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 42469
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 20632 . . . 4 ((𝐹 ∈ (𝑀 RingHom 𝑁) ∧ 𝑆 ∈ (SubRing‘𝑀)) → (𝐹𝑆) ∈ (SubRing‘𝑁))
41, 2, 3syl2anc 583 . . 3 (𝜑 → (𝐹𝑆) ∈ (SubRing‘𝑁))
5 imacrhmcl.c . . . 4 𝐶 = (𝑁s (𝐹𝑆))
65subrgring 20602 . . 3 ((𝐹𝑆) ∈ (SubRing‘𝑁) → 𝐶 ∈ Ring)
74, 6syl 17 . 2 (𝜑𝐶 ∈ Ring)
85ressbasss2 17299 . . . . . 6 (Base‘𝐶) ⊆ (𝐹𝑆)
98sseli 4004 . . . . 5 (𝑥 ∈ (Base‘𝐶) → 𝑥 ∈ (𝐹𝑆))
108sseli 4004 . . . . 5 (𝑦 ∈ (Base‘𝐶) → 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))
119, 10anim12i 612 . . . 4 ((𝑥 ∈ (Base‘𝐶) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝐶)) → (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆)))
12 eqid 2740 . . . . . . . . . 10 (Base‘𝑀) = (Base‘𝑀)
13 eqid 2740 . . . . . . . . . 10 (Base‘𝑁) = (Base‘𝑁)
1412, 13rhmf 20511 . . . . . . . . 9 (𝐹 ∈ (𝑀 RingHom 𝑁) → 𝐹:(Base‘𝑀)⟶(Base‘𝑁))
151, 14syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑𝐹:(Base‘𝑀)⟶(Base‘𝑁))
1615ffund 6751 . . . . . . 7 (𝜑 → Fun 𝐹)
17 fvelima 6987 . . . . . . 7 ((Fun 𝐹𝑥 ∈ (𝐹𝑆)) → ∃𝑎𝑆 (𝐹𝑎) = 𝑥)
1816, 17sylan 579 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐹𝑆)) → ∃𝑎𝑆 (𝐹𝑎) = 𝑥)
1918adantrr 716 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) → ∃𝑎𝑆 (𝐹𝑎) = 𝑥)
20 fvelima 6987 . . . . . . . . 9 ((Fun 𝐹𝑦 ∈ (𝐹𝑆)) → ∃𝑏𝑆 (𝐹𝑏) = 𝑦)
2116, 20sylan 579 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑦 ∈ (𝐹𝑆)) → ∃𝑏𝑆 (𝐹𝑏) = 𝑦)
2221adantrl 715 . . . . . . 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 729 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → 𝑀 ∈ CRing)
2612subrgss 20600 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑆 ∈ (SubRing‘𝑀) → 𝑆 ⊆ (Base‘𝑀))
272, 26syl 17 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑆 ⊆ (Base‘𝑀))
2827ad3antrrr 729 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → 𝑆 ⊆ (Base‘𝑀))
29 simplrl 776 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → 𝑎𝑆)
3028, 29sseldd 4009 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → 𝑎 ∈ (Base‘𝑀))
31 simprl 770 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → 𝑏𝑆)
3228, 31sseldd 4009 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → 𝑏 ∈ (Base‘𝑀))
33 eqid 2740 . . . . . . . . . . 11 (.r𝑀) = (.r𝑀)
3412, 33crngcom 20278 . . . . . . . . . 10 ((𝑀 ∈ CRing ∧ 𝑎 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝑀)) → (𝑎(.r𝑀)𝑏) = (𝑏(.r𝑀)𝑎))
3525, 30, 32, 34syl3anc 1371 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → (𝑎(.r𝑀)𝑏) = (𝑏(.r𝑀)𝑎))
3635fveq2d 6924 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → (𝐹‘(𝑎(.r𝑀)𝑏)) = (𝐹‘(𝑏(.r𝑀)𝑎)))
371ad3antrrr 729 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → 𝐹 ∈ (𝑀 RingHom 𝑁))
38 eqid 2740 . . . . . . . . . 10 (.r𝑁) = (.r𝑁)
3912, 33, 38rhmmul 20512 . . . . . . . . 9 ((𝐹 ∈ (𝑀 RingHom 𝑁) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝑀)) → (𝐹‘(𝑎(.r𝑀)𝑏)) = ((𝐹𝑎)(.r𝑁)(𝐹𝑏)))
4037, 30, 32, 39syl3anc 1371 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → (𝐹‘(𝑎(.r𝑀)𝑏)) = ((𝐹𝑎)(.r𝑁)(𝐹𝑏)))
4112, 33, 38rhmmul 20512 . . . . . . . . 9 ((𝐹 ∈ (𝑀 RingHom 𝑁) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘𝑀)) → (𝐹‘(𝑏(.r𝑀)𝑎)) = ((𝐹𝑏)(.r𝑁)(𝐹𝑎)))
4237, 32, 30, 41syl3anc 1371 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → (𝐹‘(𝑏(.r𝑀)𝑎)) = ((𝐹𝑏)(.r𝑁)(𝐹𝑎)))
4336, 40, 423eqtr3d 2788 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → ((𝐹𝑎)(.r𝑁)(𝐹𝑏)) = ((𝐹𝑏)(.r𝑁)(𝐹𝑎)))
44 imaexg 7953 . . . . . . . . . 10 (𝐹 ∈ (𝑀 RingHom 𝑁) → (𝐹𝑆) ∈ V)
455, 38ressmulr 17366 . . . . . . . . . 10 ((𝐹𝑆) ∈ V → (.r𝑁) = (.r𝐶))
461, 44, 453syl 18 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (.r𝑁) = (.r𝐶))
4746ad3antrrr 729 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → (.r𝑁) = (.r𝐶))
48 simplrr 777 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → (𝐹𝑎) = 𝑥)
49 simprr 772 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → (𝐹𝑏) = 𝑦)
5047, 48, 49oveq123d 7469 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → ((𝐹𝑎)(.r𝑁)(𝐹𝑏)) = (𝑥(.r𝐶)𝑦))
5147, 49, 48oveq123d 7469 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → ((𝐹𝑏)(.r𝑁)(𝐹𝑎)) = (𝑦(.r𝐶)𝑥))
5243, 50, 513eqtr3d 2788 . . . . . 6 ((((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) ∧ (𝑏𝑆 ∧ (𝐹𝑏) = 𝑦)) → (𝑥(.r𝐶)𝑦) = (𝑦(.r𝐶)𝑥))
5323, 52rexlimddv 3167 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) ∧ (𝑎𝑆 ∧ (𝐹𝑎) = 𝑥)) → (𝑥(.r𝐶)𝑦) = (𝑦(.r𝐶)𝑥))
5419, 53rexlimddv 3167 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (𝐹𝑆) ∧ 𝑦 ∈ (𝐹𝑆))) → (𝑥(.r𝐶)𝑦) = (𝑦(.r𝐶)𝑥))
5511, 54sylan2 592 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ (Base‘𝐶) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝐶))) → (𝑥(.r𝐶)𝑦) = (𝑦(.r𝐶)𝑥))
5655ralrimivva 3208 . 2 (𝜑 → ∀𝑥 ∈ (Base‘𝐶)∀𝑦 ∈ (Base‘𝐶)(𝑥(.r𝐶)𝑦) = (𝑦(.r𝐶)𝑥))
57 eqid 2740 . . 3 (Base‘𝐶) = (Base‘𝐶)
58 eqid 2740 . . 3 (.r𝐶) = (.r𝐶)
5957, 58iscrng2 20279 . 2 (𝐶 ∈ CRing ↔ (𝐶 ∈ Ring ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝐶)∀𝑦 ∈ (Base‘𝐶)(𝑥(.r𝐶)𝑦) = (𝑦(.r𝐶)𝑥)))
607, 56, 59sylanbrc 582 1 (𝜑𝐶 ∈ CRing)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 395   = wceq 1537  wcel 2108  wral 3067  wrex 3076  Vcvv 3488  wss 3976  cima 5703  Fun wfun 6567  wf 6569  cfv 6573  (class class class)co 7448  Basecbs 17258  s cress 17287  .rcmulr 17312  Ringcrg 20260  CRingccrg 20261   RingHom crh 20495  SubRingcsubrg 20595
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1793  ax-4 1807  ax-5 1909  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2711  ax-sep 5317  ax-nul 5324  ax-pow 5383  ax-pr 5447  ax-un 7770  ax-cnex 11240  ax-resscn 11241  ax-1cn 11242  ax-icn 11243  ax-addcl 11244  ax-addrcl 11245  ax-mulcl 11246  ax-mulrcl 11247  ax-mulcom 11248  ax-addass 11249  ax-mulass 11250  ax-distr 11251  ax-i2m1 11252  ax-1ne0 11253  ax-1rid 11254  ax-rnegex 11255  ax-rrecex 11256  ax-cnre 11257  ax-pre-lttri 11258  ax-pre-lttrn 11259  ax-pre-ltadd 11260  ax-pre-mulgt0 11261
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 847  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1778  df-nf 1782  df-sb 2065  df-mo 2543  df-eu 2572  df-clab 2718  df-cleq 2732  df-clel 2819  df-nfc 2895  df-ne 2947  df-nel 3053  df-ral 3068  df-rex 3077  df-rmo 3388  df-reu 3389  df-rab 3444  df-v 3490  df-sbc 3805  df-csb 3922  df-dif 3979  df-un 3981  df-in 3983  df-ss 3993  df-pss 3996  df-nul 4353  df-if 4549  df-pw 4624  df-sn 4649  df-pr 4651  df-op 4655  df-uni 4932  df-iun 5017  df-br 5167  df-opab 5229  df-mpt 5250  df-tr 5284  df-id 5593  df-eprel 5599  df-po 5607  df-so 5608  df-fr 5652  df-we 5654  df-xp 5706  df-rel 5707  df-cnv 5708  df-co 5709  df-dm 5710  df-rn 5711  df-res 5712  df-ima 5713  df-pred 6332  df-ord 6398  df-on 6399  df-lim 6400  df-suc 6401  df-iota 6525  df-fun 6575  df-fn 6576  df-f 6577  df-f1 6578  df-fo 6579  df-f1o 6580  df-fv 6581  df-riota 7404  df-ov 7451  df-oprab 7452  df-mpo 7453  df-om 7904  df-1st 8030  df-2nd 8031  df-frecs 8322  df-wrecs 8353  df-recs 8427  df-rdg 8466  df-er 8763  df-map 8886  df-en 9004  df-dom 9005  df-sdom 9006  df-pnf 11326  df-mnf 11327  df-xr 11328  df-ltxr 11329  df-le 11330  df-sub 11522  df-neg 11523  df-nn 12294  df-2 12356  df-3 12357  df-sets 17211  df-slot 17229  df-ndx 17241  df-base 17259  df-ress 17288  df-plusg 17324  df-mulr 17325  df-0g 17501  df-mgm 18678  df-sgrp 18757  df-mnd 18773  df-mhm 18818  df-submnd 18819  df-grp 18976  df-minusg 18977  df-subg 19163  df-ghm 19253  df-cmn 19824  df-abl 19825  df-mgp 20162  df-rng 20180  df-ur 20209  df-ring 20262  df-cring 20263  df-rhm 20498  df-subrng 20572  df-subrg 20597
This theorem is referenced by:  riccrng1  42476
  Copyright terms: Public domain W3C validator