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 33250
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 7367 . . . . . . 7 (𝑝 = (0g𝐺) → (𝑝𝐴𝑥) = ((0g𝐺)𝐴𝑥))
32mpteq2dv 5180 . . . . . 6 (𝑝 = (0g𝐺) → (𝑥𝐶 ↦ (𝑝𝐴𝑥)) = (𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)))
41, 3eqtrid 2784 . . . . 5 (𝑝 = (0g𝐺) → 𝐹 = (𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)))
54eleq1d 2822 . . . 4 (𝑝 = (0g𝐺) → (𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) ↔ (𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)) ∈ (𝑊 RingHom 𝑊)))
6 fxpsubrg.1 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐵) → 𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
76ralrimiva 3130 . . . 4 (𝜑 → ∀𝑝𝐵 𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
8 fxpsubm.a . . . . 5 (𝜑𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶))
9 gagrp 19258 . . . . 5 (𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶) → 𝐺 ∈ Grp)
10 fxpsubm.b . . . . . 6 𝐵 = (Base‘𝐺)
11 eqid 2737 . . . . . 6 (0g𝐺) = (0g𝐺)
1210, 11grpidcl 18932 . . . . 5 (𝐺 ∈ Grp → (0g𝐺) ∈ 𝐵)
138, 9, 123syl 18 . . . 4 (𝜑 → (0g𝐺) ∈ 𝐵)
145, 7, 13rspcdva 3566 . . 3 (𝜑 → (𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)) ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
15 rhmrcl1 20447 . . 3 ((𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)) ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) → 𝑊 ∈ Ring)
1614, 15syl 17 . 2 (𝜑𝑊 ∈ Ring)
17 fxpsubm.c . . 3 𝐶 = (Base‘𝑊)
18 rhmghm 20454 . . . 4 (𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) → 𝐹 ∈ (𝑊 GrpHom 𝑊))
196, 18syl 17 . . 3 ((𝜑𝑝𝐵) → 𝐹 ∈ (𝑊 GrpHom 𝑊))
2010, 17, 1, 8, 19fxpsubg 33249 . 2 (𝜑 → (𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubGrp‘𝑊))
21 oveq2 7368 . . . . . 6 (𝑥 = (1r𝑊) → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴(1r𝑊)))
22 eqid 2737 . . . . . . . 8 (1r𝑊) = (1r𝑊)
2317, 22, 16ringidcld 20238 . . . . . . 7 (𝜑 → (1r𝑊) ∈ 𝐶)
2423adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑𝑝𝐵) → (1r𝑊) ∈ 𝐶)
25 ovexd 7395 . . . . . 6 ((𝜑𝑝𝐵) → (𝑝𝐴(1r𝑊)) ∈ V)
261, 21, 24, 25fvmptd3 6965 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐵) → (𝐹‘(1r𝑊)) = (𝑝𝐴(1r𝑊)))
2722, 22rhm1 20459 . . . . . 6 (𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) → (𝐹‘(1r𝑊)) = (1r𝑊))
286, 27syl 17 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐵) → (𝐹‘(1r𝑊)) = (1r𝑊))
2926, 28eqtr3d 2774 . . . 4 ((𝜑𝑝𝐵) → (𝑝𝐴(1r𝑊)) = (1r𝑊))
3029ralrimiva 3130 . . 3 (𝜑 → ∀𝑝𝐵 (𝑝𝐴(1r𝑊)) = (1r𝑊))
3110, 8, 23isfxp 33244 . . 3 (𝜑 → ((1r𝑊) ∈ (𝐶FixPts𝐴) ↔ ∀𝑝𝐵 (𝑝𝐴(1r𝑊)) = (1r𝑊)))
3230, 31mpbird 257 . 2 (𝜑 → (1r𝑊) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
336ad4ant14 753 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
34 gaset 19259 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶) → 𝐶 ∈ V)
358, 34syl 17 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝐶 ∈ V)
3635, 8fxpss 33242 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐶FixPts𝐴) ⊆ 𝐶)
3736sselda 3922 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑧𝐶)
3837adantr 480 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑧𝐶)
3938adantr 480 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑧𝐶)
4036adantr 480 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝐶FixPts𝐴) ⊆ 𝐶)
4140sselda 3922 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑦𝐶)
4241adantr 480 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑦𝐶)
43 eqid 2737 . . . . . . . . 9 (.r𝑊) = (.r𝑊)
4417, 43, 43rhmmul 20456 . . . . . . . 8 ((𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) ∧ 𝑧𝐶𝑦𝐶) → (𝐹‘(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = ((𝐹𝑧)(.r𝑊)(𝐹𝑦)))
4533, 39, 42, 44syl3anc 1374 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹‘(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = ((𝐹𝑧)(.r𝑊)(𝐹𝑦)))
46 oveq2 7368 . . . . . . . . 9 (𝑥 = (𝑧(.r𝑊)𝑦) → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)))
4716ad2antrr 727 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑊 ∈ Ring)
4817, 43, 47, 38, 41ringcld 20232 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ 𝐶)
49 ovexd 7395 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)) ∈ V)
501, 46, 48, 49fvmptd3 6965 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝐹‘(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)))
5150adantr 480 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹‘(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)))
52 oveq2 7368 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑧 → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴𝑧))
53 ovexd 7395 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴𝑧) ∈ V)
541, 52, 39, 53fvmptd3 6965 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹𝑧) = (𝑝𝐴𝑧))
558ad2antrr 727 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶))
5655adantr 480 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶))
57 simpllr 776 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴))
58 simpr 484 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑝𝐵)
5910, 56, 57, 58fxpgaeq 33245 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴𝑧) = 𝑧)
6054, 59eqtrd 2772 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹𝑧) = 𝑧)
61 oveq2 7368 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑦 → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴𝑦))
62 ovexd 7395 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴𝑦) ∈ V)
631, 61, 42, 62fvmptd3 6965 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹𝑦) = (𝑝𝐴𝑦))
64 simplr 769 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴))
6510, 56, 64, 58fxpgaeq 33245 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴𝑦) = 𝑦)
6663, 65eqtrd 2772 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹𝑦) = 𝑦)
6760, 66oveq12d 7378 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → ((𝐹𝑧)(.r𝑊)(𝐹𝑦)) = (𝑧(.r𝑊)𝑦))
6845, 51, 673eqtr3d 2780 . . . . . 6 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = (𝑧(.r𝑊)𝑦))
6968ralrimiva 3130 . . . . 5 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → ∀𝑝𝐵 (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = (𝑧(.r𝑊)𝑦))
7010, 55, 48isfxp 33244 . . . . 5 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → ((𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴) ↔ ∀𝑝𝐵 (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = (𝑧(.r𝑊)𝑦)))
7169, 70mpbird 257 . . . 4 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
7271anasss 466 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴))) → (𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
7372ralrimivva 3181 . 2 (𝜑 → ∀𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)∀𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)(𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
7417, 22, 43issubrg2 20560 . . 3 (𝑊 ∈ Ring → ((𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubRing‘𝑊) ↔ ((𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubGrp‘𝑊) ∧ (1r𝑊) ∈ (𝐶FixPts𝐴) ∧ ∀𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)∀𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)(𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))))
7574biimpar 477 . 2 ((𝑊 ∈ Ring ∧ ((𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubGrp‘𝑊) ∧ (1r𝑊) ∈ (𝐶FixPts𝐴) ∧ ∀𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)∀𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)(𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))) → (𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubRing‘𝑊))
7616, 20, 32, 73, 75syl13anc 1375 1 (𝜑 → (𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubRing‘𝑊))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 395  w3a 1087   = wceq 1542  wcel 2114  wral 3052  Vcvv 3430  wss 3890  cmpt 5167  cfv 6492  (class class class)co 7360  Basecbs 17170  .rcmulr 17212  0gc0g 17393  Grpcgrp 18900  SubGrpcsubg 19087   GrpHom cghm 19178   GrpAct cga 19255  1rcur 20153  Ringcrg 20205   RingHom crh 20440  SubRingcsubrg 20537  FixPtscfxp 33239
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5302  ax-pr 5370  ax-un 7682  ax-cnex 11085  ax-resscn 11086  ax-1cn 11087  ax-icn 11088  ax-addcl 11089  ax-addrcl 11090  ax-mulcl 11091  ax-mulrcl 11092  ax-mulcom 11093  ax-addass 11094  ax-mulass 11095  ax-distr 11096  ax-i2m1 11097  ax-1ne0 11098  ax-1rid 11099  ax-rnegex 11100  ax-rrecex 11101  ax-cnre 11102  ax-pre-lttri 11103  ax-pre-lttrn 11104  ax-pre-ltadd 11105  ax-pre-mulgt0 11106
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-rmo 3343  df-reu 3344  df-rab 3391  df-v 3432  df-sbc 3730  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-nul 4275  df-if 4468  df-pw 4544  df-sn 4569  df-pr 4571  df-op 4575  df-uni 4852  df-iun 4936  df-br 5087  df-opab 5149  df-mpt 5168  df-tr 5194  df-id 5519  df-eprel 5524  df-po 5532  df-so 5533  df-fr 5577  df-we 5579  df-xp 5630  df-rel 5631  df-cnv 5632  df-co 5633  df-dm 5634  df-rn 5635  df-res 5636  df-ima 5637  df-pred 6259  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6494  df-fn 6495  df-f 6496  df-f1 6497  df-fo 6498  df-f1o 6499  df-fv 6500  df-riota 7317  df-ov 7363  df-oprab 7364  df-mpo 7365  df-om 7811  df-1st 7935  df-2nd 7936  df-frecs 8224  df-wrecs 8255  df-recs 8304  df-rdg 8342  df-er 8636  df-map 8768  df-en 8887  df-dom 8888  df-sdom 8889  df-pnf 11172  df-mnf 11173  df-xr 11174  df-ltxr 11175  df-le 11176  df-sub 11370  df-neg 11371  df-nn 12166  df-2 12235  df-3 12236  df-sets 17125  df-slot 17143  df-ndx 17155  df-base 17171  df-ress 17192  df-plusg 17224  df-mulr 17225  df-0g 17395  df-mgm 18599  df-sgrp 18678  df-mnd 18694  df-mhm 18742  df-submnd 18743  df-grp 18903  df-minusg 18904  df-subg 19090  df-ghm 19179  df-ga 19256  df-cmn 19748  df-abl 19749  df-mgp 20113  df-rng 20125  df-ur 20154  df-ring 20207  df-rhm 20443  df-subrng 20514  df-subrg 20538  df-fxp 33240
This theorem is referenced by:  fxpsdrg  33251  splysubrg  33719
  Copyright terms: Public domain W3C validator