Theorem mhmmulg 19176

Description: A homomorphism of monoids preserves group multiples. (Contributed by Mario Carneiro, 14-Jun-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
mhmmulg.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
mhmmulg.s	⊢ · = (.g‘𝐺)
mhmmulg.t	⊢ × = (.g‘𝐻)

Assertion

Ref	Expression
mhmmulg	⊢ ((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝐹‘(𝑁 · 𝑋)) = (𝑁 × (𝐹‘𝑋)))

Proof of Theorem mhmmulg

Dummy variables 𝑚 𝑛 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		fvoveq1 7433	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 0 → (𝐹‘(𝑛 · 𝑋)) = (𝐹‘(0 · 𝑋)))
2		oveq1 7417	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 0 → (𝑛 × (𝐹‘𝑋)) = (0 × (𝐹‘𝑋)))
3	1, 2	eqeq12d 2779	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 0 → ((𝐹‘(𝑛 · 𝑋)) = (𝑛 × (𝐹‘𝑋)) ↔ (𝐹‘(0 · 𝑋)) = (0 × (𝐹‘𝑋))))
4	3	imbi2d 343	. . . 4 ⊢ (𝑛 = 0 → (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝐹‘(𝑛 · 𝑋)) = (𝑛 × (𝐹‘𝑋))) ↔ ((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝐹‘(0 · 𝑋)) = (0 × (𝐹‘𝑋)))))
5		fvoveq1 7433	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (𝐹‘(𝑛 · 𝑋)) = (𝐹‘(𝑚 · 𝑋)))
6		oveq1 7417	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (𝑛 × (𝐹‘𝑋)) = (𝑚 × (𝐹‘𝑋)))
7	5, 6	eqeq12d 2779	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → ((𝐹‘(𝑛 · 𝑋)) = (𝑛 × (𝐹‘𝑋)) ↔ (𝐹‘(𝑚 · 𝑋)) = (𝑚 × (𝐹‘𝑋))))
8	7	imbi2d 343	. . . 4 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝐹‘(𝑛 · 𝑋)) = (𝑛 × (𝐹‘𝑋))) ↔ ((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝐹‘(𝑚 · 𝑋)) = (𝑚 × (𝐹‘𝑋)))))
9		fvoveq1 7433	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = (𝑚 + 1) → (𝐹‘(𝑛 · 𝑋)) = (𝐹‘((𝑚 + 1) · 𝑋)))
10		oveq1 7417	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = (𝑚 + 1) → (𝑛 × (𝐹‘𝑋)) = ((𝑚 + 1) × (𝐹‘𝑋)))
11	9, 10	eqeq12d 2779	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = (𝑚 + 1) → ((𝐹‘(𝑛 · 𝑋)) = (𝑛 × (𝐹‘𝑋)) ↔ (𝐹‘((𝑚 + 1) · 𝑋)) = ((𝑚 + 1) × (𝐹‘𝑋))))
12	11	imbi2d 343	. . . 4 ⊢ (𝑛 = (𝑚 + 1) → (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝐹‘(𝑛 · 𝑋)) = (𝑛 × (𝐹‘𝑋))) ↔ ((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝐹‘((𝑚 + 1) · 𝑋)) = ((𝑚 + 1) × (𝐹‘𝑋)))))
13		fvoveq1 7433	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → (𝐹‘(𝑛 · 𝑋)) = (𝐹‘(𝑁 · 𝑋)))
14		oveq1 7417	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → (𝑛 × (𝐹‘𝑋)) = (𝑁 × (𝐹‘𝑋)))
15	13, 14	eqeq12d 2779	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → ((𝐹‘(𝑛 · 𝑋)) = (𝑛 × (𝐹‘𝑋)) ↔ (𝐹‘(𝑁 · 𝑋)) = (𝑁 × (𝐹‘𝑋))))
16	15	imbi2d 343	. . . 4 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝐹‘(𝑛 · 𝑋)) = (𝑛 × (𝐹‘𝑋))) ↔ ((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝐹‘(𝑁 · 𝑋)) = (𝑁 × (𝐹‘𝑋)))))
17		eqid 2763	. . . . . . 7 ⊢ (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
18		eqid 2763	. . . . . . 7 ⊢ (0g‘𝐻) = (0g‘𝐻)
19	17, 18	mhm0 18847	. . . . . 6 ⊢ (𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) → (𝐹‘(0g‘𝐺)) = (0g‘𝐻))
20	19	adantr 485	. . . . 5 ⊢ ((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝐹‘(0g‘𝐺)) = (0g‘𝐻))
21		mhmmulg.b	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
22		mhmmulg.s	. . . . . . . 8 ⊢ · = (.g‘𝐺)
23	21, 17, 22	mulg0 19135	. . . . . . 7 ⊢ (𝑋 ∈ 𝐵 → (0 · 𝑋) = (0g‘𝐺))
24	23	adantl 486	. . . . . 6 ⊢ ((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (0 · 𝑋) = (0g‘𝐺))
25	24	fveq2d 6885	. . . . 5 ⊢ ((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝐹‘(0 · 𝑋)) = (𝐹‘(0g‘𝐺)))
26		eqid 2763	. . . . . . . 8 ⊢ (Base‘𝐻) = (Base‘𝐻)
27	21, 26	mhmf 18842	. . . . . . 7 ⊢ (𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) → 𝐹:𝐵⟶(Base‘𝐻))
28	27	ffvelcdmda 7079	. . . . . 6 ⊢ ((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝐹‘𝑋) ∈ (Base‘𝐻))
29		mhmmulg.t	. . . . . . 7 ⊢ × = (.g‘𝐻)
30	26, 18, 29	mulg0 19135	. . . . . 6 ⊢ ((𝐹‘𝑋) ∈ (Base‘𝐻) → (0 × (𝐹‘𝑋)) = (0g‘𝐻))
31	28, 30	syl 18	. . . . 5 ⊢ ((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (0 × (𝐹‘𝑋)) = (0g‘𝐻))
32	20, 25, 31	3eqtr4d 2808	. . . 4 ⊢ ((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝐹‘(0 · 𝑋)) = (0 × (𝐹‘𝑋)))
33		oveq1 7417	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐹‘(𝑚 · 𝑋)) = (𝑚 × (𝐹‘𝑋)) → ((𝐹‘(𝑚 · 𝑋))(+g‘𝐻)(𝐹‘𝑋)) = ((𝑚 × (𝐹‘𝑋))(+g‘𝐻)(𝐹‘𝑋)))
34		mhmrcl1 18840	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) → 𝐺 ∈ Mnd)
35	34	ad2antrr 738	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → 𝐺 ∈ Mnd)
36		simpr 489	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → 𝑚 ∈ ℕ0)
37		simplr 780	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → 𝑋 ∈ 𝐵)
38		eqid 2763	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
39	21, 22, 38	mulgnn0p1 19146	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑚 ∈ ℕ0 ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → ((𝑚 + 1) · 𝑋) = ((𝑚 · 𝑋)(+g‘𝐺)𝑋))
40	35, 36, 37, 39	syl3anc 1398	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → ((𝑚 + 1) · 𝑋) = ((𝑚 · 𝑋)(+g‘𝐺)𝑋))
41	40	fveq2d 6885	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝐹‘((𝑚 + 1) · 𝑋)) = (𝐹‘((𝑚 · 𝑋)(+g‘𝐺)𝑋)))
42		simpll 778	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → 𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻))
43	34	ad2antrr 738	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → 𝐺 ∈ Mnd)
44		simplr 780	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → 𝑚 ∈ ℕ0)
45		simpr 489	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → 𝑋 ∈ 𝐵)
46	21, 22, 43, 44, 45	mulgnn0cld 19156	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝑚 · 𝑋) ∈ 𝐵)
47	46	an32s 664	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝑚 · 𝑋) ∈ 𝐵)
48		eqid 2763	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (+g‘𝐻) = (+g‘𝐻)
49	21, 38, 48	mhmlin 18846	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ (𝑚 · 𝑋) ∈ 𝐵 ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝐹‘((𝑚 · 𝑋)(+g‘𝐺)𝑋)) = ((𝐹‘(𝑚 · 𝑋))(+g‘𝐻)(𝐹‘𝑋)))
50	42, 47, 37, 49	syl3anc 1398	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝐹‘((𝑚 · 𝑋)(+g‘𝐺)𝑋)) = ((𝐹‘(𝑚 · 𝑋))(+g‘𝐻)(𝐹‘𝑋)))
51	41, 50	eqtrd 2798	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝐹‘((𝑚 + 1) · 𝑋)) = ((𝐹‘(𝑚 · 𝑋))(+g‘𝐻)(𝐹‘𝑋)))
52		mhmrcl2 18841	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) → 𝐻 ∈ Mnd)
53	52	ad2antrr 738	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → 𝐻 ∈ Mnd)
54	28	adantr 485	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝐹‘𝑋) ∈ (Base‘𝐻))
55	26, 29, 48	mulgnn0p1 19146	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐻 ∈ Mnd ∧ 𝑚 ∈ ℕ0 ∧ (𝐹‘𝑋) ∈ (Base‘𝐻)) → ((𝑚 + 1) × (𝐹‘𝑋)) = ((𝑚 × (𝐹‘𝑋))(+g‘𝐻)(𝐹‘𝑋)))
56	53, 36, 54, 55	syl3anc 1398	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → ((𝑚 + 1) × (𝐹‘𝑋)) = ((𝑚 × (𝐹‘𝑋))(+g‘𝐻)(𝐹‘𝑋)))
57	51, 56	eqeq12d 2779	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → ((𝐹‘((𝑚 + 1) · 𝑋)) = ((𝑚 + 1) × (𝐹‘𝑋)) ↔ ((𝐹‘(𝑚 · 𝑋))(+g‘𝐻)(𝐹‘𝑋)) = ((𝑚 × (𝐹‘𝑋))(+g‘𝐻)(𝐹‘𝑋))))
58	33, 57	imbitrrid 249	. . . . . 6 ⊢ (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → ((𝐹‘(𝑚 · 𝑋)) = (𝑚 × (𝐹‘𝑋)) → (𝐹‘((𝑚 + 1) · 𝑋)) = ((𝑚 + 1) × (𝐹‘𝑋))))
59	58	expcom 418	. . . . 5 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ0 → ((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → ((𝐹‘(𝑚 · 𝑋)) = (𝑚 × (𝐹‘𝑋)) → (𝐹‘((𝑚 + 1) · 𝑋)) = ((𝑚 + 1) × (𝐹‘𝑋)))))
60	59	a2d 30	. . . 4 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ0 → (((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝐹‘(𝑚 · 𝑋)) = (𝑚 × (𝐹‘𝑋))) → ((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝐹‘((𝑚 + 1) · 𝑋)) = ((𝑚 + 1) × (𝐹‘𝑋)))))
61	4, 8, 12, 16, 32, 60	nn0ind 12686	. . 3 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → ((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝐹‘(𝑁 · 𝑋)) = (𝑁 × (𝐹‘𝑋))))
62	61	3impib 1134	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝐹‘(𝑁 · 𝑋)) = (𝑁 × (𝐹‘𝑋)))
63	62	3com12 1141	1 ⊢ ((𝐹 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝐹‘(𝑁 · 𝑋)) = (𝑁 × (𝐹‘𝑋)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 400   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2143  ‘cfv 6536  (class class class)co 7410  0cc0 11095  1c1 11096   + caddc 11098  ℕ₀cn0 12499  Basecbs 17264  +_gcplusg 17305  0_gc0g 17487  Mndcmnd 18787   MndHom cmhm 18834  ._gcmg 19128

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1825  ax-4 1839  ax-5 1940  ax-6 1997  ax-7 2038  ax-8 2145  ax-9 2153  ax-10 2176  ax-11 2192  ax-12 2213  ax-ext 2735  ax-sep 5257  ax-nul 5269  ax-pow 5336  ax-pr 5404  ax-un 7732  ax-cnex 11151  ax-resscn 11152  ax-1cn 11153  ax-icn 11154  ax-addcl 11155  ax-addrcl 11156  ax-mulcl 11157  ax-mulrcl 11158  ax-mulcom 11159  ax-addass 11160  ax-mulass 11161  ax-distr 11162  ax-i2m1 11163  ax-1ne0 11164  ax-1rid 11165  ax-rnegex 11166  ax-rrecex 11167  ax-cnre 11168  ax-pre-lttri 11169  ax-pre-lttrn 11170  ax-pre-ltadd 11171  ax-pre-mulgt0 11172

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1810  df-nf 1814  df-sb 2097  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2838  df-nfc 2912  df-ne 2959  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3457  df-sbc 3745  df-csb 3854  df-dif 3908  df-un 3910  df-in 3912  df-ss 3922  df-pss 3925  df-nul 4287  df-if 4488  df-pw 4564  df-sn 4590  df-pr 4592  df-op 4596  df-uni 4873  df-iun 4958  df-br 5110  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5556  df-eprel 5561  df-po 5569  df-so 5570  df-fr 5614  df-we 5616  df-xp 5667  df-rel 5668  df-cnv 5669  df-co 5670  df-dm 5671  df-rn 5672  df-res 5673  df-ima 5674  df-pred 6302  df-ord 6363  df-on 6364  df-lim 6365  df-suc 6366  df-iota 6492  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-riota 7367  df-ov 7413  df-oprab 7414  df-mpo 7415  df-om 7859  df-1st 7982  df-2nd 7983  df-frecs 8274  df-wrecs 8305  df-recs 8354  df-rdg 8393  df-er 8690  df-map 8822  df-en 8940  df-dom 8941  df-sdom 8942  df-pnf 11240  df-mnf 11241  df-xr 11242  df-ltxr 11243  df-le 11244  df-sub 11438  df-neg 11439  df-nn 12229  df-n0 12500  df-z 12587  df-uz 12858  df-fz 13531  df-seq 14034  df-0g 17489  df-mgm 18693  df-sgrp 18772  df-mnd 18788  df-mhm 18836  df-mulg 19129

This theorem is referenced by:  pwsmulg  19180  ghmmulg  19293  pwsexpg  20406  fermltlchr  21679  evlspw  22249  selvvvval  22293  ply1fermltlchr  22472  evls1pw  22486  evl1expd  22505  rhmply1mon  22546  cayhamlem4  23045  dchrfi  27419  lgsqrlem1  27510  lgseisenlem4  27542  dchrisum0flblem1  27672  znfermltl  33681  aks5lem3a  42976  evlselv  43341