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 33717
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 = (𝑥 ∈ 𝐶 ↦ (𝑝𝐴𝑥))
fxpsubm.a (𝜑 → 𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶))
fxpsubrg.1 ((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → 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 = (𝑥 ∈ 𝐶 ↦ (𝑝𝐴𝑥))
2 oveq1 7419 . . . . . . 7 (𝑝 = (0g‘𝐺) → (𝑝𝐴𝑥) = ((0g‘𝐺)𝐴𝑥))
32mpteq2dv 5199 . . . . . 6 (𝑝 = (0g‘𝐺) → (𝑥 ∈ 𝐶 ↦ (𝑝𝐴𝑥)) = (𝑥 ∈ 𝐶 ↦ ((0g‘𝐺)𝐴𝑥)))
41, 3eqtrid 2808 . . . . 5 (𝑝 = (0g‘𝐺) → 𝐹 = (𝑥 ∈ 𝐶 ↦ ((0g‘𝐺)𝐴𝑥)))
54eleq1d 2846 . . . 4 (𝑝 = (0g‘𝐺) → (𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) ↔ (𝑥 ∈ 𝐶 ↦ ((0g‘𝐺)𝐴𝑥)) ∈ (𝑊 RingHom 𝑊)))
6 fxpsubrg.1 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → 𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
76ralrimiva 3155 . . . 4 (𝜑 → ∀𝑝 ∈ 𝐵 𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
8 fxpsubm.a . . . . 5 (𝜑 → 𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶))
9 gagrp 19486 . . . . 5 (𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶) → 𝐺 ∈ Grp)
10 fxpsubm.b . . . . . 6 𝐵 = (Base‘𝐺)
11 eqid 2761 . . . . . 6 (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
1210, 11grpidcl 19156 . . . . 5 (𝐺 ∈ Grp → (0g‘𝐺) ∈ 𝐵)
138, 9, 123syl 19 . . . 4 (𝜑 → (0g‘𝐺) ∈ 𝐵)
145, 7, 13rspcdva 3578 . . 3 (𝜑 → (𝑥 ∈ 𝐶 ↦ ((0g‘𝐺)𝐴𝑥)) ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
15 rhmrcl1 20687 . . 3 ((𝑥 ∈ 𝐶 ↦ ((0g‘𝐺)𝐴𝑥)) ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) → 𝑊 ∈ Ring)
1614, 15syl 18 . 2 (𝜑 → 𝑊 ∈ Ring)
17 fxpsubm.c . . 3 𝐶 = (Base‘𝑊)
18 rhmghm 20694 . . . 4 (𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) → 𝐹 ∈ (𝑊 GrpHom 𝑊))
196, 18syl 18 . . 3 ((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → 𝐹 ∈ (𝑊 GrpHom 𝑊))
2010, 17, 1, 8, 19fxpsubg 33716 . 2 (𝜑 → (𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubGrp‘𝑊))
21 oveq2 7420 . . . . . 6 (𝑥 = (1r‘𝑊) → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴(1r‘𝑊)))
22 eqid 2761 . . . . . . . 8 (1r‘𝑊) = (1r‘𝑊)
2317, 22, 16ringidcld 20475 . . . . . . 7 (𝜑 → (1r‘𝑊) ∈ 𝐶)
2423adantr 486 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (1r‘𝑊) ∈ 𝐶)
25 ovexd 7447 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝑝𝐴(1r‘𝑊)) ∈ V)
261, 21, 24, 25fvmptd3 7009 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝐹‘(1r‘𝑊)) = (𝑝𝐴(1r‘𝑊)))
2722, 22rhm1 20704 . . . . . 6 (𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) → (𝐹‘(1r‘𝑊)) = (1r‘𝑊))
286, 27syl 18 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝐹‘(1r‘𝑊)) = (1r‘𝑊))
2926, 28eqtr3d 2798 . . . 4 ((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝑝𝐴(1r‘𝑊)) = (1r‘𝑊))
3029ralrimiva 3155 . . 3 (𝜑 → ∀𝑝 ∈ 𝐵 (𝑝𝐴(1r‘𝑊)) = (1r‘𝑊))
3110, 8, 23isfxp 33711 . . 3 (𝜑 → ((1r‘𝑊) ∈ (𝐶FixPts𝐴) ↔ ∀𝑝 ∈ 𝐵 (𝑝𝐴(1r‘𝑊)) = (1r‘𝑊)))
3230, 31mpbird 260 . 2 (𝜑 → (1r‘𝑊) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
336ad4ant14 765 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → 𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
34 gaset 19487 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶) → 𝐶 ∈ V)
358, 34syl 18 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → 𝐶 ∈ V)
3635, 8fxpss 33709 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐶FixPts𝐴) ⊆ 𝐶)
3736sselda 3931 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑧 ∈ 𝐶)
3837adantr 486 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑧 ∈ 𝐶)
3938adantr 486 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → 𝑧 ∈ 𝐶)
4036adantr 486 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝐶FixPts𝐴) ⊆ 𝐶)
4140sselda 3931 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑦 ∈ 𝐶)
4241adantr 486 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → 𝑦 ∈ 𝐶)
43 eqid 2761 . . . . . . . . 9 (.r‘𝑊) = (.r‘𝑊)
4417, 43, 43rhmmul 20700 . . . . . . . 8 ((𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) ∧ 𝑧 ∈ 𝐶 ∧ 𝑦 ∈ 𝐶) → (𝐹‘(𝑧(.r‘𝑊)𝑦)) = ((𝐹‘𝑧)(.r‘𝑊)(𝐹‘𝑦)))
4533, 39, 42, 44syl3anc 1398 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝐹‘(𝑧(.r‘𝑊)𝑦)) = ((𝐹‘𝑧)(.r‘𝑊)(𝐹‘𝑦)))
46 oveq2 7420 . . . . . . . . 9 (𝑥 = (𝑧(.r‘𝑊)𝑦) → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴(𝑧(.r‘𝑊)𝑦)))
4716ad2antrr 739 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑊 ∈ Ring)
4817, 43, 47, 38, 41ringcld 20464 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝑧(.r‘𝑊)𝑦) ∈ 𝐶)
49 ovexd 7447 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝑝𝐴(𝑧(.r‘𝑊)𝑦)) ∈ V)
501, 46, 48, 49fvmptd3 7009 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝐹‘(𝑧(.r‘𝑊)𝑦)) = (𝑝𝐴(𝑧(.r‘𝑊)𝑦)))
5150adantr 486 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝐹‘(𝑧(.r‘𝑊)𝑦)) = (𝑝𝐴(𝑧(.r‘𝑊)𝑦)))
52 oveq2 7420 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑧 → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴𝑧))
53 ovexd 7447 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝑝𝐴𝑧) ∈ V)
541, 52, 39, 53fvmptd3 7009 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝐹‘𝑧) = (𝑝𝐴𝑧))
558ad2antrr 739 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶))
5655adantr 486 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → 𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶))
57 simpllr 788 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴))
58 simpr 490 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → 𝑝 ∈ 𝐵)
5910, 56, 57, 58fxpgaeq 33712 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝑝𝐴𝑧) = 𝑧)
6054, 59eqtrd 2796 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝐹‘𝑧) = 𝑧)
61 oveq2 7420 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑦 → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴𝑦))
62 ovexd 7447 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝑝𝐴𝑦) ∈ V)
631, 61, 42, 62fvmptd3 7009 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝐹‘𝑦) = (𝑝𝐴𝑦))
64 simplr 781 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴))
6510, 56, 64, 58fxpgaeq 33712 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝑝𝐴𝑦) = 𝑦)
6663, 65eqtrd 2796 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝐹‘𝑦) = 𝑦)
6760, 66oveq12d 7430 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → ((𝐹‘𝑧)(.r‘𝑊)(𝐹‘𝑦)) = (𝑧(.r‘𝑊)𝑦))
6845, 51, 673eqtr3d 2804 . . . . . 6 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝑝𝐴(𝑧(.r‘𝑊)𝑦)) = (𝑧(.r‘𝑊)𝑦))
6968ralrimiva 3155 . . . . 5 (((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → ∀𝑝 ∈ 𝐵 (𝑝𝐴(𝑧(.r‘𝑊)𝑦)) = (𝑧(.r‘𝑊)𝑦))
7010, 55, 48isfxp 33711 . . . . 5 (((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → ((𝑧(.r‘𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴) ↔ ∀𝑝 ∈ 𝐵 (𝑝𝐴(𝑧(.r‘𝑊)𝑦)) = (𝑧(.r‘𝑊)𝑦)))
7169, 70mpbird 260 . . . 4 (((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝑧(.r‘𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
7271anasss 472 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴))) → (𝑧(.r‘𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
7372ralrimivva 3206 . 2 (𝜑 → ∀𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)∀𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)(𝑧(.r‘𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
7417, 22, 43issubrg2 20824 . . 3 (𝑊 ∈ Ring → ((𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubRing‘𝑊) ↔ ((𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubGrp‘𝑊) ∧ (1r‘𝑊) ∈ (𝐶FixPts𝐴) ∧ ∀𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)∀𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)(𝑧(.r‘𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))))
7574biimpar 483 . 2 ((𝑊 ∈ Ring ∧ ((𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubGrp‘𝑊) ∧ (1r‘𝑊) ∈ (𝐶FixPts𝐴) ∧ ∀𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)∀𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)(𝑧(.r‘𝑊)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 2145  ∀wral 3077  Vcvv 3451   ⊆ wss 3899   ↦ cmpt 5186  ‘cfv 6531  (class class class)co 7412  Basecbs 17367  .rcmulr 17409  0gc0g 17590  Grpcgrp 19124  SubGrpcsubg 19310   GrpHom cghm 19407   GrpAct cga 19483  1rcur 20387  Ringcrg 20439   RingHom crh 20679  SubRingcsubrg 20801  FixPtscfxp 33706
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-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7740  ax-cnex 11237  ax-resscn 11238  ax-1cn 11239  ax-icn 11240  ax-addcl 11241  ax-addrcl 11242  ax-mulcl 11243  ax-mulrcl 11244  ax-mulcom 11245  ax-addass 11246  ax-mulass 11247  ax-distr 11248  ax-i2m1 11249  ax-1ne0 11250  ax-1rid 11251  ax-rnegex 11252  ax-rrecex 11253  ax-cnre 11254  ax-pre-lttri 11255  ax-pre-lttrn 11256  ax-pre-ltadd 11257  ax-pre-mulgt0 11258
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-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 6297  df-ord 6358  df-on 6359  df-lim 6360  df-suc 6361  df-iota 6487  df-fun 6533  df-fn 6534  df-f 6535  df-f1 6536  df-fo 6537  df-f1o 6538  df-fv 6539  df-riota 7369  df-ov 7415  df-oprab 7416  df-mpo 7417  df-om 7867  df-1st 7990  df-2nd 7991  df-frecs 8283  df-wrecs 8314  df-recs 8363  df-rdg 8402  df-er 8701  df-map 8833  df-en 8958  df-dom 8959  df-sdom 8960  df-pnf 11326  df-mnf 11327  df-xr 11328  df-ltxr 11329  df-le 11330  df-sub 11524  df-neg 11525  df-nn 12317  df-2 12386  df-3 12387  df-sets 17322  df-slot 17340  df-ndx 17352  df-base 17368  df-ress 17389  df-plusg 17421  df-mulr 17422  df-0g 17592  df-mgm 18796  df-sgrp 18888  df-mnd 18904  df-mhm 18958  df-submnd 18959  df-grp 19127  df-minusg 19128  df-subg 19313  df-ghm 19408  df-ga 19484  df-cmn 19976  df-abl 19977  df-mgp 20341  df-rng 20355  df-ur 20388  df-ring 20441  df-rhm 20682  df-subrng 20778  df-subrg 20802  df-fxp 33707
This theorem is used by:  fxpsdrg  33718  splysubrg  34174
  Copyright terms: Public domain W3C validator