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Theorem cntzsubm

Description: Centralizers in a monoid are submonoids. (Contributed by Stefan O'Rear, 6-Sep-2015) (Revised by Mario Carneiro, 19-Apr-2016)

Ref Expression
Hypotheses cntzrec.b ⊢ B = Base M
cntzrec.z ⊢ Z = Cntz ⁡ M
Assertion cntzsubm ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B → Z ⁡ S ∈ SubMnd ⁡ M

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cntzrec.b ⊢ B = Base M
2 cntzrec.z ⊢ Z = Cntz ⁡ M
3 1 2 cntzssv ⊢ Z ⁡ S ⊆ B
4 3 a1i ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B → Z ⁡ S ⊆ B
5 eqid ⊢ 0 M = 0 M
6 1 5 mndidcl ⊢ M ∈ Mnd → 0 M ∈ B
7 6 adantr ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B → 0 M ∈ B
8 simpll ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ S → M ∈ Mnd
9 simpr ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B → S ⊆ B
10 9 sselda ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ S → x ∈ B
11 eqid ⊢ + M = + M
12 1 11 5 mndlid ⊢ M ∈ Mnd ∧ x ∈ B → 0 M + M x = x
13 8 10 12 syl2anc ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ S → 0 M + M x = x
14 1 11 5 mndrid ⊢ M ∈ Mnd ∧ x ∈ B → x + M 0 M = x
15 8 10 14 syl2anc ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ S → x + M 0 M = x
16 13 15 eqtr4d ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ x ∈ S → 0 M + M x = x + M 0 M
17 16 ralrimiva ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B → ∀ x ∈ S 0 M + M x = x + M 0 M
18 1 11 2 elcntz ⊢ S ⊆ B → 0 M ∈ Z ⁡ S ↔ 0 M ∈ B ∧ ∀ x ∈ S 0 M + M x = x + M 0 M
19 18 adantl ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B → 0 M ∈ Z ⁡ S ↔ 0 M ∈ B ∧ ∀ x ∈ S 0 M + M x = x + M 0 M
20 7 17 19 mpbir2and ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B → 0 M ∈ Z ⁡ S
21 simpll ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S → M ∈ Mnd
22 simprl ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S → y ∈ Z ⁡ S
23 3 22 sselid ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S → y ∈ B
24 simprr ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S → z ∈ Z ⁡ S
25 3 24 sselid ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S → z ∈ B
26 1 11 mndcl ⊢ M ∈ Mnd ∧ y ∈ B ∧ z ∈ B → y + M z ∈ B
27 21 23 25 26 syl3anc ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S → y + M z ∈ B
28 21 adantr ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S ∧ x ∈ S → M ∈ Mnd
29 23 adantr ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S ∧ x ∈ S → y ∈ B
30 25 adantr ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S ∧ x ∈ S → z ∈ B
31 10 adantlr ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S ∧ x ∈ S → x ∈ B
32 1 11 mndass ⊢ M ∈ Mnd ∧ y ∈ B ∧ z ∈ B ∧ x ∈ B → y + M z + M x = y + M z + M x
33 28 29 30 31 32 syl13anc ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S ∧ x ∈ S → y + M z + M x = y + M z + M x
34 11 2 cntzi ⊢ z ∈ Z ⁡ S ∧ x ∈ S → z + M x = x + M z
35 24 34 sylan ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S ∧ x ∈ S → z + M x = x + M z
36 35 oveq2d ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S ∧ x ∈ S → y + M z + M x = y + M x + M z
37 1 11 mndass ⊢ M ∈ Mnd ∧ y ∈ B ∧ x ∈ B ∧ z ∈ B → y + M x + M z = y + M x + M z
38 28 29 31 30 37 syl13anc ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S ∧ x ∈ S → y + M x + M z = y + M x + M z
39 11 2 cntzi ⊢ y ∈ Z ⁡ S ∧ x ∈ S → y + M x = x + M y
40 22 39 sylan ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S ∧ x ∈ S → y + M x = x + M y
41 40 oveq1d ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S ∧ x ∈ S → y + M x + M z = x + M y + M z
42 36 38 41 3eqtr2d ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S ∧ x ∈ S → y + M z + M x = x + M y + M z
43 1 11 mndass ⊢ M ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ z ∈ B → x + M y + M z = x + M y + M z
44 28 31 29 30 43 syl13anc ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S ∧ x ∈ S → x + M y + M z = x + M y + M z
45 33 42 44 3eqtrd ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S ∧ x ∈ S → y + M z + M x = x + M y + M z
46 45 ralrimiva ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S → ∀ x ∈ S y + M z + M x = x + M y + M z
47 1 11 2 elcntz ⊢ S ⊆ B → y + M z ∈ Z ⁡ S ↔ y + M z ∈ B ∧ ∀ x ∈ S y + M z + M x = x + M y + M z
48 47 ad2antlr ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S → y + M z ∈ Z ⁡ S ↔ y + M z ∈ B ∧ ∀ x ∈ S y + M z + M x = x + M y + M z
49 27 46 48 mpbir2and ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B ∧ y ∈ Z ⁡ S ∧ z ∈ Z ⁡ S → y + M z ∈ Z ⁡ S
50 49 ralrimivva ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B → ∀ y ∈ Z ⁡ S ∀ z ∈ Z ⁡ S y + M z ∈ Z ⁡ S
51 1 5 11 issubm ⊢ M ∈ Mnd → Z ⁡ S ∈ SubMnd ⁡ M ↔ Z ⁡ S ⊆ B ∧ 0 M ∈ Z ⁡ S ∧ ∀ y ∈ Z ⁡ S ∀ z ∈ Z ⁡ S y + M z ∈ Z ⁡ S
52 51 adantr ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B → Z ⁡ S ∈ SubMnd ⁡ M ↔ Z ⁡ S ⊆ B ∧ 0 M ∈ Z ⁡ S ∧ ∀ y ∈ Z ⁡ S ∀ z ∈ Z ⁡ S y + M z ∈ Z ⁡ S
53 4 20 50 52 mpbir3and ⊢ M ∈ Mnd ∧ S ⊆ B → Z ⁡ S ∈ SubMnd ⁡ M