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 33152
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 7361 . . . . . . 7 (𝑝 = (0g𝐺) → (𝑝𝐴𝑥) = ((0g𝐺)𝐴𝑥))
32mpteq2dv 5189 . . . . . 6 (𝑝 = (0g𝐺) → (𝑥𝐶 ↦ (𝑝𝐴𝑥)) = (𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)))
41, 3eqtrid 2780 . . . . 5 (𝑝 = (0g𝐺) → 𝐹 = (𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)))
54eleq1d 2818 . . . 4 (𝑝 = (0g𝐺) → (𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) ↔ (𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)) ∈ (𝑊 RingHom 𝑊)))
6 fxpsubrg.1 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐵) → 𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
76ralrimiva 3125 . . . 4 (𝜑 → ∀𝑝𝐵 𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
8 fxpsubm.a . . . . 5 (𝜑𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶))
9 gagrp 19208 . . . . 5 (𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶) → 𝐺 ∈ Grp)
10 fxpsubm.b . . . . . 6 𝐵 = (Base‘𝐺)
11 eqid 2733 . . . . . 6 (0g𝐺) = (0g𝐺)
1210, 11grpidcl 18882 . . . . 5 (𝐺 ∈ Grp → (0g𝐺) ∈ 𝐵)
138, 9, 123syl 18 . . . 4 (𝜑 → (0g𝐺) ∈ 𝐵)
145, 7, 13rspcdva 3574 . . 3 (𝜑 → (𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)) ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
15 rhmrcl1 20398 . . 3 ((𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)) ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) → 𝑊 ∈ Ring)
1614, 15syl 17 . 2 (𝜑𝑊 ∈ Ring)
17 fxpsubm.c . . 3 𝐶 = (Base‘𝑊)
18 rhmghm 20405 . . . 4 (𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) → 𝐹 ∈ (𝑊 GrpHom 𝑊))
196, 18syl 17 . . 3 ((𝜑𝑝𝐵) → 𝐹 ∈ (𝑊 GrpHom 𝑊))
2010, 17, 1, 8, 19fxpsubg 33151 . 2 (𝜑 → (𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubGrp‘𝑊))
21 oveq2 7362 . . . . . 6 (𝑥 = (1r𝑊) → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴(1r𝑊)))
22 eqid 2733 . . . . . . . 8 (1r𝑊) = (1r𝑊)
2317, 22, 16ringidcld 20188 . . . . . . 7 (𝜑 → (1r𝑊) ∈ 𝐶)
2423adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑𝑝𝐵) → (1r𝑊) ∈ 𝐶)
25 ovexd 7389 . . . . . 6 ((𝜑𝑝𝐵) → (𝑝𝐴(1r𝑊)) ∈ V)
261, 21, 24, 25fvmptd3 6960 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐵) → (𝐹‘(1r𝑊)) = (𝑝𝐴(1r𝑊)))
2722, 22rhm1 20410 . . . . . 6 (𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) → (𝐹‘(1r𝑊)) = (1r𝑊))
286, 27syl 17 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐵) → (𝐹‘(1r𝑊)) = (1r𝑊))
2926, 28eqtr3d 2770 . . . 4 ((𝜑𝑝𝐵) → (𝑝𝐴(1r𝑊)) = (1r𝑊))
3029ralrimiva 3125 . . 3 (𝜑 → ∀𝑝𝐵 (𝑝𝐴(1r𝑊)) = (1r𝑊))
3110, 8, 23isfxp 33146 . . 3 (𝜑 → ((1r𝑊) ∈ (𝐶FixPts𝐴) ↔ ∀𝑝𝐵 (𝑝𝐴(1r𝑊)) = (1r𝑊)))
3230, 31mpbird 257 . 2 (𝜑 → (1r𝑊) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
336ad4ant14 752 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
34 gaset 19209 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶) → 𝐶 ∈ V)
358, 34syl 17 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝐶 ∈ V)
3635, 8fxpss 33144 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐶FixPts𝐴) ⊆ 𝐶)
3736sselda 3930 . . . . . . . . . 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 3930 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑦𝐶)
4241adantr 480 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑦𝐶)
43 eqid 2733 . . . . . . . . 9 (.r𝑊) = (.r𝑊)
4417, 43, 43rhmmul 20407 . . . . . . . 8 ((𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) ∧ 𝑧𝐶𝑦𝐶) → (𝐹‘(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = ((𝐹𝑧)(.r𝑊)(𝐹𝑦)))
4533, 39, 42, 44syl3anc 1373 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹‘(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = ((𝐹𝑧)(.r𝑊)(𝐹𝑦)))
46 oveq2 7362 . . . . . . . . 9 (𝑥 = (𝑧(.r𝑊)𝑦) → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)))
4716ad2antrr 726 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑊 ∈ Ring)
4817, 43, 47, 38, 41ringcld 20182 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ 𝐶)
49 ovexd 7389 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)) ∈ V)
501, 46, 48, 49fvmptd3 6960 . . . . . . . 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 7362 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑧 → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴𝑧))
53 ovexd 7389 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴𝑧) ∈ V)
541, 52, 39, 53fvmptd3 6960 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹𝑧) = (𝑝𝐴𝑧))
558ad2antrr 726 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶))
5655adantr 480 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶))
57 simpllr 775 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴))
58 simpr 484 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑝𝐵)
5910, 56, 57, 58fxpgaeq 33147 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴𝑧) = 𝑧)
6054, 59eqtrd 2768 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹𝑧) = 𝑧)
61 oveq2 7362 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑦 → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴𝑦))
62 ovexd 7389 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴𝑦) ∈ V)
631, 61, 42, 62fvmptd3 6960 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹𝑦) = (𝑝𝐴𝑦))
64 simplr 768 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴))
6510, 56, 64, 58fxpgaeq 33147 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴𝑦) = 𝑦)
6663, 65eqtrd 2768 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹𝑦) = 𝑦)
6760, 66oveq12d 7372 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → ((𝐹𝑧)(.r𝑊)(𝐹𝑦)) = (𝑧(.r𝑊)𝑦))
6845, 51, 673eqtr3d 2776 . . . . . 6 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = (𝑧(.r𝑊)𝑦))
6968ralrimiva 3125 . . . . 5 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → ∀𝑝𝐵 (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = (𝑧(.r𝑊)𝑦))
7010, 55, 48isfxp 33146 . . . . 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 3176 . 2 (𝜑 → ∀𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)∀𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)(𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
7417, 22, 43issubrg2 20511 . . 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 1374 1 (𝜑 → (𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubRing‘𝑊))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 395  w3a 1086   = wceq 1541  wcel 2113  wral 3048  Vcvv 3437  wss 3898  cmpt 5176  cfv 6488  (class class class)co 7354  Basecbs 17124  .rcmulr 17166  0gc0g 17347  Grpcgrp 18850  SubGrpcsubg 19037   GrpHom cghm 19128   GrpAct cga 19205  1rcur 20103  Ringcrg 20155   RingHom crh 20391  SubRingcsubrg 20488  FixPtscfxp 33141
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1911  ax-6 1968  ax-7 2009  ax-8 2115  ax-9 2123  ax-10 2146  ax-11 2162  ax-12 2182  ax-ext 2705  ax-sep 5238  ax-nul 5248  ax-pow 5307  ax-pr 5374  ax-un 7676  ax-cnex 11071  ax-resscn 11072  ax-1cn 11073  ax-icn 11074  ax-addcl 11075  ax-addrcl 11076  ax-mulcl 11077  ax-mulrcl 11078  ax-mulcom 11079  ax-addass 11080  ax-mulass 11081  ax-distr 11082  ax-i2m1 11083  ax-1ne0 11084  ax-1rid 11085  ax-rnegex 11086  ax-rrecex 11087  ax-cnre 11088  ax-pre-lttri 11089  ax-pre-lttrn 11090  ax-pre-ltadd 11091  ax-pre-mulgt0 11092
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2068  df-mo 2537  df-eu 2566  df-clab 2712  df-cleq 2725  df-clel 2808  df-nfc 2882  df-ne 2930  df-nel 3034  df-ral 3049  df-rex 3058  df-rmo 3347  df-reu 3348  df-rab 3397  df-v 3439  df-sbc 3738  df-csb 3847  df-dif 3901  df-un 3903  df-in 3905  df-ss 3915  df-pss 3918  df-nul 4283  df-if 4477  df-pw 4553  df-sn 4578  df-pr 4580  df-op 4584  df-uni 4861  df-iun 4945  df-br 5096  df-opab 5158  df-mpt 5177  df-tr 5203  df-id 5516  df-eprel 5521  df-po 5529  df-so 5530  df-fr 5574  df-we 5576  df-xp 5627  df-rel 5628  df-cnv 5629  df-co 5630  df-dm 5631  df-rn 5632  df-res 5633  df-ima 5634  df-pred 6255  df-ord 6316  df-on 6317  df-lim 6318  df-suc 6319  df-iota 6444  df-fun 6490  df-fn 6491  df-f 6492  df-f1 6493  df-fo 6494  df-f1o 6495  df-fv 6496  df-riota 7311  df-ov 7357  df-oprab 7358  df-mpo 7359  df-om 7805  df-1st 7929  df-2nd 7930  df-frecs 8219  df-wrecs 8250  df-recs 8299  df-rdg 8337  df-er 8630  df-map 8760  df-en 8878  df-dom 8879  df-sdom 8880  df-pnf 11157  df-mnf 11158  df-xr 11159  df-ltxr 11160  df-le 11161  df-sub 11355  df-neg 11356  df-nn 12135  df-2 12197  df-3 12198  df-sets 17079  df-slot 17097  df-ndx 17109  df-base 17125  df-ress 17146  df-plusg 17178  df-mulr 17179  df-0g 17349  df-mgm 18552  df-sgrp 18631  df-mnd 18647  df-mhm 18695  df-submnd 18696  df-grp 18853  df-minusg 18854  df-subg 19040  df-ghm 19129  df-ga 19206  df-cmn 19698  df-abl 19699  df-mgp 20063  df-rng 20075  df-ur 20104  df-ring 20157  df-rhm 20394  df-subrng 20465  df-subrg 20489  df-fxp 33142
This theorem is referenced by:  fxpsdrg  33153  splysubrg  33603
  Copyright terms: Public domain W3C validator