Metamath Proof Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  issubmnd Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem issubmnd 17933
 Description: Characterize a submonoid by closure properties. (Contributed by Mario Carneiro, 10-Jan-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
issubmnd.b 𝐵 = (Base‘𝐺)
issubmnd.p + = (+g𝐺)
issubmnd.z 0 = (0g𝐺)
issubmnd.h 𝐻 = (𝐺s 𝑆)
Assertion
Ref Expression
issubmnd ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) → (𝐻 ∈ Mnd ↔ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆))
Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝐵   𝑥,𝐺,𝑦   𝑥,𝐻,𝑦   𝑥, + ,𝑦   𝑥,𝑆,𝑦   𝑥, 0 ,𝑦

Proof of Theorem issubmnd
Dummy variables 𝑣 𝑢 𝑤 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 simplr 768 . . . . 5 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → 𝐻 ∈ Mnd)
2 simprl 770 . . . . . 6 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → 𝑥𝑆)
3 simpll2 1210 . . . . . . 7 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → 𝑆𝐵)
4 issubmnd.h . . . . . . . 8 𝐻 = (𝐺s 𝑆)
5 issubmnd.b . . . . . . . 8 𝐵 = (Base‘𝐺)
64, 5ressbas2 16550 . . . . . . 7 (𝑆𝐵𝑆 = (Base‘𝐻))
73, 6syl 17 . . . . . 6 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → 𝑆 = (Base‘𝐻))
82, 7eleqtrd 2895 . . . . 5 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → 𝑥 ∈ (Base‘𝐻))
9 simprr 772 . . . . . 6 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → 𝑦𝑆)
109, 7eleqtrd 2895 . . . . 5 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → 𝑦 ∈ (Base‘𝐻))
11 eqid 2801 . . . . . 6 (Base‘𝐻) = (Base‘𝐻)
12 eqid 2801 . . . . . 6 (+g𝐻) = (+g𝐻)
1311, 12mndcl 17914 . . . . 5 ((𝐻 ∈ Mnd ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐻) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝐻)) → (𝑥(+g𝐻)𝑦) ∈ (Base‘𝐻))
141, 8, 10, 13syl3anc 1368 . . . 4 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → (𝑥(+g𝐻)𝑦) ∈ (Base‘𝐻))
155fvexi 6663 . . . . . . . . 9 𝐵 ∈ V
1615ssex 5192 . . . . . . . 8 (𝑆𝐵𝑆 ∈ V)
17163ad2ant2 1131 . . . . . . 7 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) → 𝑆 ∈ V)
18 issubmnd.p . . . . . . . 8 + = (+g𝐺)
194, 18ressplusg 16607 . . . . . . 7 (𝑆 ∈ V → + = (+g𝐻))
2017, 19syl 17 . . . . . 6 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) → + = (+g𝐻))
2120ad2antrr 725 . . . . 5 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → + = (+g𝐻))
2221oveqd 7156 . . . 4 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → (𝑥 + 𝑦) = (𝑥(+g𝐻)𝑦))
2314, 22, 73eltr4d 2908 . . 3 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆)
2423ralrimivva 3159 . 2 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) → ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆)
25 simpl2 1189 . . . 4 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → 𝑆𝐵)
2625, 6syl 17 . . 3 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → 𝑆 = (Base‘𝐻))
2720adantr 484 . . 3 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → + = (+g𝐻))
28 ovrspc2v 7165 . . . . . 6 (((𝑢𝑆𝑣𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → (𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆)
2928ancoms 462 . . . . 5 ((∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆 ∧ (𝑢𝑆𝑣𝑆)) → (𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆)
30293impb 1112 . . . 4 ((∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆𝑢𝑆𝑣𝑆) → (𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆)
31303adant1l 1173 . . 3 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) ∧ 𝑢𝑆𝑣𝑆) → (𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆)
32 simpl1 1188 . . . 4 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → 𝐺 ∈ Mnd)
3325sseld 3917 . . . . . 6 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → (𝑢𝑆𝑢𝐵))
3425sseld 3917 . . . . . 6 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → (𝑣𝑆𝑣𝐵))
3525sseld 3917 . . . . . 6 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → (𝑤𝑆𝑤𝐵))
3633, 34, 353anim123d 1440 . . . . 5 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → ((𝑢𝑆𝑣𝑆𝑤𝑆) → (𝑢𝐵𝑣𝐵𝑤𝐵)))
3736imp 410 . . . 4 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) ∧ (𝑢𝑆𝑣𝑆𝑤𝑆)) → (𝑢𝐵𝑣𝐵𝑤𝐵))
385, 18mndass 17915 . . . 4 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ (𝑢𝐵𝑣𝐵𝑤𝐵)) → ((𝑢 + 𝑣) + 𝑤) = (𝑢 + (𝑣 + 𝑤)))
3932, 37, 38syl2an2r 684 . . 3 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) ∧ (𝑢𝑆𝑣𝑆𝑤𝑆)) → ((𝑢 + 𝑣) + 𝑤) = (𝑢 + (𝑣 + 𝑤)))
40 simpl3 1190 . . 3 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → 0𝑆)
4125sselda 3918 . . . 4 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) ∧ 𝑢𝑆) → 𝑢𝐵)
42 issubmnd.z . . . . 5 0 = (0g𝐺)
435, 18, 42mndlid 17926 . . . 4 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑢𝐵) → ( 0 + 𝑢) = 𝑢)
4432, 41, 43syl2an2r 684 . . 3 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) ∧ 𝑢𝑆) → ( 0 + 𝑢) = 𝑢)
455, 18, 42mndrid 17927 . . . 4 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑢𝐵) → (𝑢 + 0 ) = 𝑢)
4632, 41, 45syl2an2r 684 . . 3 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) ∧ 𝑢𝑆) → (𝑢 + 0 ) = 𝑢)
4726, 27, 31, 39, 40, 44, 46ismndd 17928 . 2 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → 𝐻 ∈ Mnd)
4824, 47impbida 800 1 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) → (𝐻 ∈ Mnd ↔ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 399   ∧ w3a 1084   = wceq 1538   ∈ wcel 2112  ∀wral 3109  Vcvv 3444   ⊆ wss 3884  ‘cfv 6328  (class class class)co 7139  Basecbs 16478   ↾s cress 16479  +gcplusg 16560  0gc0g 16708  Mndcmnd 17906 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 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2114  ax-9 2122  ax-10 2143  ax-11 2159  ax-12 2176  ax-ext 2773  ax-sep 5170  ax-nul 5177  ax-pow 5234  ax-pr 5298  ax-un 7445  ax-cnex 10586  ax-resscn 10587  ax-1cn 10588  ax-icn 10589  ax-addcl 10590  ax-addrcl 10591  ax-mulcl 10592  ax-mulrcl 10593  ax-mulcom 10594  ax-addass 10595  ax-mulass 10596  ax-distr 10597  ax-i2m1 10598  ax-1ne0 10599  ax-1rid 10600  ax-rnegex 10601  ax-rrecex 10602  ax-cnre 10603  ax-pre-lttri 10604  ax-pre-lttrn 10605  ax-pre-ltadd 10606  ax-pre-mulgt0 10607 This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2070  df-mo 2601  df-eu 2632  df-clab 2780  df-cleq 2794  df-clel 2873  df-nfc 2941  df-ne 2991  df-nel 3095  df-ral 3114  df-rex 3115  df-reu 3116  df-rmo 3117  df-rab 3118  df-v 3446  df-sbc 3724  df-csb 3832  df-dif 3887  df-un 3889  df-in 3891  df-ss 3901  df-pss 3903  df-nul 4247  df-if 4429  df-pw 4502  df-sn 4529  df-pr 4531  df-tp 4533  df-op 4535  df-uni 4804  df-iun 4886  df-br 5034  df-opab 5096  df-mpt 5114  df-tr 5140  df-id 5428  df-eprel 5433  df-po 5442  df-so 5443  df-fr 5482  df-we 5484  df-xp 5529  df-rel 5530  df-cnv 5531  df-co 5532  df-dm 5533  df-rn 5534  df-res 5535  df-ima 5536  df-pred 6120  df-ord 6166  df-on 6167  df-lim 6168  df-suc 6169  df-iota 6287  df-fun 6330  df-fn 6331  df-f 6332  df-f1 6333  df-fo 6334  df-f1o 6335  df-fv 6336  df-riota 7097  df-ov 7142  df-oprab 7143  df-mpo 7144  df-om 7565  df-wrecs 7934  df-recs 7995  df-rdg 8033  df-er 8276  df-en 8497  df-dom 8498  df-sdom 8499  df-pnf 10670  df-mnf 10671  df-xr 10672  df-ltxr 10673  df-le 10674  df-sub 10865  df-neg 10866  df-nn 11630  df-2 11692  df-ndx 16481  df-slot 16482  df-base 16484  df-sets 16485  df-ress 16486  df-plusg 16573  df-0g 16710  df-mgm 17847  df-sgrp 17896  df-mnd 17907 This theorem is referenced by:  issubm2  17964
 Copyright terms: Public domain W3C validator