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

Theorem issubmnd 17365
 Description: Characterize a submonoid by closure properties. (Contributed by Mario Carneiro, 10-Jan-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
issubmnd.b 𝐵 = (Base‘𝐺)
issubmnd.p + = (+g𝐺)
issubmnd.z 0 = (0g𝐺)
issubmnd.h 𝐻 = (𝐺s 𝑆)
Assertion
Ref Expression
issubmnd ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) → (𝐻 ∈ Mnd ↔ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆))
Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝐵   𝑥,𝐺,𝑦   𝑥,𝐻,𝑦   𝑥, + ,𝑦   𝑥,𝑆,𝑦   𝑥, 0 ,𝑦

Proof of Theorem issubmnd
Dummy variables 𝑣 𝑢 𝑤 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 simplr 807 . . . . 5 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → 𝐻 ∈ Mnd)
2 simprl 809 . . . . . 6 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → 𝑥𝑆)
3 simpll2 1121 . . . . . . 7 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → 𝑆𝐵)
4 issubmnd.h . . . . . . . 8 𝐻 = (𝐺s 𝑆)
5 issubmnd.b . . . . . . . 8 𝐵 = (Base‘𝐺)
64, 5ressbas2 15978 . . . . . . 7 (𝑆𝐵𝑆 = (Base‘𝐻))
73, 6syl 17 . . . . . 6 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → 𝑆 = (Base‘𝐻))
82, 7eleqtrd 2732 . . . . 5 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → 𝑥 ∈ (Base‘𝐻))
9 simprr 811 . . . . . 6 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → 𝑦𝑆)
109, 7eleqtrd 2732 . . . . 5 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → 𝑦 ∈ (Base‘𝐻))
11 eqid 2651 . . . . . 6 (Base‘𝐻) = (Base‘𝐻)
12 eqid 2651 . . . . . 6 (+g𝐻) = (+g𝐻)
1311, 12mndcl 17348 . . . . 5 ((𝐻 ∈ Mnd ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐻) ∧ 𝑦 ∈ (Base‘𝐻)) → (𝑥(+g𝐻)𝑦) ∈ (Base‘𝐻))
141, 8, 10, 13syl3anc 1366 . . . 4 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → (𝑥(+g𝐻)𝑦) ∈ (Base‘𝐻))
15 fvex 6239 . . . . . . . . . 10 (Base‘𝐺) ∈ V
165, 15eqeltri 2726 . . . . . . . . 9 𝐵 ∈ V
1716ssex 4835 . . . . . . . 8 (𝑆𝐵𝑆 ∈ V)
18173ad2ant2 1103 . . . . . . 7 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) → 𝑆 ∈ V)
19 issubmnd.p . . . . . . . 8 + = (+g𝐺)
204, 19ressplusg 16040 . . . . . . 7 (𝑆 ∈ V → + = (+g𝐻))
2118, 20syl 17 . . . . . 6 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) → + = (+g𝐻))
2221ad2antrr 762 . . . . 5 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → + = (+g𝐻))
2322oveqd 6707 . . . 4 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → (𝑥 + 𝑦) = (𝑥(+g𝐻)𝑦))
2414, 23, 73eltr4d 2745 . . 3 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) ∧ (𝑥𝑆𝑦𝑆)) → (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆)
2524ralrimivva 3000 . 2 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ 𝐻 ∈ Mnd) → ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆)
26 simpl2 1085 . . . 4 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → 𝑆𝐵)
2726, 6syl 17 . . 3 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → 𝑆 = (Base‘𝐻))
2821adantr 480 . . 3 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → + = (+g𝐻))
29 ovrspc2v 6712 . . . . . 6 (((𝑢𝑆𝑣𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → (𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆)
3029ancoms 468 . . . . 5 ((∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆 ∧ (𝑢𝑆𝑣𝑆)) → (𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆)
31303impb 1279 . . . 4 ((∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆𝑢𝑆𝑣𝑆) → (𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆)
32313adant1l 1358 . . 3 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) ∧ 𝑢𝑆𝑣𝑆) → (𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆)
3326sseld 3635 . . . . . 6 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → (𝑢𝑆𝑢𝐵))
3426sseld 3635 . . . . . 6 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → (𝑣𝑆𝑣𝐵))
3526sseld 3635 . . . . . 6 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → (𝑤𝑆𝑤𝐵))
3633, 34, 353anim123d 1446 . . . . 5 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → ((𝑢𝑆𝑣𝑆𝑤𝑆) → (𝑢𝐵𝑣𝐵𝑤𝐵)))
3736imp 444 . . . 4 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) ∧ (𝑢𝑆𝑣𝑆𝑤𝑆)) → (𝑢𝐵𝑣𝐵𝑤𝐵))
38 simpl1 1084 . . . . 5 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → 𝐺 ∈ Mnd)
395, 19mndass 17349 . . . . 5 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ (𝑢𝐵𝑣𝐵𝑤𝐵)) → ((𝑢 + 𝑣) + 𝑤) = (𝑢 + (𝑣 + 𝑤)))
4038, 39sylan 487 . . . 4 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) ∧ (𝑢𝐵𝑣𝐵𝑤𝐵)) → ((𝑢 + 𝑣) + 𝑤) = (𝑢 + (𝑣 + 𝑤)))
4137, 40syldan 486 . . 3 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) ∧ (𝑢𝑆𝑣𝑆𝑤𝑆)) → ((𝑢 + 𝑣) + 𝑤) = (𝑢 + (𝑣 + 𝑤)))
42 simpl3 1086 . . 3 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → 0𝑆)
4326sselda 3636 . . . 4 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) ∧ 𝑢𝑆) → 𝑢𝐵)
44 issubmnd.z . . . . . 6 0 = (0g𝐺)
455, 19, 44mndlid 17358 . . . . 5 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑢𝐵) → ( 0 + 𝑢) = 𝑢)
4638, 45sylan 487 . . . 4 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) ∧ 𝑢𝐵) → ( 0 + 𝑢) = 𝑢)
4743, 46syldan 486 . . 3 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) ∧ 𝑢𝑆) → ( 0 + 𝑢) = 𝑢)
485, 19, 44mndrid 17359 . . . . 5 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑢𝐵) → (𝑢 + 0 ) = 𝑢)
4938, 48sylan 487 . . . 4 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) ∧ 𝑢𝐵) → (𝑢 + 0 ) = 𝑢)
5043, 49syldan 486 . . 3 ((((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) ∧ 𝑢𝑆) → (𝑢 + 0 ) = 𝑢)
5127, 28, 32, 41, 42, 47, 50ismndd 17360 . 2 (((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) ∧ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆) → 𝐻 ∈ Mnd)
5225, 51impbida 895 1 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵0𝑆) → (𝐻 ∈ Mnd ↔ ∀𝑥𝑆𝑦𝑆 (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 196   ∧ wa 383   ∧ w3a 1054   = wceq 1523   ∈ wcel 2030  ∀wral 2941  Vcvv 3231   ⊆ wss 3607  ‘cfv 5926  (class class class)co 6690  Basecbs 15904   ↾s cress 15905  +gcplusg 15988  0gc0g 16147  Mndcmnd 17341 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1762  ax-4 1777  ax-5 1879  ax-6 1945  ax-7 1981  ax-8 2032  ax-9 2039  ax-10 2059  ax-11 2074  ax-12 2087  ax-13 2282  ax-ext 2631  ax-sep 4814  ax-nul 4822  ax-pow 4873  ax-pr 4936  ax-un 6991  ax-cnex 10030  ax-resscn 10031  ax-1cn 10032  ax-icn 10033  ax-addcl 10034  ax-addrcl 10035  ax-mulcl 10036  ax-mulrcl 10037  ax-mulcom 10038  ax-addass 10039  ax-mulass 10040  ax-distr 10041  ax-i2m1 10042  ax-1ne0 10043  ax-1rid 10044  ax-rnegex 10045  ax-rrecex 10046  ax-cnre 10047  ax-pre-lttri 10048  ax-pre-lttrn 10049  ax-pre-ltadd 10050  ax-pre-mulgt0 10051 This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1055  df-3an 1056  df-tru 1526  df-ex 1745  df-nf 1750  df-sb 1938  df-eu 2502  df-mo 2503  df-clab 2638  df-cleq 2644  df-clel 2647  df-nfc 2782  df-ne 2824  df-nel 2927  df-ral 2946  df-rex 2947  df-reu 2948  df-rmo 2949  df-rab 2950  df-v 3233  df-sbc 3469  df-csb 3567  df-dif 3610  df-un 3612  df-in 3614  df-ss 3621  df-pss 3623  df-nul 3949  df-if 4120  df-pw 4193  df-sn 4211  df-pr 4213  df-tp 4215  df-op 4217  df-uni 4469  df-iun 4554  df-br 4686  df-opab 4746  df-mpt 4763  df-tr 4786  df-id 5053  df-eprel 5058  df-po 5064  df-so 5065  df-fr 5102  df-we 5104  df-xp 5149  df-rel 5150  df-cnv 5151  df-co 5152  df-dm 5153  df-rn 5154  df-res 5155  df-ima 5156  df-pred 5718  df-ord 5764  df-on 5765  df-lim 5766  df-suc 5767  df-iota 5889  df-fun 5928  df-fn 5929  df-f 5930  df-f1 5931  df-fo 5932  df-f1o 5933  df-fv 5934  df-riota 6651  df-ov 6693  df-oprab 6694  df-mpt2 6695  df-om 7108  df-wrecs 7452  df-recs 7513  df-rdg 7551  df-er 7787  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-pnf 10114  df-mnf 10115  df-xr 10116  df-ltxr 10117  df-le 10118  df-sub 10306  df-neg 10307  df-nn 11059  df-2 11117  df-ndx 15907  df-slot 15908  df-base 15910  df-sets 15911  df-ress 15912  df-plusg 16001  df-0g 16149  df-mgm 17289  df-sgrp 17331  df-mnd 17342 This theorem is referenced by:  issubm2  17395
 Copyright terms: Public domain W3C validator