Users' Mathboxes Mathbox for Steven Nguyen < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  imacrhmcl Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem imacrhmcl 42981
Description: The image of a commutative ring homomorphism is a commutative ring. (Contributed by SN, 10-Jan-2025.)
Hypotheses
Ref Expression
imacrhmcl.c 𝐶 = (𝑁s (𝐹𝑆))
imacrhmcl.h (𝜑𝐹 ∈ (𝑀 RingHom 𝑁))
imacrhmcl.m (𝜑𝑀 ∈ CRing)
imacrhmcl.s (𝜑𝑆 ∈ (SubRing‘𝑀))
Assertion
Ref Expression
imacrhmcl (𝜑𝐶 ∈ CRing)

Proof of Theorem imacrhmcl
Dummy variables 𝑎 𝑏 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 imacrhmcl.h . . . 4 (𝜑𝐹 ∈ (𝑀 RingHom 𝑁))
2 imacrhmcl.s . . . 4 (𝜑𝑆 ∈ (SubRing‘𝑀))
3 rhmima 20578 . . . 4 ((𝐹 ∈ (𝑀 RingHom 𝑁) ∧ 𝑆 ∈ (SubRing‘𝑀)) → (𝐹𝑆) ∈ (SubRing‘𝑁))
41, 2, 3syl2anc 585 . . 3 (𝜑 → (𝐹𝑆) ∈ (SubRing‘𝑁))
5 imacrhmcl.c . . . 4 𝐶 = (𝑁s (𝐹𝑆))
65subrgring 20548 . . 3 ((𝐹𝑆) ∈ (SubRing‘𝑁) → 𝐶 ∈ Ring)
74, 6syl 17 . 2 (𝜑𝐶 ∈ Ring)
85ressbasss2 17208 . . . . . 6 (Base‘𝐶) ⊆ (𝐹𝑆)
98sseli 3918 . . . . 5 (𝑥 ∈ (Base‘𝐶) → 𝑥 ∈ (𝐹𝑆))
108sseli 3918 . . . . 5 (𝑦 ∈ (Base‘𝐶) → 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))
119, 10anim12i 614 . . . 4 ((𝑥 ∈ (Base‘𝐶) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝐶)) → (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆)))
12 eqid 2737 . . . . . . . . . 10 (Base‘𝑀) = (Base‘𝑀)
13 eqid 2737 . . . . . . . . . 10 (Base‘𝑁) = (Base‘𝑁)
1412, 13rhmf 20461 . . . . . . . . 9 (𝐹 ∈ (𝑀 RingHom 𝑁) → 𝐹:(Base‘𝑀)⟶(Base‘𝑁))
151, 14syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑𝐹:(Base‘𝑀)⟶(Base‘𝑁))
1615ffund 6670 . . . . . . 7 (𝜑 → Fun 𝐹)
17 fvelima 6903 . . . . . . 7 ((Fun 𝐹𝑥 ∈ (𝐹𝑆)) → ∃𝑎𝑆 (𝐹𝑎) = 𝑥)
1816, 17sylan 581 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐹𝑆)) → ∃𝑎𝑆 (𝐹𝑎) = 𝑥)
1918adantrr 718 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) → ∃𝑎𝑆 (𝐹𝑎) = 𝑥)
20 fvelima 6903 . . . . . . . . 9 ((Fun 𝐹𝑦 ∈ (𝐹𝑆)) → ∃𝑏𝑆 (𝐹𝑏) = 𝑦)
2116, 20sylan 581 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑦 ∈ (𝐹𝑆)) → ∃𝑏𝑆 (𝐹𝑏) = 𝑦)
2221adantrl 717 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) → ∃𝑏𝑆 (𝐹𝑏) = 𝑦)
2322adantr 480 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) → ∃𝑏𝑆 (𝐹𝑏) = 𝑦)
24 imacrhmcl.m . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝑀 ∈ CRing)
2524ad3antrrr 731 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → 𝑀 ∈ CRing)
2612subrgss 20546 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑆 ∈ (SubRing‘𝑀) → 𝑆 ⊆ (Base‘𝑀))
272, 26syl 17 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑆 ⊆ (Base‘𝑀))
2827ad3antrrr 731 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → 𝑆 ⊆ (Base‘𝑀))
29 simplrl 777 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → 𝑎𝑆)
3028, 29sseldd 3923 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → 𝑎 ∈ (Base‘𝑀))
31 simprl 771 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → 𝑏𝑆)
3228, 31sseldd 3923 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → 𝑏 ∈ (Base‘𝑀))
33 eqid 2737 . . . . . . . . . . 11 (.r𝑀) = (.r𝑀)
3412, 33crngcom 20229 . . . . . . . . . 10 ((𝑀 ∈ CRing ∧ 𝑎 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝑀)) → (𝑎(.r𝑀)𝑏) = (𝑏(.r𝑀)𝑎))
3525, 30, 32, 34syl3anc 1374 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → (𝑎(.r𝑀)𝑏) = (𝑏(.r𝑀)𝑎))
3635fveq2d 6842 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → (𝐹‘(𝑎(.r𝑀)𝑏)) = (𝐹‘(𝑏(.r𝑀)𝑎)))
371ad3antrrr 731 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → 𝐹 ∈ (𝑀 RingHom 𝑁))
38 eqid 2737 . . . . . . . . . 10 (.r𝑁) = (.r𝑁)
3912, 33, 38rhmmul 20462 . . . . . . . . 9 ((𝐹 ∈ (𝑀 RingHom 𝑁) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝑀)) → (𝐹‘(𝑎(.r𝑀)𝑏)) = ((𝐹𝑎)(.r𝑁)(𝐹𝑏)))
4037, 30, 32, 39syl3anc 1374 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → (𝐹‘(𝑎(.r𝑀)𝑏)) = ((𝐹𝑎)(.r𝑁)(𝐹𝑏)))
4112, 33, 38rhmmul 20462 . . . . . . . . 9 ((𝐹 ∈ (𝑀 RingHom 𝑁) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘𝑀)) → (𝐹‘(𝑏(.r𝑀)𝑎)) = ((𝐹𝑏)(.r𝑁)(𝐹𝑎)))
4237, 32, 30, 41syl3anc 1374 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → (𝐹‘(𝑏(.r𝑀)𝑎)) = ((𝐹𝑏)(.r𝑁)(𝐹𝑎)))
4336, 40, 423eqtr3d 2780 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → ((𝐹𝑎)(.r𝑁)(𝐹𝑏)) = ((𝐹𝑏)(.r𝑁)(𝐹𝑎)))
44 imaexg 7861 . . . . . . . . . 10 (𝐹 ∈ (𝑀 RingHom 𝑁) → (𝐹𝑆) ∈ V)
455, 38ressmulr 17267 . . . . . . . . . 10 ((𝐹𝑆) ∈ V → (.r𝑁) = (.r𝐶))
461, 44, 453syl 18 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (.r𝑁) = (.r𝐶))
4746ad3antrrr 731 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → (.r𝑁) = (.r𝐶))
48 simplrr 778 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → (𝐹𝑎) = 𝑥)
49 simprr 773 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → (𝐹𝑏) = 𝑦)
5047, 48, 49oveq123d 7385 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → ((𝐹𝑎)(.r𝑁)(𝐹𝑏)) = (𝑥(.r𝐶)𝑦))
5147, 49, 48oveq123d 7385 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → ((𝐹𝑏)(.r𝑁)(𝐹𝑎)) = (𝑦(.r𝐶)𝑥))
5243, 50, 513eqtr3d 2780 . . . . . 6 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → (𝑥(.r𝐶)𝑦) = (𝑦(.r𝐶)𝑥))
5323, 52rexlimddv 3145 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) → (𝑥(.r𝐶)𝑦) = (𝑦(.r𝐶)𝑥))
5419, 53rexlimddv 3145 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) → (𝑥(.r𝐶)𝑦) = (𝑦(.r𝐶)𝑥))
5511, 54sylan2 594 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝐶) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝐶))) → (𝑥(.r𝐶)𝑦) = (𝑦(.r𝐶)𝑥))
5655ralrimivva 3181 . 2 (𝜑 → ∀𝑥 ∈ (Base‘𝐶)∀𝑦 ∈ (Base‘𝐶)(𝑥(.r𝐶)𝑦) = (𝑦(.r𝐶)𝑥))
57 eqid 2737 . . 3 (Base‘𝐶) = (Base‘𝐶)
58 eqid 2737 . . 3 (.r𝐶) = (.r𝐶)
5957, 58iscrng2 20230 . 2 (𝐶 ∈ CRing ↔ (𝐶 ∈ Ring ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝐶)∀𝑦 ∈ (Base‘𝐶)(𝑥(.r𝐶)𝑦) = (𝑦(.r𝐶)𝑥)))
607, 56, 59sylanbrc 584 1 (𝜑𝐶 ∈ CRing)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 395   = wceq 1542  wcel 2114  wral 3052  wrex 3062  Vcvv 3430  wss 3890  cima 5631  Fun wfun 6490  wf 6492  cfv 6496  (class class class)co 7364  Basecbs 17176  s cress 17197  .rcmulr 17218  Ringcrg 20211  CRingccrg 20212   RingHom crh 20446  SubRingcsubrg 20543
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 5232  ax-nul 5242  ax-pow 5306  ax-pr 5374  ax-un 7686  ax-cnex 11091  ax-resscn 11092  ax-1cn 11093  ax-icn 11094  ax-addcl 11095  ax-addrcl 11096  ax-mulcl 11097  ax-mulrcl 11098  ax-mulcom 11099  ax-addass 11100  ax-mulass 11101  ax-distr 11102  ax-i2m1 11103  ax-1ne0 11104  ax-1rid 11105  ax-rnegex 11106  ax-rrecex 11107  ax-cnre 11108  ax-pre-lttri 11109  ax-pre-lttrn 11110  ax-pre-ltadd 11111  ax-pre-mulgt0 11112
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 5523  df-eprel 5528  df-po 5536  df-so 5537  df-fr 5581  df-we 5583  df-xp 5634  df-rel 5635  df-cnv 5636  df-co 5637  df-dm 5638  df-rn 5639  df-res 5640  df-ima 5641  df-pred 6263  df-ord 6324  df-on 6325  df-lim 6326  df-suc 6327  df-iota 6452  df-fun 6498  df-fn 6499  df-f 6500  df-f1 6501  df-fo 6502  df-f1o 6503  df-fv 6504  df-riota 7321  df-ov 7367  df-oprab 7368  df-mpo 7369  df-om 7815  df-1st 7939  df-2nd 7940  df-frecs 8228  df-wrecs 8259  df-recs 8308  df-rdg 8346  df-er 8640  df-map 8772  df-en 8891  df-dom 8892  df-sdom 8893  df-pnf 11178  df-mnf 11179  df-xr 11180  df-ltxr 11181  df-le 11182  df-sub 11376  df-neg 11377  df-nn 12172  df-2 12241  df-3 12242  df-sets 17131  df-slot 17149  df-ndx 17161  df-base 17177  df-ress 17198  df-plusg 17230  df-mulr 17231  df-0g 17401  df-mgm 18605  df-sgrp 18684  df-mnd 18700  df-mhm 18748  df-submnd 18749  df-grp 18909  df-minusg 18910  df-subg 19096  df-ghm 19185  df-cmn 19754  df-abl 19755  df-mgp 20119  df-rng 20131  df-ur 20160  df-ring 20213  df-cring 20214  df-rhm 20449  df-subrng 20520  df-subrg 20544
This theorem is referenced by:  riccrng1  42988
  Copyright terms: Public domain W3C validator