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 33782
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 7428 . . . . . . 7 (𝑝 = (0g‘𝐺) → (𝑝𝐴𝑥) = ((0g‘𝐺)𝐴𝑥))
32mpteq2dv 5198 . . . . . 6 (𝑝 = (0g‘𝐺) → (𝑥 ∈ 𝐶 ↦ (𝑝𝐴𝑥)) = (𝑥 ∈ 𝐶 ↦ ((0g‘𝐺)𝐴𝑥)))
41, 3eqtrid 2807 . . . . 5 (𝑝 = (0g‘𝐺) → 𝐹 = (𝑥 ∈ 𝐶 ↦ ((0g‘𝐺)𝐴𝑥)))
54eleq1d 2845 . . . 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 3154 . . . 4 (𝜑 → ∀𝑝 ∈ 𝐵 𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
8 fxpsubm.a . . . . 5 (𝜑 → 𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶))
9 gagrp 19512 . . . . 5 (𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶) → 𝐺 ∈ Grp)
10 fxpsubm.b . . . . . 6 𝐵 = (Base‘𝐺)
11 eqid 2760 . . . . . 6 (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
1210, 11grpidcl 19182 . . . . 5 (𝐺 ∈ Grp → (0g‘𝐺) ∈ 𝐵)
138, 9, 123syl 19 . . . 4 (𝜑 → (0g‘𝐺) ∈ 𝐵)
145, 7, 13rspcdva 3577 . . 3 (𝜑 → (𝑥 ∈ 𝐶 ↦ ((0g‘𝐺)𝐴𝑥)) ∈ (𝑊 RingHom 𝑊))
15 rhmrcl1 20713 . . 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 20720 . . . 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 33781 . 2 (𝜑 → (𝐶FixPts𝐴) ∈ (SubGrp‘𝑊))
21 oveq2 7429 . . . . . 6 (𝑥 = (1r‘𝑊) → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴(1r‘𝑊)))
22 eqid 2760 . . . . . . . 8 (1r‘𝑊) = (1r‘𝑊)
2317, 22, 16ringidcld 20501 . . . . . . 7 (𝜑 → (1r‘𝑊) ∈ 𝐶)
2423adantr 486 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (1r‘𝑊) ∈ 𝐶)
25 ovexd 7456 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝑝𝐴(1r‘𝑊)) ∈ V)
261, 21, 24, 25fvmptd3 7018 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝐹‘(1r‘𝑊)) = (𝑝𝐴(1r‘𝑊)))
2722, 22rhm1 20730 . . . . . 6 (𝐹 ∈ (𝑊 RingHom 𝑊) → (𝐹‘(1r‘𝑊)) = (1r‘𝑊))
286, 27syl 18 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝐹‘(1r‘𝑊)) = (1r‘𝑊))
2926, 28eqtr3d 2797 . . . 4 ((𝜑 ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝑝𝐴(1r‘𝑊)) = (1r‘𝑊))
3029ralrimiva 3154 . . 3 (𝜑 → ∀𝑝 ∈ 𝐵 (𝑝𝐴(1r‘𝑊)) = (1r‘𝑊))
3110, 8, 23isfxp 33776 . . 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 19513 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ (𝐺 GrpAct 𝐶) → 𝐶 ∈ V)
358, 34syl 18 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → 𝐶 ∈ V)
3635, 8fxpss 33774 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐶FixPts𝐴) ⊆ 𝐶)
3736sselda 3908 . . . . . . . . . 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 3908 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → 𝑦 ∈ 𝐶)
4241adantr 486 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → 𝑦 ∈ 𝐶)
43 eqid 2760 . . . . . . . . 9 (.r‘𝑊) = (.r‘𝑊)
4417, 43, 43rhmmul 20726 . . . . . . . 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 7429 . . . . . . . . 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 20490 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝑧(.r‘𝑊)𝑦) ∈ 𝐶)
49 ovexd 7456 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → (𝑝𝐴(𝑧(.r‘𝑊)𝑦)) ∈ V)
501, 46, 48, 49fvmptd3 7018 . . . . . . . 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 7429 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑧 → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴𝑧))
53 ovexd 7456 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝑝𝐴𝑧) ∈ V)
541, 52, 39, 53fvmptd3 7018 . . . . . . . . 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 33777 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝑝𝐴𝑧) = 𝑧)
6054, 59eqtrd 2795 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝐹‘𝑧) = 𝑧)
61 oveq2 7429 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑦 → (𝑝𝐴𝑥) = (𝑝𝐴𝑦))
62 ovexd 7456 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝑝𝐴𝑦) ∈ V)
631, 61, 42, 62fvmptd3 7018 . . . . . . . . 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 33777 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝑝𝐴𝑦) = 𝑦)
6663, 65eqtrd 2795 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝐹‘𝑦) = 𝑦)
6760, 66oveq12d 7439 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → ((𝐹‘𝑧)(.r‘𝑊)(𝐹‘𝑦)) = (𝑧(.r‘𝑊)𝑦))
6845, 51, 673eqtr3d 2803 . . . . . 6 ((((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑝 ∈ 𝐵) → (𝑝𝐴(𝑧(.r‘𝑊)𝑦)) = (𝑧(.r‘𝑊)𝑦))
6968ralrimiva 3154 . . . . 5 (((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) ∧ 𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)) → ∀𝑝 ∈ 𝐵 (𝑝𝐴(𝑧(.r‘𝑊)𝑦)) = (𝑧(.r‘𝑊)𝑦))
7010, 55, 48isfxp 33776 . . . . 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 3205 . 2 (𝜑 → ∀𝑧 ∈ (𝐶FixPts𝐴)∀𝑦 ∈ (𝐶FixPts𝐴)(𝑧(.r‘𝑊)𝑦) ∈ (𝐶FixPts𝐴))
7417, 22, 43issubrg2 20850 . . 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 1569   ∈ wcel 2144  ∀wral 3076  Vcvv 3450   ⊆ wss 3895   ↦ cmpt 5185  ‘cfv 6539  (class class class)co 7421  Basecbs 17393  .rcmulr 17435  0gc0g 17616  Grpcgrp 19150  SubGrpcsubg 19336   GrpHom cghm 19433   GrpAct cga 19509  1rcur 20413  Ringcrg 20465   RingHom crh 20705  SubRingcsubrg 20827  FixPtscfxp 33771
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7752  ax-cnex 11260  ax-resscn 11261  ax-1cn 11262  ax-icn 11263  ax-addcl 11264  ax-addrcl 11265  ax-mulcl 11266  ax-mulrcl 11267  ax-mulcom 11268  ax-addass 11269  ax-mulass 11270  ax-distr 11271  ax-i2m1 11272  ax-1ne0 11273  ax-1rid 11274  ax-rnegex 11275  ax-rrecex 11276  ax-cnre 11277  ax-pre-lttri 11278  ax-pre-lttrn 11279  ax-pre-ltadd 11280  ax-pre-mulgt0 11281
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-ss 3896  df-pss 4014  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4835  df-uni 4867  df-iun 4952  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-we 5605  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6541  df-fn 6542  df-f 6543  df-f1 6544  df-fo 6545  df-f1o 6546  df-fv 6547  df-riota 7378  df-ov 7424  df-oprab 7425  df-mpo 7426  df-om 7879  df-1st 8002  df-2nd 8003  df-frecs 8303  df-wrecs 8334  df-recs 8383  df-rdg 8422  df-er 8721  df-map 8853  df-en 8978  df-dom 8979  df-sdom 8980  df-pnf 11349  df-mnf 11350  df-xr 11351  df-ltxr 11352  df-le 11353  df-sub 11547  df-neg 11548  df-nn 12340  df-2 12409  df-3 12410  df-sets 17348  df-slot 17366  df-ndx 17378  df-base 17394  df-ress 17415  df-plusg 17447  df-mulr 17448  df-0g 17618  df-mgm 18822  df-sgrp 18914  df-mnd 18930  df-mhm 18984  df-submnd 18985  df-grp 19153  df-minusg 19154  df-subg 19339  df-ghm 19434  df-ga 19510  df-cmn 20002  df-abl 20003  df-mgp 20367  df-rng 20381  df-ur 20414  df-ring 20467  df-rhm 20708  df-subrng 20804  df-subrg 20828  df-fxp 33772
This theorem is used by:  fxpsdrg  33783  splysubrg  34239
  Copyright terms: Public domain W3C validator