MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  kerf1hrm Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem kerf1hrm 19098
Description: A ring homomorphism 𝐹 is injective if and only if its kernel is the singleton {𝑁}. (Contributed by Thierry Arnoux, 27-Oct-2017.) (Proof shortened by AV, 24-Oct-2019.)
Hypotheses
Ref Expression
kerf1hrm.a 𝐴 = (Base‘𝑅)
kerf1hrm.b 𝐵 = (Base‘𝑆)
kerf1hrm.n 𝑁 = (0g𝑅)
kerf1hrm.0 0 = (0g𝑆)
Assertion
Ref Expression
kerf1hrm (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → (𝐹:𝐴1-1𝐵 ↔ (𝐹 “ { 0 }) = {𝑁}))

Proof of Theorem kerf1hrm
Dummy variables 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 simpl 476 . . . . . . 7 (((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) ∧ 𝑥 ∈ (𝐹 “ { 0 })) → (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵))
2 f1fn 6338 . . . . . . . . . . 11 (𝐹:𝐴1-1𝐵𝐹 Fn 𝐴)
32adantl 475 . . . . . . . . . 10 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) → 𝐹 Fn 𝐴)
4 elpreima 6585 . . . . . . . . . 10 (𝐹 Fn 𝐴 → (𝑥 ∈ (𝐹 “ { 0 }) ↔ (𝑥𝐴 ∧ (𝐹𝑥) ∈ { 0 })))
53, 4syl 17 . . . . . . . . 9 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐹 “ { 0 }) ↔ (𝑥𝐴 ∧ (𝐹𝑥) ∈ { 0 })))
65biimpa 470 . . . . . . . 8 (((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) ∧ 𝑥 ∈ (𝐹 “ { 0 })) → (𝑥𝐴 ∧ (𝐹𝑥) ∈ { 0 }))
76simpld 490 . . . . . . 7 (((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) ∧ 𝑥 ∈ (𝐹 “ { 0 })) → 𝑥𝐴)
86simprd 491 . . . . . . . 8 (((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) ∧ 𝑥 ∈ (𝐹 “ { 0 })) → (𝐹𝑥) ∈ { 0 })
9 fvex 6445 . . . . . . . . 9 (𝐹𝑥) ∈ V
109elsn 4411 . . . . . . . 8 ((𝐹𝑥) ∈ { 0 } ↔ (𝐹𝑥) = 0 )
118, 10sylib 210 . . . . . . 7 (((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) ∧ 𝑥 ∈ (𝐹 “ { 0 })) → (𝐹𝑥) = 0 )
12 kerf1hrm.a . . . . . . . . . . 11 𝐴 = (Base‘𝑅)
13 kerf1hrm.b . . . . . . . . . . 11 𝐵 = (Base‘𝑆)
14 kerf1hrm.0 . . . . . . . . . . 11 0 = (0g𝑆)
15 kerf1hrm.n . . . . . . . . . . 11 𝑁 = (0g𝑅)
1612, 13, 14, 15f1rhm0to0 19095 . . . . . . . . . 10 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵𝑥𝐴) → ((𝐹𝑥) = 0𝑥 = 𝑁))
1716biimpd 221 . . . . . . . . 9 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵𝑥𝐴) → ((𝐹𝑥) = 0𝑥 = 𝑁))
18173expa 1153 . . . . . . . 8 (((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) ∧ 𝑥𝐴) → ((𝐹𝑥) = 0𝑥 = 𝑁))
1918imp 397 . . . . . . 7 ((((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) ∧ 𝑥𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = 0 ) → 𝑥 = 𝑁)
201, 7, 11, 19syl21anc 873 . . . . . 6 (((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) ∧ 𝑥 ∈ (𝐹 “ { 0 })) → 𝑥 = 𝑁)
2120ex 403 . . . . 5 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐹 “ { 0 }) → 𝑥 = 𝑁))
22 velsn 4412 . . . . 5 (𝑥 ∈ {𝑁} ↔ 𝑥 = 𝑁)
2321, 22syl6ibr 244 . . . 4 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐹 “ { 0 }) → 𝑥 ∈ {𝑁}))
2423ssrdv 3832 . . 3 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) → (𝐹 “ { 0 }) ⊆ {𝑁})
25 rhmrcl1 19074 . . . . . . 7 (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → 𝑅 ∈ Ring)
26 ringgrp 18905 . . . . . . 7 (𝑅 ∈ Ring → 𝑅 ∈ Grp)
2712, 15grpidcl 17803 . . . . . . 7 (𝑅 ∈ Grp → 𝑁𝐴)
2825, 26, 273syl 18 . . . . . 6 (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → 𝑁𝐴)
29 rhmghm 19080 . . . . . . . 8 (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → 𝐹 ∈ (𝑅 GrpHom 𝑆))
3015, 14ghmid 18016 . . . . . . . 8 (𝐹 ∈ (𝑅 GrpHom 𝑆) → (𝐹𝑁) = 0 )
3129, 30syl 17 . . . . . . 7 (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → (𝐹𝑁) = 0 )
32 fvex 6445 . . . . . . . 8 (𝐹𝑁) ∈ V
3332elsn 4411 . . . . . . 7 ((𝐹𝑁) ∈ { 0 } ↔ (𝐹𝑁) = 0 )
3431, 33sylibr 226 . . . . . 6 (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → (𝐹𝑁) ∈ { 0 })
3512, 13rhmf 19081 . . . . . . 7 (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → 𝐹:𝐴𝐵)
36 ffn 6277 . . . . . . 7 (𝐹:𝐴𝐵𝐹 Fn 𝐴)
37 elpreima 6585 . . . . . . 7 (𝐹 Fn 𝐴 → (𝑁 ∈ (𝐹 “ { 0 }) ↔ (𝑁𝐴 ∧ (𝐹𝑁) ∈ { 0 })))
3835, 36, 373syl 18 . . . . . 6 (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → (𝑁 ∈ (𝐹 “ { 0 }) ↔ (𝑁𝐴 ∧ (𝐹𝑁) ∈ { 0 })))
3928, 34, 38mpbir2and 706 . . . . 5 (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → 𝑁 ∈ (𝐹 “ { 0 }))
4039snssd 4557 . . . 4 (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → {𝑁} ⊆ (𝐹 “ { 0 }))
4140adantr 474 . . 3 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) → {𝑁} ⊆ (𝐹 “ { 0 }))
4224, 41eqssd 3843 . 2 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) → (𝐹 “ { 0 }) = {𝑁})
4335adantr 474 . . 3 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ (𝐹 “ { 0 }) = {𝑁}) → 𝐹:𝐴𝐵)
4429adantr 474 . . . . . . . . . 10 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → 𝐹 ∈ (𝑅 GrpHom 𝑆))
45 simpr2l 1315 . . . . . . . . . 10 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → 𝑥𝐴)
46 simpr2r 1317 . . . . . . . . . 10 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → 𝑦𝐴)
47 simpr3 1258 . . . . . . . . . 10 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))
48 eqid 2824 . . . . . . . . . . . 12 (𝐹 “ { 0 }) = (𝐹 “ { 0 })
49 eqid 2824 . . . . . . . . . . . 12 (-g𝑅) = (-g𝑅)
5012, 14, 48, 49ghmeqker 18037 . . . . . . . . . . 11 ((𝐹 ∈ (𝑅 GrpHom 𝑆) ∧ 𝑥𝐴𝑦𝐴) → ((𝐹𝑥) = (𝐹𝑦) ↔ (𝑥(-g𝑅)𝑦) ∈ (𝐹 “ { 0 })))
5150biimpa 470 . . . . . . . . . 10 (((𝐹 ∈ (𝑅 GrpHom 𝑆) ∧ 𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦)) → (𝑥(-g𝑅)𝑦) ∈ (𝐹 “ { 0 }))
5244, 45, 46, 47, 51syl31anc 1498 . . . . . . . . 9 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → (𝑥(-g𝑅)𝑦) ∈ (𝐹 “ { 0 }))
53 simpr1 1254 . . . . . . . . 9 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → (𝐹 “ { 0 }) = {𝑁})
5452, 53eleqtrd 2907 . . . . . . . 8 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → (𝑥(-g𝑅)𝑦) ∈ {𝑁})
55 ovex 6936 . . . . . . . . 9 (𝑥(-g𝑅)𝑦) ∈ V
5655elsn 4411 . . . . . . . 8 ((𝑥(-g𝑅)𝑦) ∈ {𝑁} ↔ (𝑥(-g𝑅)𝑦) = 𝑁)
5754, 56sylib 210 . . . . . . 7 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → (𝑥(-g𝑅)𝑦) = 𝑁)
5825adantr 474 . . . . . . . . 9 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → 𝑅 ∈ Ring)
5958, 26syl 17 . . . . . . . 8 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → 𝑅 ∈ Grp)
6012, 15, 49grpsubeq0 17854 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ Grp ∧ 𝑥𝐴𝑦𝐴) → ((𝑥(-g𝑅)𝑦) = 𝑁𝑥 = 𝑦))
6159, 45, 46, 60syl3anc 1496 . . . . . . 7 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → ((𝑥(-g𝑅)𝑦) = 𝑁𝑥 = 𝑦))
6257, 61mpbid 224 . . . . . 6 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → 𝑥 = 𝑦)
63623anassrs 1475 . . . . 5 ((((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ (𝐹 “ { 0 }) = {𝑁}) ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴)) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦)) → 𝑥 = 𝑦)
6463ex 403 . . . 4 (((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ (𝐹 “ { 0 }) = {𝑁}) ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴)) → ((𝐹𝑥) = (𝐹𝑦) → 𝑥 = 𝑦))
6564ralrimivva 3179 . . 3 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ (𝐹 “ { 0 }) = {𝑁}) → ∀𝑥𝐴𝑦𝐴 ((𝐹𝑥) = (𝐹𝑦) → 𝑥 = 𝑦))
66 dff13 6766 . . 3 (𝐹:𝐴1-1𝐵 ↔ (𝐹:𝐴𝐵 ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐴 ((𝐹𝑥) = (𝐹𝑦) → 𝑥 = 𝑦)))
6743, 65, 66sylanbrc 580 . 2 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ (𝐹 “ { 0 }) = {𝑁}) → 𝐹:𝐴1-1𝐵)
6842, 67impbida 837 1 (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → (𝐹:𝐴1-1𝐵 ↔ (𝐹 “ { 0 }) = {𝑁}))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 198  wa 386  w3a 1113   = wceq 1658  wcel 2166  wral 3116  wss 3797  {csn 4396  ccnv 5340  cima 5344   Fn wfn 6117  wf 6118  1-1wf1 6119  cfv 6122  (class class class)co 6904  Basecbs 16221  0gc0g 16452  Grpcgrp 17775  -gcsg 17777   GrpHom cghm 18007  Ringcrg 18900   RingHom crh 19067
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1896  ax-4 1910  ax-5 2011  ax-6 2077  ax-7 2114  ax-8 2168  ax-9 2175  ax-10 2194  ax-11 2209  ax-12 2222  ax-13 2390  ax-ext 2802  ax-rep 4993  ax-sep 5004  ax-nul 5012  ax-pow 5064  ax-pr 5126  ax-un 7208  ax-cnex 10307  ax-resscn 10308  ax-1cn 10309  ax-icn 10310  ax-addcl 10311  ax-addrcl 10312  ax-mulcl 10313  ax-mulrcl 10314  ax-mulcom 10315  ax-addass 10316  ax-mulass 10317  ax-distr 10318  ax-i2m1 10319  ax-1ne0 10320  ax-1rid 10321  ax-rnegex 10322  ax-rrecex 10323  ax-cnre 10324  ax-pre-lttri 10325  ax-pre-lttrn 10326  ax-pre-ltadd 10327  ax-pre-mulgt0 10328
This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 387  df-or 881  df-3or 1114  df-3an 1115  df-tru 1662  df-ex 1881  df-nf 1885  df-sb 2070  df-mo 2604  df-eu 2639  df-clab 2811  df-cleq 2817  df-clel 2820  df-nfc 2957  df-ne 2999  df-nel 3102  df-ral 3121  df-rex 3122  df-reu 3123  df-rmo 3124  df-rab 3125  df-v 3415  df-sbc 3662  df-csb 3757  df-dif 3800  df-un 3802  df-in 3804  df-ss 3811  df-pss 3813  df-nul 4144  df-if 4306  df-pw 4379  df-sn 4397  df-pr 4399  df-tp 4401  df-op 4403  df-uni 4658  df-iun 4741  df-br 4873  df-opab 4935  df-mpt 4952  df-tr 4975  df-id 5249  df-eprel 5254  df-po 5262  df-so 5263  df-fr 5300  df-we 5302  df-xp 5347  df-rel 5348  df-cnv 5349  df-co 5350  df-dm 5351  df-rn 5352  df-res 5353  df-ima 5354  df-pred 5919  df-ord 5965  df-on 5966  df-lim 5967  df-suc 5968  df-iota 6085  df-fun 6124  df-fn 6125  df-f 6126  df-f1 6127  df-fo 6128  df-f1o 6129  df-fv 6130  df-riota 6865  df-ov 6907  df-oprab 6908  df-mpt2 6909  df-om 7326  df-1st 7427  df-2nd 7428  df-wrecs 7671  df-recs 7733  df-rdg 7771  df-er 8008  df-map 8123  df-en 8222  df-dom 8223  df-sdom 8224  df-pnf 10392  df-mnf 10393  df-xr 10394  df-ltxr 10395  df-le 10396  df-sub 10586  df-neg 10587  df-nn 11350  df-2 11413  df-ndx 16224  df-slot 16225  df-base 16227  df-sets 16228  df-plusg 16317  df-0g 16454  df-mgm 17594  df-sgrp 17636  df-mnd 17647  df-mhm 17687  df-grp 17778  df-minusg 17779  df-sbg 17780  df-ghm 18008  df-mgp 18843  df-ur 18855  df-ring 18902  df-rnghom 19070
This theorem is referenced by:  zrhf1ker  30563
  Copyright terms: Public domain W3C validator