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

Theorem sraassab 21858
Description: A subring algebra is an associative algebra if and only if the subring is included in the ring's center. (Contributed by SN, 21-Mar-2025.)
Hypotheses
Ref Expression
sraassab.a 𝐴 = ((subringAlg ‘𝑊)‘𝑆)
sraassab.z 𝑍 = (Cntr‘(mulGrp‘𝑊))
sraassab.w (𝜑𝑊 ∈ Ring)
sraassab.s (𝜑𝑆 ∈ (SubRing‘𝑊))
Assertion
Ref Expression
sraassab (𝜑 → (𝐴 ∈ AssAlg ↔ 𝑆𝑍))

Proof of Theorem sraassab
Dummy variables 𝑥 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 sraassab.s . . . . . . . 8 (𝜑𝑆 ∈ (SubRing‘𝑊))
2 eqid 2737 . . . . . . . . 9 (Base‘𝑊) = (Base‘𝑊)
32subrgss 20540 . . . . . . . 8 (𝑆 ∈ (SubRing‘𝑊) → 𝑆 ⊆ (Base‘𝑊))
41, 3syl 17 . . . . . . 7 (𝜑𝑆 ⊆ (Base‘𝑊))
54adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) → 𝑆 ⊆ (Base‘𝑊))
65sselda 3922 . . . . 5 (((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) → 𝑦 ∈ (Base‘𝑊))
7 simpllr 776 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → 𝐴 ∈ AssAlg)
8 eqid 2737 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑊s 𝑆) = (𝑊s 𝑆)
98subrgbas 20549 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑆 ∈ (SubRing‘𝑊) → 𝑆 = (Base‘(𝑊s 𝑆)))
101, 9syl 17 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑆 = (Base‘(𝑊s 𝑆)))
11 sraassab.a . . . . . . . . . . . . . . 15 𝐴 = ((subringAlg ‘𝑊)‘𝑆)
1211a1i 11 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑𝐴 = ((subringAlg ‘𝑊)‘𝑆))
1312, 4srasca 21167 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → (𝑊s 𝑆) = (Scalar‘𝐴))
1413fveq2d 6838 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (Base‘(𝑊s 𝑆)) = (Base‘(Scalar‘𝐴)))
1510, 14eqtrd 2772 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝑆 = (Base‘(Scalar‘𝐴)))
1615eqimssd 3979 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑆 ⊆ (Base‘(Scalar‘𝐴)))
1716sselda 3922 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑦𝑆) → 𝑦 ∈ (Base‘(Scalar‘𝐴)))
1817ad4ant13 752 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → 𝑦 ∈ (Base‘(Scalar‘𝐴)))
1912, 4srabase 21164 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (Base‘𝑊) = (Base‘𝐴))
2019eqimssd 3979 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (Base‘𝑊) ⊆ (Base‘𝐴))
2120ad2antrr 727 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) → (Base‘𝑊) ⊆ (Base‘𝐴))
2221sselda 3922 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → 𝑥 ∈ (Base‘𝐴))
23 sraassab.w . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝑊 ∈ Ring)
24 eqid 2737 . . . . . . . . . . . 12 (1r𝑊) = (1r𝑊)
252, 24ringidcl 20237 . . . . . . . . . . 11 (𝑊 ∈ Ring → (1r𝑊) ∈ (Base‘𝑊))
2623, 25syl 17 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (1r𝑊) ∈ (Base‘𝑊))
2726, 19eleqtrd 2839 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (1r𝑊) ∈ (Base‘𝐴))
2827ad3antrrr 731 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → (1r𝑊) ∈ (Base‘𝐴))
29 eqid 2737 . . . . . . . . 9 (Base‘𝐴) = (Base‘𝐴)
30 eqid 2737 . . . . . . . . 9 (Scalar‘𝐴) = (Scalar‘𝐴)
31 eqid 2737 . . . . . . . . 9 (Base‘(Scalar‘𝐴)) = (Base‘(Scalar‘𝐴))
32 eqid 2737 . . . . . . . . 9 ( ·𝑠𝐴) = ( ·𝑠𝐴)
33 eqid 2737 . . . . . . . . 9 (.r𝐴) = (.r𝐴)
3429, 30, 31, 32, 33assaassr 21849 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ AssAlg ∧ (𝑦 ∈ (Base‘(Scalar‘𝐴)) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐴) ∧ (1r𝑊) ∈ (Base‘𝐴))) → (𝑥(.r𝐴)(𝑦( ·𝑠𝐴)(1r𝑊))) = (𝑦( ·𝑠𝐴)(𝑥(.r𝐴)(1r𝑊))))
357, 18, 22, 28, 34syl13anc 1375 . . . . . . 7 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → (𝑥(.r𝐴)(𝑦( ·𝑠𝐴)(1r𝑊))) = (𝑦( ·𝑠𝐴)(𝑥(.r𝐴)(1r𝑊))))
3612, 4sramulr 21166 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (.r𝑊) = (.r𝐴))
3736ad3antrrr 731 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → (.r𝑊) = (.r𝐴))
3837oveqd 7377 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → (𝑥(.r𝑊)(𝑦( ·𝑠𝐴)(1r𝑊))) = (𝑥(.r𝐴)(𝑦( ·𝑠𝐴)(1r𝑊))))
3912, 4sravsca 21168 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (.r𝑊) = ( ·𝑠𝐴))
4039ad3antrrr 731 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → (.r𝑊) = ( ·𝑠𝐴))
4140oveqd 7377 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → (𝑦(.r𝑊)(1r𝑊)) = (𝑦( ·𝑠𝐴)(1r𝑊)))
42 eqid 2737 . . . . . . . . . . 11 (.r𝑊) = (.r𝑊)
4323ad3antrrr 731 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → 𝑊 ∈ Ring)
446adantr 480 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → 𝑦 ∈ (Base‘𝑊))
452, 42, 24, 43, 44ringridmd 20245 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → (𝑦(.r𝑊)(1r𝑊)) = 𝑦)
4641, 45eqtr3d 2774 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → (𝑦( ·𝑠𝐴)(1r𝑊)) = 𝑦)
4746oveq2d 7376 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → (𝑥(.r𝑊)(𝑦( ·𝑠𝐴)(1r𝑊))) = (𝑥(.r𝑊)𝑦))
4838, 47eqtr3d 2774 . . . . . . 7 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → (𝑥(.r𝐴)(𝑦( ·𝑠𝐴)(1r𝑊))) = (𝑥(.r𝑊)𝑦))
4940oveqd 7377 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → (𝑦(.r𝑊)(𝑥(.r𝐴)(1r𝑊))) = (𝑦( ·𝑠𝐴)(𝑥(.r𝐴)(1r𝑊))))
5037oveqd 7377 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → (𝑥(.r𝑊)(1r𝑊)) = (𝑥(.r𝐴)(1r𝑊)))
51 simpr 484 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → 𝑥 ∈ (Base‘𝑊))
522, 42, 24, 43, 51ringridmd 20245 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → (𝑥(.r𝑊)(1r𝑊)) = 𝑥)
5350, 52eqtr3d 2774 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → (𝑥(.r𝐴)(1r𝑊)) = 𝑥)
5453oveq2d 7376 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → (𝑦(.r𝑊)(𝑥(.r𝐴)(1r𝑊))) = (𝑦(.r𝑊)𝑥))
5549, 54eqtr3d 2774 . . . . . . 7 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → (𝑦( ·𝑠𝐴)(𝑥(.r𝐴)(1r𝑊))) = (𝑦(.r𝑊)𝑥))
5635, 48, 553eqtr3rd 2781 . . . . . 6 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → (𝑦(.r𝑊)𝑥) = (𝑥(.r𝑊)𝑦))
5756ralrimiva 3130 . . . . 5 (((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) → ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑊)(𝑦(.r𝑊)𝑥) = (𝑥(.r𝑊)𝑦))
58 eqid 2737 . . . . . . 7 (mulGrp‘𝑊) = (mulGrp‘𝑊)
5958, 2mgpbas 20117 . . . . . 6 (Base‘𝑊) = (Base‘(mulGrp‘𝑊))
6058, 42mgpplusg 20116 . . . . . 6 (.r𝑊) = (+g‘(mulGrp‘𝑊))
61 sraassab.z . . . . . 6 𝑍 = (Cntr‘(mulGrp‘𝑊))
6259, 60, 61elcntr 19296 . . . . 5 (𝑦𝑍 ↔ (𝑦 ∈ (Base‘𝑊) ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝑊)(𝑦(.r𝑊)𝑥) = (𝑥(.r𝑊)𝑦)))
636, 57, 62sylanbrc 584 . . . 4 (((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) → 𝑦𝑍)
6463ex 412 . . 3 ((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) → (𝑦𝑆𝑦𝑍))
6564ssrdv 3928 . 2 ((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) → 𝑆𝑍)
6619adantr 480 . . 3 ((𝜑𝑆𝑍) → (Base‘𝑊) = (Base‘𝐴))
6713adantr 480 . . 3 ((𝜑𝑆𝑍) → (𝑊s 𝑆) = (Scalar‘𝐴))
6810adantr 480 . . 3 ((𝜑𝑆𝑍) → 𝑆 = (Base‘(𝑊s 𝑆)))
6939adantr 480 . . 3 ((𝜑𝑆𝑍) → (.r𝑊) = ( ·𝑠𝐴))
7036adantr 480 . . 3 ((𝜑𝑆𝑍) → (.r𝑊) = (.r𝐴))
7111sralmod 21174 . . . . 5 (𝑆 ∈ (SubRing‘𝑊) → 𝐴 ∈ LMod)
721, 71syl 17 . . . 4 (𝜑𝐴 ∈ LMod)
7372adantr 480 . . 3 ((𝜑𝑆𝑍) → 𝐴 ∈ LMod)
7411, 2sraring 21173 . . . . 5 ((𝑊 ∈ Ring ∧ 𝑆 ⊆ (Base‘𝑊)) → 𝐴 ∈ Ring)
7523, 4, 74syl2anc 585 . . . 4 (𝜑𝐴 ∈ Ring)
7675adantr 480 . . 3 ((𝜑𝑆𝑍) → 𝐴 ∈ Ring)
7723ad2antrr 727 . . . 4 (((𝜑𝑆𝑍) ∧ (𝑥𝑆𝑦 ∈ (Base‘𝑊) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑊))) → 𝑊 ∈ Ring)
784adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑𝑆𝑍) → 𝑆 ⊆ (Base‘𝑊))
7978sselda 3922 . . . . 5 (((𝜑𝑆𝑍) ∧ 𝑥𝑆) → 𝑥 ∈ (Base‘𝑊))
80793ad2antr1 1190 . . . 4 (((𝜑𝑆𝑍) ∧ (𝑥𝑆𝑦 ∈ (Base‘𝑊) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑊))) → 𝑥 ∈ (Base‘𝑊))
81 simpr2 1197 . . . 4 (((𝜑𝑆𝑍) ∧ (𝑥𝑆𝑦 ∈ (Base‘𝑊) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑊))) → 𝑦 ∈ (Base‘𝑊))
82 simpr3 1198 . . . 4 (((𝜑𝑆𝑍) ∧ (𝑥𝑆𝑦 ∈ (Base‘𝑊) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑊))) → 𝑧 ∈ (Base‘𝑊))
832, 42, 77, 80, 81, 82ringassd 20229 . . 3 (((𝜑𝑆𝑍) ∧ (𝑥𝑆𝑦 ∈ (Base‘𝑊) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑊))) → ((𝑥(.r𝑊)𝑦)(.r𝑊)𝑧) = (𝑥(.r𝑊)(𝑦(.r𝑊)𝑧)))
84 ssel2 3917 . . . . . . . 8 ((𝑆𝑍𝑥𝑆) → 𝑥𝑍)
8584ad2ant2lr 749 . . . . . . 7 (((𝜑𝑆𝑍) ∧ (𝑥𝑆𝑦 ∈ (Base‘𝑊))) → 𝑥𝑍)
86 simprr 773 . . . . . . 7 (((𝜑𝑆𝑍) ∧ (𝑥𝑆𝑦 ∈ (Base‘𝑊))) → 𝑦 ∈ (Base‘𝑊))
8759, 60, 61cntri 19298 . . . . . . 7 ((𝑥𝑍𝑦 ∈ (Base‘𝑊)) → (𝑥(.r𝑊)𝑦) = (𝑦(.r𝑊)𝑥))
8885, 86, 87syl2anc 585 . . . . . 6 (((𝜑𝑆𝑍) ∧ (𝑥𝑆𝑦 ∈ (Base‘𝑊))) → (𝑥(.r𝑊)𝑦) = (𝑦(.r𝑊)𝑥))
89883adantr3 1173 . . . . 5 (((𝜑𝑆𝑍) ∧ (𝑥𝑆𝑦 ∈ (Base‘𝑊) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑊))) → (𝑥(.r𝑊)𝑦) = (𝑦(.r𝑊)𝑥))
9089oveq1d 7375 . . . 4 (((𝜑𝑆𝑍) ∧ (𝑥𝑆𝑦 ∈ (Base‘𝑊) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑊))) → ((𝑥(.r𝑊)𝑦)(.r𝑊)𝑧) = ((𝑦(.r𝑊)𝑥)(.r𝑊)𝑧))
912, 42, 77, 81, 80, 82ringassd 20229 . . . 4 (((𝜑𝑆𝑍) ∧ (𝑥𝑆𝑦 ∈ (Base‘𝑊) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑊))) → ((𝑦(.r𝑊)𝑥)(.r𝑊)𝑧) = (𝑦(.r𝑊)(𝑥(.r𝑊)𝑧)))
9290, 83, 913eqtr3rd 2781 . . 3 (((𝜑𝑆𝑍) ∧ (𝑥𝑆𝑦 ∈ (Base‘𝑊) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑊))) → (𝑦(.r𝑊)(𝑥(.r𝑊)𝑧)) = (𝑥(.r𝑊)(𝑦(.r𝑊)𝑧)))
9366, 67, 68, 69, 70, 73, 76, 83, 92isassad 21855 . 2 ((𝜑𝑆𝑍) → 𝐴 ∈ AssAlg)
9465, 93impbida 801 1 (𝜑 → (𝐴 ∈ AssAlg ↔ 𝑆𝑍))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 206  wa 395  w3a 1087   = wceq 1542  wcel 2114  wral 3052  wss 3890  cfv 6492  (class class class)co 7360  Basecbs 17170  s cress 17191  .rcmulr 17212  Scalarcsca 17214   ·𝑠 cvsca 17215  Cntrccntr 19282  mulGrpcmgp 20112  1rcur 20153  Ringcrg 20205  SubRingcsubrg 20537  LModclmod 20846  subringAlg csra 21158  AssAlgcasa 21840
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-rep 5212  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5302  ax-pr 5370  ax-un 7682  ax-cnex 11085  ax-resscn 11086  ax-1cn 11087  ax-icn 11088  ax-addcl 11089  ax-addrcl 11090  ax-mulcl 11091  ax-mulrcl 11092  ax-mulcom 11093  ax-addass 11094  ax-mulass 11095  ax-distr 11096  ax-i2m1 11097  ax-1ne0 11098  ax-1rid 11099  ax-rnegex 11100  ax-rrecex 11101  ax-cnre 11102  ax-pre-lttri 11103  ax-pre-lttrn 11104  ax-pre-ltadd 11105  ax-pre-mulgt0 11106
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-rmo 3343  df-reu 3344  df-rab 3391  df-v 3432  df-sbc 3730  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-nul 4275  df-if 4468  df-pw 4544  df-sn 4569  df-pr 4571  df-op 4575  df-uni 4852  df-iun 4936  df-br 5087  df-opab 5149  df-mpt 5168  df-tr 5194  df-id 5519  df-eprel 5524  df-po 5532  df-so 5533  df-fr 5577  df-we 5579  df-xp 5630  df-rel 5631  df-cnv 5632  df-co 5633  df-dm 5634  df-rn 5635  df-res 5636  df-ima 5637  df-pred 6259  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6494  df-fn 6495  df-f 6496  df-f1 6497  df-fo 6498  df-f1o 6499  df-fv 6500  df-riota 7317  df-ov 7363  df-oprab 7364  df-mpo 7365  df-om 7811  df-2nd 7936  df-frecs 8224  df-wrecs 8255  df-recs 8304  df-rdg 8342  df-er 8636  df-en 8887  df-dom 8888  df-sdom 8889  df-pnf 11172  df-mnf 11173  df-xr 11174  df-ltxr 11175  df-le 11176  df-sub 11370  df-neg 11371  df-nn 12166  df-2 12235  df-3 12236  df-4 12237  df-5 12238  df-6 12239  df-7 12240  df-8 12241  df-sets 17125  df-slot 17143  df-ndx 17155  df-base 17171  df-ress 17192  df-plusg 17224  df-mulr 17225  df-sca 17227  df-vsca 17228  df-ip 17229  df-0g 17395  df-mgm 18599  df-sgrp 18678  df-mnd 18694  df-grp 18903  df-subg 19090  df-cntz 19283  df-cntr 19284  df-mgp 20113  df-ur 20154  df-ring 20207  df-subrg 20538  df-lmod 20848  df-sra 21160  df-assa 21843
This theorem is referenced by:  sraassa  21859
  Copyright terms: Public domain W3C validator