df-ga 19391  df-cmn 19883  df-abl 19884  df-mgp 20248  df-rng 20262  df-ur 20295  df-ring 20348  df-rhm 20587  df-subrng 20682  df-subrg 20706  df-fxp 33515
This theorem is used by:  fxpsdrg  33526  splysubrg  33981
  Copyright terms: Public domain W3C validator