Theorem imasmgm2 18864

Description: The image structure of a unital magma is a unital magma. (Contributed by Thierry Arnoux, 31-Aug-2026.)

Hypotheses

Ref	Expression
imasmgm.u	⊢ (𝜑 → 𝑈 = (𝐹 “s 𝑅))
imasmgm.v	⊢ (𝜑 → 𝑉 = (Base‘𝑅))
imasmgm.p	⊢ + = (+g‘𝑅)
imasmgm.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑉–onto→𝐵)
imasmgm.e	⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ 𝑉 ∧ 𝑏 ∈ 𝑉) ∧ (𝑝 ∈ 𝑉 ∧ 𝑞 ∈ 𝑉)) → (((𝐹‘𝑎) = (𝐹‘𝑝) ∧ (𝐹‘𝑏) = (𝐹‘𝑞)) → (𝐹‘(𝑎 + 𝑏)) = (𝐹‘(𝑝 + 𝑞))))
imasmgm2.r	⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ 𝑊)
imasmgm2.1	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉) → (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑉)
imasmgm2.2	⊢ (𝜑 → 0 ∈ 𝑉)
imasmgm2.3	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → (𝐹‘( 0 + 𝑥)) = (𝐹‘𝑥))
imasmgm2.4	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → (𝐹‘(𝑥 + 0 )) = (𝐹‘𝑥))

Assertion

Ref	Expression
imasmgm2	⊢ (𝜑 → (𝑈 ∈ Mgm ∧ (𝐹‘ 0 ) = (0g‘𝑈)))

Distinct variable groups:   + ,𝑝,𝑞,𝑥,𝑦   0 ,𝑝,𝑞,𝑥   𝐵,𝑝,𝑞   𝐹,𝑎,𝑏,𝑝,𝑞,𝑥,𝑦   𝑅,𝑝,𝑞   𝑈,𝑎,𝑏,𝑝,𝑞,𝑥,𝑦   𝑉,𝑎,𝑏,𝑝,𝑞,𝑥,𝑦   𝜑,𝑎,𝑏,𝑝,𝑞,𝑥,𝑦

Allowed substitution hints:   𝐵(𝑥, 𝑦, 𝑎, 𝑏)   + (𝑎, 𝑏)   𝑅(𝑥, 𝑦, 𝑎, 𝑏)   𝑊(𝑥, 𝑦, 𝑞, 𝑝, 𝑎, 𝑏)   0 (𝑦, 𝑎, 𝑏)

Proof of Theorem imasmgm2

Dummy variables 𝑢 𝑣 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		imasmgm.u	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑈 = (𝐹 “s 𝑅))
2		imasmgm.v	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑉 = (Base‘𝑅))
3		imasmgm.f	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑉–onto→𝐵)
4		imasmgm2.r	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ 𝑊)
5	1, 2, 3, 4	imasbas 17685	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐵 = (Base‘𝑈))
6		ovex 7453	. . . 4 ⊢ (𝐹 “s 𝑅) ∈ V
7	1, 6	eqeltrdi 2868	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑈 ∈ V)
8		eqidd 2761	. . 3 ⊢ (𝜑 → (+g‘𝑈) = (+g‘𝑈))
9		imasmgm.e	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ 𝑉 ∧ 𝑏 ∈ 𝑉) ∧ (𝑝 ∈ 𝑉 ∧ 𝑞 ∈ 𝑉)) → (((𝐹‘𝑎) = (𝐹‘𝑝) ∧ (𝐹‘𝑏) = (𝐹‘𝑞)) → (𝐹‘(𝑎 + 𝑏)) = (𝐹‘(𝑝 + 𝑞))))
10		imasmgm.p	. . . . 5 ⊢ + = (+g‘𝑅)
11		eqid 2760	. . . . 5 ⊢ (+g‘𝑈) = (+g‘𝑈)
12		imasmgm2.1	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉) → (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑉)
13	12	3expb 1138	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ 𝑉)) → (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑉)
14	13	caovclg 7613	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑝 ∈ 𝑉 ∧ 𝑞 ∈ 𝑉)) → (𝑝 + 𝑞) ∈ 𝑉)
15	3, 9, 1, 2, 4, 10, 11, 14	imasaddf 17706	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (+g‘𝑈):(𝐵 × 𝐵)⟶𝐵)
16	15	fovcld 7547	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑢 ∈ 𝐵 ∧ 𝑣 ∈ 𝐵) → (𝑢(+g‘𝑈)𝑣) ∈ 𝐵)
17	5, 7, 8, 16	ismgmd 18831	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑈 ∈ Mgm)
18		fof 6796	. . . . 5 ⊢ (𝐹:𝑉–onto→𝐵 → 𝐹:𝑉⟶𝐵)
19	3, 18	syl 18	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑉⟶𝐵)
20		imasmgm2.2	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ 𝑉)
21	19, 20	ffvelcdmd 7085	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘ 0 ) ∈ 𝐵)
22		forn 6799	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐹:𝑉–onto→𝐵 → ran 𝐹 = 𝐵)
23	3, 22	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ran 𝐹 = 𝐵)
24	23	eleq2d 2846	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑢 ∈ ran 𝐹 ↔ 𝑢 ∈ 𝐵))
25		fofn 6798	. . . . . . 7 ⊢ (𝐹:𝑉–onto→𝐵 → 𝐹 Fn 𝑉)
26		fvelrnb 6945	. . . . . . 7 ⊢ (𝐹 Fn 𝑉 → (𝑢 ∈ ran 𝐹 ↔ ∃𝑥 ∈ 𝑉 (𝐹‘𝑥) = 𝑢))
27	3, 25, 26	3syl 19	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑢 ∈ ran 𝐹 ↔ ∃𝑥 ∈ 𝑉 (𝐹‘𝑥) = 𝑢))
28	24, 27	bitr3d 284	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑢 ∈ 𝐵 ↔ ∃𝑥 ∈ 𝑉 (𝐹‘𝑥) = 𝑢))
29		simpl 488	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → 𝜑)
30	20	adantr 486	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → 0 ∈ 𝑉)
31		simpr 490	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → 𝑥 ∈ 𝑉)
32	3, 9, 1, 2, 4, 10, 11	imasaddval 17705	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 0 ∈ 𝑉 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → ((𝐹‘ 0 )(+g‘𝑈)(𝐹‘𝑥)) = (𝐹‘( 0 + 𝑥)))
33	29, 30, 31, 32	syl3anc 1398	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → ((𝐹‘ 0 )(+g‘𝑈)(𝐹‘𝑥)) = (𝐹‘( 0 + 𝑥)))
34		imasmgm2.3	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → (𝐹‘( 0 + 𝑥)) = (𝐹‘𝑥))
35	33, 34	eqtrd 2795	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → ((𝐹‘ 0 )(+g‘𝑈)(𝐹‘𝑥)) = (𝐹‘𝑥))
36		oveq2 7428	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐹‘𝑥) = 𝑢 → ((𝐹‘ 0 )(+g‘𝑈)(𝐹‘𝑥)) = ((𝐹‘ 0 )(+g‘𝑈)𝑢))
37		id 23	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐹‘𝑥) = 𝑢 → (𝐹‘𝑥) = 𝑢)
38	36, 37	eqeq12d 2776	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐹‘𝑥) = 𝑢 → (((𝐹‘ 0 )(+g‘𝑈)(𝐹‘𝑥)) = (𝐹‘𝑥) ↔ ((𝐹‘ 0 )(+g‘𝑈)𝑢) = 𝑢))
39	35, 38	syl5ibcom 248	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → ((𝐹‘𝑥) = 𝑢 → ((𝐹‘ 0 )(+g‘𝑈)𝑢) = 𝑢))
40	39	rexlimdva 3163	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (∃𝑥 ∈ 𝑉 (𝐹‘𝑥) = 𝑢 → ((𝐹‘ 0 )(+g‘𝑈)𝑢) = 𝑢))
41	28, 40	sylbid 243	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑢 ∈ 𝐵 → ((𝐹‘ 0 )(+g‘𝑈)𝑢) = 𝑢))
42	41	imp 412	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑢 ∈ 𝐵) → ((𝐹‘ 0 )(+g‘𝑈)𝑢) = 𝑢)
43	3, 9, 1, 2, 4, 10, 11	imasaddval 17705	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉 ∧ 0 ∈ 𝑉) → ((𝐹‘𝑥)(+g‘𝑈)(𝐹‘ 0 )) = (𝐹‘(𝑥 + 0 )))
44	30, 43	mpd3an3 1491	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → ((𝐹‘𝑥)(+g‘𝑈)(𝐹‘ 0 )) = (𝐹‘(𝑥 + 0 )))
45		imasmgm2.4	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → (𝐹‘(𝑥 + 0 )) = (𝐹‘𝑥))
46	44, 45	eqtrd 2795	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → ((𝐹‘𝑥)(+g‘𝑈)(𝐹‘ 0 )) = (𝐹‘𝑥))
47		oveq1 7427	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐹‘𝑥) = 𝑢 → ((𝐹‘𝑥)(+g‘𝑈)(𝐹‘ 0 )) = (𝑢(+g‘𝑈)(𝐹‘ 0 )))
48	47, 37	eqeq12d 2776	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐹‘𝑥) = 𝑢 → (((𝐹‘𝑥)(+g‘𝑈)(𝐹‘ 0 )) = (𝐹‘𝑥) ↔ (𝑢(+g‘𝑈)(𝐹‘ 0 )) = 𝑢))
49	46, 48	syl5ibcom 248	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑉) → ((𝐹‘𝑥) = 𝑢 → (𝑢(+g‘𝑈)(𝐹‘ 0 )) = 𝑢))
50	49	rexlimdva 3163	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (∃𝑥 ∈ 𝑉 (𝐹‘𝑥) = 𝑢 → (𝑢(+g‘𝑈)(𝐹‘ 0 )) = 𝑢))
51	28, 50	sylbid 243	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑢 ∈ 𝐵 → (𝑢(+g‘𝑈)(𝐹‘ 0 )) = 𝑢))
52	51	imp 412	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑢 ∈ 𝐵) → (𝑢(+g‘𝑈)(𝐹‘ 0 )) = 𝑢)
53	5, 8, 21, 42, 52	grpidd 18853	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘ 0 ) = (0g‘𝑈))
54	17, 53	jca 521	1 ⊢ (𝜑 → (𝑈 ∈ Mgm ∧ (𝐹‘ 0 ) = (0g‘𝑈)))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1569   ∈ wcel 2144  ∃wrex 3086  Vcvv 3450  ran crn 5651   Fn wfn 6533  ⟶wf 6534  –onto→wfo 6536  ‘cfv 6538  (class class class)co 7420  Basecbs 17388  +_gcplusg 17429  0_gc0g 17611   “_s cimas 17677  Mgmcmgm 18815

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-rep 5231  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7751  ax-cnex 11257  ax-resscn 11258  ax-1cn 11259  ax-icn 11260  ax-addcl 11261  ax-addrcl 11262  ax-mulcl 11263  ax-mulrcl 11264  ax-mulcom 11265  ax-addass 11266  ax-mulass 11267  ax-distr 11268  ax-i2m1 11269  ax-1ne0 11270  ax-1rid 11271  ax-rnegex 11272  ax-rrecex 11273  ax-cnre 11274  ax-pre-lttri 11275  ax-pre-lttrn 11276  ax-pre-ltadd 11277  ax-pre-mulgt0 11278

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 4584  df-pr 4586  df-tp 4588  df-op 4590  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 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-riota 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-om 7878  df-1st 8001  df-2nd 8002  df-frecs 8300  df-wrecs 8331  df-recs 8380  df-rdg 8419  df-1o 8477  df-er 8718  df-en 8975  df-dom 8976  df-sdom 8977  df-fin 8978  df-sup 9435  df-inf 9436  df-pnf 11346  df-mnf 11347  df-xr 11348  df-ltxr 11349  df-le 11350  df-sub 11544  df-neg 11545  df-nn 12337  df-2 12406  df-3 12407  df-4 12408  df-5 12409  df-6 12410  df-7 12411  df-8 12412  df-9 12413  df-n0 12608  df-z 12695  df-dec 12816  df-uz 12967  df-fz 13641  df-struct 17326  df-slot 17361  df-ndx 17373  df-base 17389  df-plusg 17442  df-mulr 17443  df-sca 17445  df-vsca 17446  df-ip 17447  df-tset 17448  df-ple 17449  df-ds 17451  df-0g 17613  df-imas 17681  df-mgm 18817

This theorem is used by:  qusmgm  18865