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

Theorem sraassab 21825
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 20507 . . . . . . . 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 20516 . . . . . . . . . . . . 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 21134 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → (𝑊s 𝑆) = (Scalar‘𝐴))
1413fveq2d 6836 . . . . . . . . . . . 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 21131 . . . . . . . . . . 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 20204 . . . . . . . . . . 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 21816 . . . . . . . 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 21133 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (.r𝑊) = (.r𝐴))
3736ad3antrrr 731 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → (.r𝑊) = (.r𝐴))
3837oveqd 7375 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → (𝑥(.r𝑊)(𝑦( ·𝑠𝐴)(1r𝑊))) = (𝑥(.r𝐴)(𝑦( ·𝑠𝐴)(1r𝑊))))
3912, 4sravsca 21135 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (.r𝑊) = ( ·𝑠𝐴))
4039ad3antrrr 731 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → (.r𝑊) = ( ·𝑠𝐴))
4140oveqd 7375 . . . . . . . . . 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 20212 . . . . . . . . . 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 7374 . . . . . . . 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 7375 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝐴 ∈ AssAlg) ∧ 𝑦𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑊)) → (𝑦(.r𝑊)(𝑥(.r𝐴)(1r𝑊))) = (𝑦( ·𝑠𝐴)(𝑥(.r𝐴)(1r𝑊))))
5037oveqd 7375 . . . . . . . . . 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 20212 . . . . . . . . . 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 7374 . . . . . . . 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 20084 . . . . . 6 (Base‘𝑊) = (Base‘(mulGrp‘𝑊))
6058, 42mgpplusg 20083 . . . . . 6 (.r𝑊) = (+g‘(mulGrp‘𝑊))
61 sraassab.z . . . . . 6 𝑍 = (Cntr‘(mulGrp‘𝑊))
6259, 60, 61elcntr 19263 . . . . 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 21141 . . . . 5 (𝑆 ∈ (SubRing‘𝑊) → 𝐴 ∈ LMod)
721, 71syl 17 . . . 4 (𝜑𝐴 ∈ LMod)
7372adantr 480 . . 3 ((𝜑𝑆𝑍) → 𝐴 ∈ LMod)
7411, 2sraring 21140 . . . . 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 20196 . . 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 19265 . . . . . . 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 7373 . . . 4 (((𝜑𝑆𝑍) ∧ (𝑥𝑆𝑦 ∈ (Base‘𝑊) ∧ 𝑧 ∈ (Base‘𝑊))) → ((𝑥(.r𝑊)𝑦)(.r𝑊)𝑧) = ((𝑦(.r𝑊)𝑥)(.r𝑊)𝑧))
912, 42, 77, 81, 80, 82ringassd 20196 . . . 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 21822 . 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 6490  (class class class)co 7358  Basecbs 17137  s cress 17158  .rcmulr 17179  Scalarcsca 17181   ·𝑠 cvsca 17182  Cntrccntr 19249  mulGrpcmgp 20079  1rcur 20120  Ringcrg 20172  SubRingcsubrg 20504  LModclmod 20813  subringAlg csra 21125  AssAlgcasa 21807
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 5300  ax-pr 5368  ax-un 7680  ax-cnex 11083  ax-resscn 11084  ax-1cn 11085  ax-icn 11086  ax-addcl 11087  ax-addrcl 11088  ax-mulcl 11089  ax-mulrcl 11090  ax-mulcom 11091  ax-addass 11092  ax-mulass 11093  ax-distr 11094  ax-i2m1 11095  ax-1ne0 11096  ax-1rid 11097  ax-rnegex 11098  ax-rrecex 11099  ax-cnre 11100  ax-pre-lttri 11101  ax-pre-lttrn 11102  ax-pre-ltadd 11103  ax-pre-mulgt0 11104
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 5517  df-eprel 5522  df-po 5530  df-so 5531  df-fr 5575  df-we 5577  df-xp 5628  df-rel 5629  df-cnv 5630  df-co 5631  df-dm 5632  df-rn 5633  df-res 5634  df-ima 5635  df-pred 6257  df-ord 6318  df-on 6319  df-lim 6320  df-suc 6321  df-iota 6446  df-fun 6492  df-fn 6493  df-f 6494  df-f1 6495  df-fo 6496  df-f1o 6497  df-fv 6498  df-riota 7315  df-ov 7361  df-oprab 7362  df-mpo 7363  df-om 7809  df-2nd 7934  df-frecs 8222  df-wrecs 8253  df-recs 8302  df-rdg 8340  df-er 8634  df-en 8885  df-dom 8886  df-sdom 8887  df-pnf 11169  df-mnf 11170  df-xr 11171  df-ltxr 11172  df-le 11173  df-sub 11367  df-neg 11368  df-nn 12147  df-2 12209  df-3 12210  df-4 12211  df-5 12212  df-6 12213  df-7 12214  df-8 12215  df-sets 17092  df-slot 17110  df-ndx 17122  df-base 17138  df-ress 17159  df-plusg 17191  df-mulr 17192  df-sca 17194  df-vsca 17195  df-ip 17196  df-0g 17362  df-mgm 18566  df-sgrp 18645  df-mnd 18661  df-grp 18870  df-subg 19057  df-cntz 19250  df-cntr 19251  df-mgp 20080  df-ur 20121  df-ring 20174  df-subrg 20505  df-lmod 20815  df-sra 21127  df-assa 21810
This theorem is referenced by:  sraassa  21826
  Copyright terms: Public domain W3C validator