Theorem smndex1mnd 18973

Description: The monoid of endofunctions on ℕ₀ restricted to the modulo function 𝐼 and the constant functions (𝐺‘𝐾) is a monoid. (Contributed by AV, 16-Feb-2024.)

Hypotheses

Ref	Expression
smndex1ibas.m	⊢ 𝑀 = (EndoFMnd‘ℕ0)
smndex1ibas.n	⊢ 𝑁 ∈ ℕ
smndex1ibas.i	⊢ 𝐼 = (𝑥 ∈ ℕ0 ↦ (𝑥 mod 𝑁))
smndex1ibas.g	⊢ 𝐺 = (𝑛 ∈ (0..^𝑁) ↦ (𝑥 ∈ ℕ0 ↦ 𝑛))
smndex1mgm.b	⊢ 𝐵 = ({𝐼} ∪ ∪ 𝑛 ∈ (0..^𝑁){(𝐺‘𝑛)})
smndex1mgm.s	⊢ 𝑆 = (𝑀 ↾s 𝐵)

Assertion

Ref	Expression
smndex1mnd	⊢ 𝑆 ∈ Mnd

Distinct variable groups:   𝑥,𝑁,𝑛   𝑥,𝑀   𝑛,𝐺   𝑛,𝑀   𝑥,𝐺   𝑛,𝐼,𝑥   𝑥,𝑆

Allowed substitution hints:   𝐵(𝑥,𝑛)   𝑆(𝑛)

Proof of Theorem smndex1mnd

Dummy variables 𝑏 𝑎 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		smndex1ibas.m	. . 3 ⊢ 𝑀 = (EndoFMnd‘ℕ0)
2		smndex1ibas.n	. . 3 ⊢ 𝑁 ∈ ℕ
3		smndex1ibas.i	. . 3 ⊢ 𝐼 = (𝑥 ∈ ℕ0 ↦ (𝑥 mod 𝑁))
4		smndex1ibas.g	. . 3 ⊢ 𝐺 = (𝑛 ∈ (0..^𝑁) ↦ (𝑥 ∈ ℕ0 ↦ 𝑛))
5		smndex1mgm.b	. . 3 ⊢ 𝐵 = ({𝐼} ∪ ∪ 𝑛 ∈ (0..^𝑁){(𝐺‘𝑛)})
6		smndex1mgm.s	. . 3 ⊢ 𝑆 = (𝑀 ↾s 𝐵)
7	1, 2, 3, 4, 5, 6	smndex1sgrp 18971	. 2 ⊢ 𝑆 ∈ Smgrp
8		nn0ex 12511	. . . . . . . . 9 ⊢ ℕ0 ∈ V
9	8	mptex 7223	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ0 ↦ (𝑥 mod 𝑁)) ∈ V
10	3, 9	eqeltri 2859	. . . . . . 7 ⊢ 𝐼 ∈ V
11	10	snid 4629	. . . . . 6 ⊢ 𝐼 ∈ {𝐼}
12		elun1 4136	. . . . . 6 ⊢ (𝐼 ∈ {𝐼} → 𝐼 ∈ ({𝐼} ∪ ∪ 𝑛 ∈ (0..^𝑁){(𝐺‘𝑛)}))
13	11, 12	ax-mp 5	. . . . 5 ⊢ 𝐼 ∈ ({𝐼} ∪ ∪ 𝑛 ∈ (0..^𝑁){(𝐺‘𝑛)})
14	13, 5	eleqtrri 2862	. . . 4 ⊢ 𝐼 ∈ 𝐵
15		id 23	. . . . 5 ⊢ (𝐼 ∈ 𝐵 → 𝐼 ∈ 𝐵)
16		coeq1 5845	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑎 = 𝐼 → (𝑎 ∘ 𝑏) = (𝐼 ∘ 𝑏))
17	16	eqeq1d 2765	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑎 = 𝐼 → ((𝑎 ∘ 𝑏) = 𝑏 ↔ (𝐼 ∘ 𝑏) = 𝑏))
18		coeq2 5846	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑎 = 𝐼 → (𝑏 ∘ 𝑎) = (𝑏 ∘ 𝐼))
19	18	eqeq1d 2765	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑎 = 𝐼 → ((𝑏 ∘ 𝑎) = 𝑏 ↔ (𝑏 ∘ 𝐼) = 𝑏))
20	17, 19	anbi12d 643	. . . . . . 7 ⊢ (𝑎 = 𝐼 → (((𝑎 ∘ 𝑏) = 𝑏 ∧ (𝑏 ∘ 𝑎) = 𝑏) ↔ ((𝐼 ∘ 𝑏) = 𝑏 ∧ (𝑏 ∘ 𝐼) = 𝑏)))
21	20	ralbidv 3188	. . . . . 6 ⊢ (𝑎 = 𝐼 → (∀𝑏 ∈ 𝐵 ((𝑎 ∘ 𝑏) = 𝑏 ∧ (𝑏 ∘ 𝑎) = 𝑏) ↔ ∀𝑏 ∈ 𝐵 ((𝐼 ∘ 𝑏) = 𝑏 ∧ (𝑏 ∘ 𝐼) = 𝑏)))
22	21	adantl 486	. . . . 5 ⊢ ((𝐼 ∈ 𝐵 ∧ 𝑎 = 𝐼) → (∀𝑏 ∈ 𝐵 ((𝑎 ∘ 𝑏) = 𝑏 ∧ (𝑏 ∘ 𝑎) = 𝑏) ↔ ∀𝑏 ∈ 𝐵 ((𝐼 ∘ 𝑏) = 𝑏 ∧ (𝑏 ∘ 𝐼) = 𝑏)))
23	1, 2, 3, 4, 5, 6	smndex1mndlem 18972	. . . . . . 7 ⊢ (𝑏 ∈ 𝐵 → ((𝐼 ∘ 𝑏) = 𝑏 ∧ (𝑏 ∘ 𝐼) = 𝑏))
24	23	rgen 3081	. . . . . 6 ⊢ ∀𝑏 ∈ 𝐵 ((𝐼 ∘ 𝑏) = 𝑏 ∧ (𝑏 ∘ 𝐼) = 𝑏)
25	24	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝐼 ∈ 𝐵 → ∀𝑏 ∈ 𝐵 ((𝐼 ∘ 𝑏) = 𝑏 ∧ (𝑏 ∘ 𝐼) = 𝑏))
26	15, 22, 25	rspcedvd 3584	. . . 4 ⊢ (𝐼 ∈ 𝐵 → ∃𝑎 ∈ 𝐵 ∀𝑏 ∈ 𝐵 ((𝑎 ∘ 𝑏) = 𝑏 ∧ (𝑏 ∘ 𝑎) = 𝑏))
27	14, 26	ax-mp 5	. . 3 ⊢ ∃𝑎 ∈ 𝐵 ∀𝑏 ∈ 𝐵 ((𝑎 ∘ 𝑏) = 𝑏 ∧ (𝑏 ∘ 𝑎) = 𝑏)
28	1, 2, 3, 4, 5	smndex1basss 18968	. . . . . . 7 ⊢ 𝐵 ⊆ (Base‘𝑀)
29		ssel 3932	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐵 ⊆ (Base‘𝑀) → (𝑎 ∈ 𝐵 → 𝑎 ∈ (Base‘𝑀)))
30		ssel 3932	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐵 ⊆ (Base‘𝑀) → (𝑏 ∈ 𝐵 → 𝑏 ∈ (Base‘𝑀)))
31	29, 30	anim12d 620	. . . . . . 7 ⊢ (𝐵 ⊆ (Base‘𝑀) → ((𝑎 ∈ 𝐵 ∧ 𝑏 ∈ 𝐵) → (𝑎 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝑀))))
32	28, 31	ax-mp 5	. . . . . 6 ⊢ ((𝑎 ∈ 𝐵 ∧ 𝑏 ∈ 𝐵) → (𝑎 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝑀)))
33		eqid 2763	. . . . . . . . 9 ⊢ (Base‘𝑀) = (Base‘𝑀)
34		snex 5412	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ {𝐼} ∈ V
35		ovex 7445	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (0..^𝑁) ∈ V
36		snex 5412	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ {(𝐺‘𝑛)} ∈ V
37	35, 36	iunex 7966	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ∪ 𝑛 ∈ (0..^𝑁){(𝐺‘𝑛)} ∈ V
38	34, 37	unex 7744	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ({𝐼} ∪ ∪ 𝑛 ∈ (0..^𝑁){(𝐺‘𝑛)}) ∈ V
39	5, 38	eqeltri 2859	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 𝐵 ∈ V
40		eqid 2763	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (+g‘𝑀) = (+g‘𝑀)
41	6, 40	ressplusg 17345	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐵 ∈ V → (+g‘𝑀) = (+g‘𝑆))
42	39, 41	ax-mp 5	. . . . . . . . . 10 ⊢ (+g‘𝑀) = (+g‘𝑆)
43	42	eqcomi 2772	. . . . . . . . 9 ⊢ (+g‘𝑆) = (+g‘𝑀)
44	1, 33, 43	efmndov 18941	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑎 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝑀)) → (𝑎(+g‘𝑆)𝑏) = (𝑎 ∘ 𝑏))
45	44	eqeq1d 2765	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑎 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝑀)) → ((𝑎(+g‘𝑆)𝑏) = 𝑏 ↔ (𝑎 ∘ 𝑏) = 𝑏))
46	43	oveqi 7425	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑏(+g‘𝑆)𝑎) = (𝑏(+g‘𝑀)𝑎)
47	1, 33, 40	efmndov 18941	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑏 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘𝑀)) → (𝑏(+g‘𝑀)𝑎) = (𝑏 ∘ 𝑎))
48	47	ancoms 463	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑎 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝑀)) → (𝑏(+g‘𝑀)𝑎) = (𝑏 ∘ 𝑎))
49	46, 48	eqtrid 2810	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑎 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝑀)) → (𝑏(+g‘𝑆)𝑎) = (𝑏 ∘ 𝑎))
50	49	eqeq1d 2765	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑎 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝑀)) → ((𝑏(+g‘𝑆)𝑎) = 𝑏 ↔ (𝑏 ∘ 𝑎) = 𝑏))
51	45, 50	anbi12d 643	. . . . . 6 ⊢ ((𝑎 ∈ (Base‘𝑀) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝑀)) → (((𝑎(+g‘𝑆)𝑏) = 𝑏 ∧ (𝑏(+g‘𝑆)𝑎) = 𝑏) ↔ ((𝑎 ∘ 𝑏) = 𝑏 ∧ (𝑏 ∘ 𝑎) = 𝑏)))
52	32, 51	syl 18	. . . . 5 ⊢ ((𝑎 ∈ 𝐵 ∧ 𝑏 ∈ 𝐵) → (((𝑎(+g‘𝑆)𝑏) = 𝑏 ∧ (𝑏(+g‘𝑆)𝑎) = 𝑏) ↔ ((𝑎 ∘ 𝑏) = 𝑏 ∧ (𝑏 ∘ 𝑎) = 𝑏)))
53	52	ralbidva 3186	. . . 4 ⊢ (𝑎 ∈ 𝐵 → (∀𝑏 ∈ 𝐵 ((𝑎(+g‘𝑆)𝑏) = 𝑏 ∧ (𝑏(+g‘𝑆)𝑎) = 𝑏) ↔ ∀𝑏 ∈ 𝐵 ((𝑎 ∘ 𝑏) = 𝑏 ∧ (𝑏 ∘ 𝑎) = 𝑏)))
54	53	rexbiia 3110	. . 3 ⊢ (∃𝑎 ∈ 𝐵 ∀𝑏 ∈ 𝐵 ((𝑎(+g‘𝑆)𝑏) = 𝑏 ∧ (𝑏(+g‘𝑆)𝑎) = 𝑏) ↔ ∃𝑎 ∈ 𝐵 ∀𝑏 ∈ 𝐵 ((𝑎 ∘ 𝑏) = 𝑏 ∧ (𝑏 ∘ 𝑎) = 𝑏))
55	27, 54	mpbir 234	. 2 ⊢ ∃𝑎 ∈ 𝐵 ∀𝑏 ∈ 𝐵 ((𝑎(+g‘𝑆)𝑏) = 𝑏 ∧ (𝑏(+g‘𝑆)𝑎) = 𝑏)
56	1, 2, 3, 4, 5, 6	smndex1bas 18969	. . . 4 ⊢ (Base‘𝑆) = 𝐵
57	56	eqcomi 2772	. . 3 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝑆)
58		eqid 2763	. . 3 ⊢ (+g‘𝑆) = (+g‘𝑆)
59	57, 58	ismnddef 18795	. 2 ⊢ (𝑆 ∈ Mnd ↔ (𝑆 ∈ Smgrp ∧ ∃𝑎 ∈ 𝐵 ∀𝑏 ∈ 𝐵 ((𝑎(+g‘𝑆)𝑏) = 𝑏 ∧ (𝑏(+g‘𝑆)𝑎) = 𝑏)))
60	7, 55, 59	mpbir2an 723	1 ⊢ 𝑆 ∈ Mnd

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 400   = wceq 1570   ∈ wcel 2143  ∀wral 3079  ∃wrex 3089  Vcvv 3455   ∪ cun 3904   ⊆ wss 3906  {csn 4590  ∪ ciun 4957   ↦ cmpt 5193   ∘ ccom 5667  ‘cfv 6538  (class class class)co 7412  0cc0 11101  ℕcn 12234  ℕ₀cn0 12505  ..^cfzo 13684   mod cmo 13904  Basecbs 17270   ↾_s cress 17291  +_gcplusg 17311  Smgrpcsgrp 18777  Mndcmnd 18793  EndoFMndcefmnd 18928

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-rep 5239  ax-sep 5258  ax-nul 5270  ax-pow 5338  ax-pr 5406  ax-un 7734  ax-cnex 11157  ax-resscn 11158  ax-1cn 11159  ax-icn 11160  ax-addcl 11161  ax-addrcl 11162  ax-mulcl 11163  ax-mulrcl 11164  ax-mulcom 11165  ax-addass 11166  ax-mulass 11167  ax-distr 11168  ax-i2m1 11169  ax-1ne0 11170  ax-1rid 11171  ax-rnegex 11172  ax-rrecex 11173  ax-cnre 11174  ax-pre-lttri 11175  ax-pre-lttrn 11176  ax-pre-ltadd 11177  ax-pre-mulgt0 11178  ax-pre-sup 11179

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 3746  df-csb 3855  df-dif 3909  df-un 3911  df-in 3913  df-ss 3923  df-pss 3926  df-nul 4288  df-if 4489  df-pw 4565  df-sn 4591  df-pr 4593  df-tp 4595  df-op 4597  df-uni 4874  df-iun 4959  df-br 5111  df-opab 5175  df-mpt 5194  df-tr 5220  df-id 5558  df-eprel 5563  df-po 5571  df-so 5572  df-fr 5616  df-we 5618  df-xp 5669  df-rel 5670  df-cnv 5671  df-co 5672  df-dm 5673  df-rn 5674  df-res 5675  df-ima 5676  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 7369  df-ov 7415  df-oprab 7416  df-mpo 7417  df-om 7864  df-1st 7987  df-2nd 7988  df-frecs 8279  df-wrecs 8310  df-recs 8359  df-rdg 8398  df-1o 8454  df-er 8695  df-map 8827  df-en 8945  df-dom 8946  df-sdom 8947  df-fin 8948  df-sup 9403  df-inf 9404  df-pnf 11246  df-mnf 11247  df-xr 11248  df-ltxr 11249  df-le 11250  df-sub 11444  df-neg 11445  df-div 11873  df-nn 12235  df-2 12304  df-3 12305  df-4 12306  df-5 12307  df-6 12308  df-7 12309  df-8 12310  df-9 12311  df-n0 12506  df-z 12593  df-uz 12864  df-rp 13018  df-fz 13537  df-fzo 13685  df-fl 13827  df-mod 13905  df-struct 17208  df-sets 17225  df-slot 17243  df-ndx 17255  df-base 17271  df-ress 17292  df-plusg 17324  df-tset 17330  df-mgm 18699  df-sgrp 18778  df-mnd 18794  df-efmnd 18929

This theorem is referenced by: (None)