Theorem submcmn2 19071

Description: A submonoid is commutative iff it is a subset of its own centralizer. (Contributed by Mario Carneiro, 24-Apr-2016.)

Hypotheses

Ref	Expression
subgabl.h	⊢ 𝐻 = (𝐺 ↾s 𝑆)
submcmn2.z	⊢ 𝑍 = (Cntz‘𝐺)

Assertion

Ref	Expression
submcmn2	⊢ (𝑆 ∈ (SubMnd‘𝐺) → (𝐻 ∈ CMnd ↔ 𝑆 ⊆ (𝑍‘𝑆)))

Proof of Theorem submcmn2

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		subgabl.h	. . . 4 ⊢ 𝐻 = (𝐺 ↾s 𝑆)
2	1	submbas 18088	. . 3 ⊢ (𝑆 ∈ (SubMnd‘𝐺) → 𝑆 = (Base‘𝐻))
3		eqid 2738	. . . . . . 7 ⊢ (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
4	1, 3	ressplusg 16708	. . . . . 6 ⊢ (𝑆 ∈ (SubMnd‘𝐺) → (+g‘𝐺) = (+g‘𝐻))
5	4	oveqd 7181	. . . . 5 ⊢ (𝑆 ∈ (SubMnd‘𝐺) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) = (𝑥(+g‘𝐻)𝑦))
6	4	oveqd 7181	. . . . 5 ⊢ (𝑆 ∈ (SubMnd‘𝐺) → (𝑦(+g‘𝐺)𝑥) = (𝑦(+g‘𝐻)𝑥))
7	5, 6	eqeq12d 2754	. . . 4 ⊢ (𝑆 ∈ (SubMnd‘𝐺) → ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦) = (𝑦(+g‘𝐺)𝑥) ↔ (𝑥(+g‘𝐻)𝑦) = (𝑦(+g‘𝐻)𝑥)))
8	2, 7	raleqbidv 3303	. . 3 ⊢ (𝑆 ∈ (SubMnd‘𝐺) → (∀𝑦 ∈ 𝑆 (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) = (𝑦(+g‘𝐺)𝑥) ↔ ∀𝑦 ∈ (Base‘𝐻)(𝑥(+g‘𝐻)𝑦) = (𝑦(+g‘𝐻)𝑥)))
9	2, 8	raleqbidv 3303	. 2 ⊢ (𝑆 ∈ (SubMnd‘𝐺) → (∀𝑥 ∈ 𝑆 ∀𝑦 ∈ 𝑆 (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) = (𝑦(+g‘𝐺)𝑥) ↔ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝐻)∀𝑦 ∈ (Base‘𝐻)(𝑥(+g‘𝐻)𝑦) = (𝑦(+g‘𝐻)𝑥)))
10		eqid 2738	. . . 4 ⊢ (Base‘𝐺) = (Base‘𝐺)
11	10	submss 18083	. . 3 ⊢ (𝑆 ∈ (SubMnd‘𝐺) → 𝑆 ⊆ (Base‘𝐺))
12		submcmn2.z	. . . 4 ⊢ 𝑍 = (Cntz‘𝐺)
13	10, 3, 12	sscntz 18567	. . 3 ⊢ ((𝑆 ⊆ (Base‘𝐺) ∧ 𝑆 ⊆ (Base‘𝐺)) → (𝑆 ⊆ (𝑍‘𝑆) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝑆 ∀𝑦 ∈ 𝑆 (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) = (𝑦(+g‘𝐺)𝑥)))
14	11, 11, 13	syl2anc 587	. 2 ⊢ (𝑆 ∈ (SubMnd‘𝐺) → (𝑆 ⊆ (𝑍‘𝑆) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝑆 ∀𝑦 ∈ 𝑆 (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) = (𝑦(+g‘𝐺)𝑥)))
15	1	submmnd 18087	. . 3 ⊢ (𝑆 ∈ (SubMnd‘𝐺) → 𝐻 ∈ Mnd)
16		eqid 2738	. . . . 5 ⊢ (Base‘𝐻) = (Base‘𝐻)
17		eqid 2738	. . . . 5 ⊢ (+g‘𝐻) = (+g‘𝐻)
18	16, 17	iscmn 19025	. . . 4 ⊢ (𝐻 ∈ CMnd ↔ (𝐻 ∈ Mnd ∧ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝐻)∀𝑦 ∈ (Base‘𝐻)(𝑥(+g‘𝐻)𝑦) = (𝑦(+g‘𝐻)𝑥)))
19	18	baib 539	. . 3 ⊢ (𝐻 ∈ Mnd → (𝐻 ∈ CMnd ↔ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝐻)∀𝑦 ∈ (Base‘𝐻)(𝑥(+g‘𝐻)𝑦) = (𝑦(+g‘𝐻)𝑥)))
20	15, 19	syl 17	. 2 ⊢ (𝑆 ∈ (SubMnd‘𝐺) → (𝐻 ∈ CMnd ↔ ∀𝑥 ∈ (Base‘𝐻)∀𝑦 ∈ (Base‘𝐻)(𝑥(+g‘𝐻)𝑦) = (𝑦(+g‘𝐻)𝑥)))
21	9, 14, 20	3bitr4rd 315	1 ⊢ (𝑆 ∈ (SubMnd‘𝐺) → (𝐻 ∈ CMnd ↔ 𝑆 ⊆ (𝑍‘𝑆)))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   = wceq 1542   ∈ wcel 2113  ∀wral 3053   ⊆ wss 3841  ‘cfv 6333  (class class class)co 7164  Basecbs 16579   ↾_s cress 16580  +_gcplusg 16661  Mndcmnd 18020  SubMndcsubmnd 18064  Cntzccntz 18556  CMndccmn 19017

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1802  ax-4 1816  ax-5 1916  ax-6 1974  ax-7 2019  ax-8 2115  ax-9 2123  ax-10 2144  ax-11 2161  ax-12 2178  ax-ext 2710  ax-rep 5151  ax-sep 5164  ax-nul 5171  ax-pow 5229  ax-pr 5293  ax-un 7473  ax-cnex 10664  ax-resscn 10665  ax-1cn 10666  ax-icn 10667  ax-addcl 10668  ax-addrcl 10669  ax-mulcl 10670  ax-mulrcl 10671  ax-mulcom 10672  ax-addass 10673  ax-mulass 10674  ax-distr 10675  ax-i2m1 10676  ax-1ne0 10677  ax-1rid 10678  ax-rnegex 10679  ax-rrecex 10680  ax-cnre 10681  ax-pre-lttri 10682  ax-pre-lttrn 10683  ax-pre-ltadd 10684  ax-pre-mulgt0 10685

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 847  df-3or 1089  df-3an 1090  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1787  df-nf 1791  df-sb 2074  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2717  df-cleq 2730  df-clel 2811  df-nfc 2881  df-ne 2935  df-nel 3039  df-ral 3058  df-rex 3059  df-reu 3060  df-rmo 3061  df-rab 3062  df-v 3399  df-sbc 3680  df-csb 3789  df-dif 3844  df-un 3846  df-in 3848  df-ss 3858  df-pss 3860  df-nul 4210  df-if 4412  df-pw 4487  df-sn 4514  df-pr 4516  df-tp 4518  df-op 4520  df-uni 4794  df-iun 4880  df-br 5028  df-opab 5090  df-mpt 5108  df-tr 5134  df-id 5425  df-eprel 5430  df-po 5438  df-so 5439  df-fr 5478  df-we 5480  df-xp 5525  df-rel 5526  df-cnv 5527  df-co 5528  df-dm 5529  df-rn 5530  df-res 5531  df-ima 5532  df-pred 6123  df-ord 6169  df-on 6170  df-lim 6171  df-suc 6172  df-iota 6291  df-fun 6335  df-fn 6336  df-f 6337  df-f1 6338  df-fo 6339  df-f1o 6340  df-fv 6341  df-riota 7121  df-ov 7167  df-oprab 7168  df-mpo 7169  df-om 7594  df-wrecs 7969  df-recs 8030  df-rdg 8068  df-er 8313  df-en 8549  df-dom 8550  df-sdom 8551  df-pnf 10748  df-mnf 10749  df-xr 10750  df-ltxr 10751  df-le 10752  df-sub 10943  df-neg 10944  df-nn 11710  df-2 11772  df-ndx 16582  df-slot 16583  df-base 16585  df-sets 16586  df-ress 16587  df-plusg 16674  df-0g 16811  df-mgm 17961  df-sgrp 18010  df-mnd 18021  df-submnd 18066  df-cntz 18558  df-cmn 19019

This theorem is referenced by:  cntzspan  19076  gsumzsplit  19159  gsumzoppg  19176  gsumpt  19194