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 33475
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 7419 . . . . . . 7 (𝑝 = (0g𝐺) → (𝑝𝐴𝑥) = ((0g𝐺)𝐴𝑥))
32mpteq2dv 5206 . . . . . 6 (𝑝 = (0g𝐺) → (𝑥𝐶 ↦ (𝑝𝐴𝑥)) = (𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)))
41, 3eqtrid 2810 . . . . 5 (𝑝 = (0g𝐺) → 𝐹 = (𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)))
54eleq1d 2848 . . . 4 (𝑝 = (0g𝐺) → (𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) ↔ (𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)) ∈ (𝑊 RingHom 𝑊)))
6 fxpsubrg.1 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐵) → 𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
76ralrimiva 3157 . . . 4 (𝜑 → ∀𝑝𝐵 𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
8 fxpsubm.a . . . . 5 (𝜑𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶))
9 gagrp 19363 . . . . 5 (𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶) → 𝐺 ∈ Grp)
10 fxpsubm.b . . . . . 6 𝐵 = (Base‘𝐺)
11 eqid 2763 . . . . . 6 (0g𝐺) = (0g𝐺)
1210, 11grpidcl 19033 . . . . 5 (𝐺 ∈ Grp → (0g𝐺) ∈ 𝐵)
138, 9, 123syl 19 . . . 4 (𝜑 → (0g𝐺) ∈ 𝐵)
145, 7, 13rspcdva 3583 . . 3 (𝜑 → (𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)) ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
15 rhmrcl1 20559 . . 3 ((𝑥𝐶 ↦ ((0g𝐺)𝐴𝑥)) ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) → 𝑊 ∈ Ring)
1614, 15syl 18 . 2 (𝜑𝑊 ∈ Ring)
17 fxpsubm.c . . 3 𝐶 = (Base‘𝑊)
18 rhmghm 20566 . . . 4 (𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) → 𝐹 ∈ (𝑊 GrpHom 𝑊))
196, 18syl 18 . . 3 ((𝜑𝑝𝐵) → 𝐹 ∈ (𝑊 GrpHom 𝑊))
2010, 17, 1, 8, 19fxpsubg 33474 . 2 (𝜑 → (𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubGrp‘𝑊))
21 oveq2 7420 . . . . . 6 (𝑥 = (1r𝑊) → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴(1r𝑊)))
22 eqid 2763 . . . . . . . 8 (1r𝑊) = (1r𝑊)
2317, 22, 16ringidcld 20350 . . . . . . 7 (𝜑 → (1r𝑊) ∈ 𝐶)
2423adantr 485 . . . . . 6 ((𝜑𝑝𝐵) → (1r𝑊) ∈ 𝐶)
25 ovexd 7447 . . . . . 6 ((𝜑𝑝𝐵) → (𝑝𝐴(1r𝑊)) ∈ V)
261, 21, 24, 25fvmptd3 7015 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐵) → (𝐹‘(1r𝑊)) = (𝑝𝐴(1r𝑊)))
2722, 22rhm1 20572 . . . . . 6 (𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) → (𝐹‘(1r𝑊)) = (1r𝑊))
286, 27syl 18 . . . . 5 ((𝜑𝑝𝐵) → (𝐹‘(1r𝑊)) = (1r𝑊))
2926, 28eqtr3d 2800 . . . 4 ((𝜑𝑝𝐵) → (𝑝𝐴(1r𝑊)) = (1r𝑊))
3029ralrimiva 3157 . . 3 (𝜑 → ∀𝑝𝐵 (𝑝𝐴(1r𝑊)) = (1r𝑊))
3110, 8, 23isfxp 33469 . . 3 (𝜑 → ((1r𝑊) ∈ (𝐶FixPts𝐴) ↔ ∀𝑝𝐵 (𝑝𝐴(1r𝑊)) = (1r𝑊)))
3230, 31mpbird 260 . 2 (𝜑 → (1r𝑊) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
336ad4ant14 764 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
34 gaset 19364 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶) → 𝐶 ∈ V)
358, 34syl 18 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝐶 ∈ V)
3635, 8fxpss 33467 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐶FixPts𝐴) ⊆ 𝐶)
3736sselda 3938 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑧𝐶)
3837adantr 485 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑧𝐶)
3938adantr 485 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑧𝐶)
4036adantr 485 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝐶FixPts𝐴) ⊆ 𝐶)
4140sselda 3938 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑦𝐶)
4241adantr 485 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑦𝐶)
43 eqid 2763 . . . . . . . . 9 (.r𝑊) = (.r𝑊)
4417, 43, 43rhmmul 20569 . . . . . . . 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 7420 . . . . . . . . 9 (𝑥 = (𝑧(.r𝑊)𝑦) → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)))
4716ad2antrr 738 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑊 ∈ Ring)
4817, 43, 47, 38, 41ringcld 20343 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ 𝐶)
49 ovexd 7447 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)) ∈ V)
501, 46, 48, 49fvmptd3 7015 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝐹‘(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)))
5150adantr 485 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹‘(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)))
52 oveq2 7420 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑧 → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴𝑧))
53 ovexd 7447 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴𝑧) ∈ V)
541, 52, 39, 53fvmptd3 7015 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹𝑧) = (𝑝𝐴𝑧))
558ad2antrr 738 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶))
5655adantr 485 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶))
57 simpllr 787 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴))
58 simpr 489 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑝𝐵)
5910, 56, 57, 58fxpgaeq 33470 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴𝑧) = 𝑧)
6054, 59eqtrd 2798 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹𝑧) = 𝑧)
61 oveq2 7420 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑦 → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴𝑦))
62 ovexd 7447 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴𝑦) ∈ V)
631, 61, 42, 62fvmptd3 7015 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹𝑦) = (𝑝𝐴𝑦))
64 simplr 780 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴))
6510, 56, 64, 58fxpgaeq 33470 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴𝑦) = 𝑦)
6663, 65eqtrd 2798 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝐹𝑦) = 𝑦)
6760, 66oveq12d 7430 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → ((𝐹𝑧)(.r𝑊)(𝐹𝑦)) = (𝑧(.r𝑊)𝑦))
6845, 51, 673eqtr3d 2806 . . . . . 6 ((((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝𝐵) → (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = (𝑧(.r𝑊)𝑦))
6968ralrimiva 3157 . . . . 5 (((𝜑𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → ∀𝑝𝐵 (𝑝𝐴(𝑧(.r𝑊)𝑦)) = (𝑧(.r𝑊)𝑦))
7010, 55, 48isfxp 33469 . . . . 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 471 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴))) → (𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
7372ralrimivva 3208 . 2 (𝜑 → ∀𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)∀𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)(𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
7417, 22, 43issubrg2 20678 . . 3 (𝑊 ∈ Ring → ((𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubRing‘𝑊) ↔ ((𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubGrp‘𝑊) ∧ (1r𝑊) ∈ (𝐶FixPts𝐴) ∧ ∀𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)∀𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)(𝑧(.r𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))))
7574biimpar 482 . 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
Syntax hints:  wi 4  wa 400  w3a 1103   = wceq 1570  wcel 2143  wral 3079  Vcvv 3455  wss 3906  cmpt 5193  cfv 6538  (class class class)co 7412  Basecbs 17270  .rcmulr 17312  0gc0g 17493  Grpcgrp 19001  SubGrpcsubg 19187   GrpHom cghm 19284   GrpAct cga 19360  1rcur 20264  Ringcrg 20316   RingHom crh 20552  SubRingcsubrg 20655  FixPtscfxp 33464
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1825  ax-4 1839  ax-5 1940  ax-6 1997  ax-7 2038  ax-8 2145  ax-9 2153  ax-10 2176  ax-11 2192  ax-12 2213  ax-ext 2735  ax-sep 5258  ax-nul 5270  ax-pow 5338  ax-pr 5406  ax-un 7734  ax-cnex 11157  ax-resscn 11158  ax-1cn 11159  ax-icn 11160  ax-addcl 11161  ax-addrcl 11162  ax-mulcl 11163  ax-mulrcl 11164  ax-mulcom 11165  ax-addass 11166  ax-mulass 11167  ax-distr 11168  ax-i2m1 11169  ax-1ne0 11170  ax-1rid 11171  ax-rnegex 11172  ax-rrecex 11173  ax-cnre 11174  ax-pre-lttri 11175  ax-pre-lttrn 11176  ax-pre-ltadd 11177  ax-pre-mulgt0 11178
This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1810  df-nf 1814  df-sb 2097  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2838  df-nfc 2912  df-ne 2959  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3457  df-sbc 3746  df-csb 3855  df-dif 3909  df-un 3911  df-in 3913  df-ss 3923  df-pss 3926  df-nul 4288  df-if 4489  df-pw 4565  df-sn 4591  df-pr 4593  df-op 4597  df-uni 4874  df-iun 4959  df-br 5111  df-opab 5175  df-mpt 5194  df-tr 5220  df-id 5558  df-eprel 5563  df-po 5571  df-so 5572  df-fr 5616  df-we 5618  df-xp 5669  df-rel 5670  df-cnv 5671  df-co 5672  df-dm 5673  df-rn 5674  df-res 5675  df-ima 5676  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-riota 7369  df-ov 7415  df-oprab 7416  df-mpo 7417  df-om 7864  df-1st 7987  df-2nd 7988  df-frecs 8279  df-wrecs 8310  df-recs 8359  df-rdg 8398  df-er 8695  df-map 8827  df-en 8945  df-dom 8946  df-sdom 8947  df-pnf 11246  df-mnf 11247  df-xr 11248  df-ltxr 11249  df-le 11250  df-sub 11444  df-neg 11445  df-nn 12235  df-2 12304  df-3 12305  df-sets 17225  df-slot 17243  df-ndx 17255  df-base 17271  df-ress 17292  df-plusg 17324  df-mulr 17325  df-0g 17495  df-mgm 18699  df-sgrp 18778  df-mnd 18794  df-mhm 18842  df-submnd 18843  df-grp 19004  df-minusg 19005  df-subg 19190  df-ghm 19285  df-ga 19361  df-cmn 19853  df-abl 19854  df-mgp 20218  df-rng 20232  df-ur 20265  df-ring 20318  df-rhm 20555  df-subrng 20632  df-subrg 20656  df-fxp 33465
This theorem is referenced by:  fxpsdrg  33476  splysubrg  33931
  Copyright terms: Public domain W3C validator