Theorem sgrp1 18666

Description: The structure with one element and the only closed internal operation for a singleton is a semigroup. (Contributed by AV, 10-Feb-2020.)

Hypothesis

Ref	Expression
sgrp1.m	⊢ 𝑀 = {⟨(Base‘ndx), {𝐼}⟩, ⟨(+g‘ndx), {⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}⟩}

Assertion

Ref	Expression
sgrp1	⊢ (𝐼 ∈ 𝑉 → 𝑀 ∈ Smgrp)

Proof of Theorem sgrp1

Dummy variables 𝑥 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		sgrp1.m	. . 3 ⊢ 𝑀 = {⟨(Base‘ndx), {𝐼}⟩, ⟨(+g‘ndx), {⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}⟩}
2	1	mgm1 18595	. 2 ⊢ (𝐼 ∈ 𝑉 → 𝑀 ∈ Mgm)
3		df-ov 7371	. . . . . 6 ⊢ (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼) = ({⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}‘⟨𝐼, 𝐼⟩)
4		opex 5419	. . . . . . 7 ⊢ ⟨𝐼, 𝐼⟩ ∈ V
5		fvsng 7136	. . . . . . 7 ⊢ ((⟨𝐼, 𝐼⟩ ∈ V ∧ 𝐼 ∈ 𝑉) → ({⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}‘⟨𝐼, 𝐼⟩) = 𝐼)
6	4, 5	mpan 691	. . . . . 6 ⊢ (𝐼 ∈ 𝑉 → ({⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}‘⟨𝐼, 𝐼⟩) = 𝐼)
7	3, 6	eqtrid 2784	. . . . 5 ⊢ (𝐼 ∈ 𝑉 → (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼) = 𝐼)
8	7	oveq1d 7383	. . . 4 ⊢ (𝐼 ∈ 𝑉 → ((𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼))
9	7	oveq2d 7384	. . . 4 ⊢ (𝐼 ∈ 𝑉 → (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼)) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼))
10	8, 9	eqtr4d 2775	. . 3 ⊢ (𝐼 ∈ 𝑉 → ((𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼)))
11		oveq1 7375	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 = 𝐼 → (𝑥{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑦) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑦))
12	11	oveq1d 7383	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 𝐼 → ((𝑥{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑦){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = ((𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑦){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧))
13		oveq1 7375	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 𝐼 → (𝑥{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝑦{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧)) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝑦{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧)))
14	12, 13	eqeq12d 2753	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝐼 → (((𝑥{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑦){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = (𝑥{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝑦{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧)) ↔ ((𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑦){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝑦{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧))))
15	14	2ralbidv 3202	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 𝐼 → (∀𝑦 ∈ {𝐼}∀𝑧 ∈ {𝐼} ((𝑥{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑦){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = (𝑥{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝑦{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧)) ↔ ∀𝑦 ∈ {𝐼}∀𝑧 ∈ {𝐼} ((𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑦){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝑦{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧))))
16	15	ralsng 4634	. . . 4 ⊢ (𝐼 ∈ 𝑉 → (∀𝑥 ∈ {𝐼}∀𝑦 ∈ {𝐼}∀𝑧 ∈ {𝐼} ((𝑥{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑦){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = (𝑥{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝑦{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧)) ↔ ∀𝑦 ∈ {𝐼}∀𝑧 ∈ {𝐼} ((𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑦){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝑦{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧))))
17		oveq2 7376	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑦 = 𝐼 → (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑦) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼))
18	17	oveq1d 7383	. . . . . . 7 ⊢ (𝑦 = 𝐼 → ((𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑦){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = ((𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧))
19		oveq1 7375	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑦 = 𝐼 → (𝑦{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧))
20	19	oveq2d 7384	. . . . . . 7 ⊢ (𝑦 = 𝐼 → (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝑦{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧)) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧)))
21	18, 20	eqeq12d 2753	. . . . . 6 ⊢ (𝑦 = 𝐼 → (((𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑦){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝑦{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧)) ↔ ((𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧))))
22	21	ralbidv 3161	. . . . 5 ⊢ (𝑦 = 𝐼 → (∀𝑧 ∈ {𝐼} ((𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑦){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝑦{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧)) ↔ ∀𝑧 ∈ {𝐼} ((𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧))))
23	22	ralsng 4634	. . . 4 ⊢ (𝐼 ∈ 𝑉 → (∀𝑦 ∈ {𝐼}∀𝑧 ∈ {𝐼} ((𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑦){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝑦{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧)) ↔ ∀𝑧 ∈ {𝐼} ((𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧))))
24		oveq2 7376	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 = 𝐼 → ((𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = ((𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼))
25		oveq2 7376	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = 𝐼 → (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼))
26	25	oveq2d 7384	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 = 𝐼 → (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧)) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼)))
27	24, 26	eqeq12d 2753	. . . . 5 ⊢ (𝑧 = 𝐼 → (((𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧)) ↔ ((𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼))))
28	27	ralsng 4634	. . . 4 ⊢ (𝐼 ∈ 𝑉 → (∀𝑧 ∈ {𝐼} ((𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧)) ↔ ((𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼))))
29	16, 23, 28	3bitrd 305	. . 3 ⊢ (𝐼 ∈ 𝑉 → (∀𝑥 ∈ {𝐼}∀𝑦 ∈ {𝐼}∀𝑧 ∈ {𝐼} ((𝑥{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑦){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = (𝑥{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝑦{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧)) ↔ ((𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼) = (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝐼{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝐼))))
30	10, 29	mpbird 257	. 2 ⊢ (𝐼 ∈ 𝑉 → ∀𝑥 ∈ {𝐼}∀𝑦 ∈ {𝐼}∀𝑧 ∈ {𝐼} ((𝑥{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑦){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = (𝑥{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝑦{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧)))
31		snex 5385	. . . 4 ⊢ {𝐼} ∈ V
32	1	grpbase 17221	. . . 4 ⊢ ({𝐼} ∈ V → {𝐼} = (Base‘𝑀))
33	31, 32	ax-mp 5	. . 3 ⊢ {𝐼} = (Base‘𝑀)
34		snex 5385	. . . 4 ⊢ {⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} ∈ V
35	1	grpplusg 17222	. . . 4 ⊢ ({⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} ∈ V → {⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} = (+g‘𝑀))
36	34, 35	ax-mp 5	. . 3 ⊢ {⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} = (+g‘𝑀)
37	33, 36	issgrp 18657	. 2 ⊢ (𝑀 ∈ Smgrp ↔ (𝑀 ∈ Mgm ∧ ∀𝑥 ∈ {𝐼}∀𝑦 ∈ {𝐼}∀𝑧 ∈ {𝐼} ((𝑥{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑦){⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧) = (𝑥{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩} (𝑦{⟨⟨𝐼, 𝐼⟩, 𝐼⟩}𝑧))))
38	2, 30, 37	sylanbrc 584	1 ⊢ (𝐼 ∈ 𝑉 → 𝑀 ∈ Smgrp)

Syntax hints:   → wi 4   = wceq 1542   ∈ wcel 2114  ∀wral 3052  Vcvv 3442  {csn 4582  {cpr 4584  ⟨cop 4588  ‘cfv 6500  (class class class)co 7368  ndxcnx 17132  Basecbs 17148  +_gcplusg 17189  Mgmcmgm 18575  Smgrpcsgrp 18655

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 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-sep 5243  ax-nul 5253  ax-pow 5312  ax-pr 5379  ax-un 7690  ax-cnex 11094  ax-resscn 11095  ax-1cn 11096  ax-icn 11097  ax-addcl 11098  ax-addrcl 11099  ax-mulcl 11100  ax-mulrcl 11101  ax-mulcom 11102  ax-addass 11103  ax-mulass 11104  ax-distr 11105  ax-i2m1 11106  ax-1ne0 11107  ax-1rid 11108  ax-rnegex 11109  ax-rrecex 11110  ax-cnre 11111  ax-pre-lttri 11112  ax-pre-lttrn 11113  ax-pre-ltadd 11114  ax-pre-mulgt0 11115

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-reu 3353  df-rab 3402  df-v 3444  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-dif 3906  df-un 3908  df-in 3910  df-ss 3920  df-pss 3923  df-nul 4288  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4583  df-pr 4585  df-op 4589  df-uni 4866  df-iun 4950  df-br 5101  df-opab 5163  df-mpt 5182  df-tr 5208  df-id 5527  df-eprel 5532  df-po 5540  df-so 5541  df-fr 5585  df-we 5587  df-xp 5638  df-rel 5639  df-cnv 5640  df-co 5641  df-dm 5642  df-rn 5643  df-res 5644  df-ima 5645  df-pred 6267  df-ord 6328  df-on 6329  df-lim 6330  df-suc 6331  df-iota 6456  df-fun 6502  df-fn 6503  df-f 6504  df-f1 6505  df-fo 6506  df-f1o 6507  df-fv 6508  df-riota 7325  df-ov 7371  df-oprab 7372  df-mpo 7373  df-om 7819  df-1st 7943  df-2nd 7944  df-frecs 8233  df-wrecs 8264  df-recs 8313  df-rdg 8351  df-1o 8407  df-er 8645  df-en 8896  df-dom 8897  df-sdom 8898  df-fin 8899  df-pnf 11180  df-mnf 11181  df-xr 11182  df-ltxr 11183  df-le 11184  df-sub 11378  df-neg 11379  df-nn 12158  df-2 12220  df-n0 12414  df-z 12501  df-uz 12764  df-fz 13436  df-struct 17086  df-slot 17121  df-ndx 17133  df-base 17149  df-plusg 17202  df-mgm 18577  df-sgrp 18656

This theorem is referenced by:  mnd1  18716