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Theorem ghmcmn

Description: The image of a commutative monoid G under a group homomorphism F is a commutative monoid. (Contributed by Thierry Arnoux, 26-Jan-2020)

Ref Expression
Hypotheses ghmabl.x ⊢ X = Base G
ghmabl.y ⊢ Y = Base H
ghmabl.p ⊢ + ˙ = + G
ghmabl.q ⊢ ⨣ ˙ = + H
ghmabl.f ⊢ φ ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → F ⁡ x + ˙ y = F ⁡ x ⨣ ˙ F ⁡ y
ghmabl.1 ⊢ φ → F : X ⟶ onto Y
ghmcmn.3 ⊢ φ → G ∈ CMnd
Assertion ghmcmn ⊢ φ → H ∈ CMnd

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ghmabl.x ⊢ X = Base G
2 ghmabl.y ⊢ Y = Base H
3 ghmabl.p ⊢ + ˙ = + G
4 ghmabl.q ⊢ ⨣ ˙ = + H
5 ghmabl.f ⊢ φ ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → F ⁡ x + ˙ y = F ⁡ x ⨣ ˙ F ⁡ y
6 ghmabl.1 ⊢ φ → F : X ⟶ onto Y
7 ghmcmn.3 ⊢ φ → G ∈ CMnd
8 cmnmnd ⊢ G ∈ CMnd → G ∈ Mnd
9 7 8 syl ⊢ φ → G ∈ Mnd
10 5 1 2 3 4 6 9 mhmmnd ⊢ φ → H ∈ Mnd
11 simp-6l ⊢ φ ∧ i ∈ Y ∧ j ∈ Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = i ∧ b ∈ X ∧ F ⁡ b = j → φ
12 11 7 syl ⊢ φ ∧ i ∈ Y ∧ j ∈ Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = i ∧ b ∈ X ∧ F ⁡ b = j → G ∈ CMnd
13 simp-4r ⊢ φ ∧ i ∈ Y ∧ j ∈ Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = i ∧ b ∈ X ∧ F ⁡ b = j → a ∈ X
14 simplr ⊢ φ ∧ i ∈ Y ∧ j ∈ Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = i ∧ b ∈ X ∧ F ⁡ b = j → b ∈ X
15 1 3 cmncom ⊢ G ∈ CMnd ∧ a ∈ X ∧ b ∈ X → a + ˙ b = b + ˙ a
16 12 13 14 15 syl3anc ⊢ φ ∧ i ∈ Y ∧ j ∈ Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = i ∧ b ∈ X ∧ F ⁡ b = j → a + ˙ b = b + ˙ a
17 16 fveq2d ⊢ φ ∧ i ∈ Y ∧ j ∈ Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = i ∧ b ∈ X ∧ F ⁡ b = j → F ⁡ a + ˙ b = F ⁡ b + ˙ a
18 11 5 syl3an1 ⊢ φ ∧ i ∈ Y ∧ j ∈ Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = i ∧ b ∈ X ∧ F ⁡ b = j ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → F ⁡ x + ˙ y = F ⁡ x ⨣ ˙ F ⁡ y
19 18 13 14 mhmlem ⊢ φ ∧ i ∈ Y ∧ j ∈ Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = i ∧ b ∈ X ∧ F ⁡ b = j → F ⁡ a + ˙ b = F ⁡ a ⨣ ˙ F ⁡ b
20 18 14 13 mhmlem ⊢ φ ∧ i ∈ Y ∧ j ∈ Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = i ∧ b ∈ X ∧ F ⁡ b = j → F ⁡ b + ˙ a = F ⁡ b ⨣ ˙ F ⁡ a
21 17 19 20 3eqtr3d ⊢ φ ∧ i ∈ Y ∧ j ∈ Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = i ∧ b ∈ X ∧ F ⁡ b = j → F ⁡ a ⨣ ˙ F ⁡ b = F ⁡ b ⨣ ˙ F ⁡ a
22 simpllr ⊢ φ ∧ i ∈ Y ∧ j ∈ Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = i ∧ b ∈ X ∧ F ⁡ b = j → F ⁡ a = i
23 simpr ⊢ φ ∧ i ∈ Y ∧ j ∈ Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = i ∧ b ∈ X ∧ F ⁡ b = j → F ⁡ b = j
24 22 23 oveq12d ⊢ φ ∧ i ∈ Y ∧ j ∈ Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = i ∧ b ∈ X ∧ F ⁡ b = j → F ⁡ a ⨣ ˙ F ⁡ b = i ⨣ ˙ j
25 23 22 oveq12d ⊢ φ ∧ i ∈ Y ∧ j ∈ Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = i ∧ b ∈ X ∧ F ⁡ b = j → F ⁡ b ⨣ ˙ F ⁡ a = j ⨣ ˙ i
26 21 24 25 3eqtr3d ⊢ φ ∧ i ∈ Y ∧ j ∈ Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = i ∧ b ∈ X ∧ F ⁡ b = j → i ⨣ ˙ j = j ⨣ ˙ i
27 foelcdmi ⊢ F : X ⟶ onto Y ∧ j ∈ Y → ∃ b ∈ X F ⁡ b = j
28 6 27 sylan ⊢ φ ∧ j ∈ Y → ∃ b ∈ X F ⁡ b = j
29 28 ad5ant13 ⊢ φ ∧ i ∈ Y ∧ j ∈ Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = i → ∃ b ∈ X F ⁡ b = j
30 26 29 r19.29a ⊢ φ ∧ i ∈ Y ∧ j ∈ Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = i → i ⨣ ˙ j = j ⨣ ˙ i
31 foelcdmi ⊢ F : X ⟶ onto Y ∧ i ∈ Y → ∃ a ∈ X F ⁡ a = i
32 6 31 sylan ⊢ φ ∧ i ∈ Y → ∃ a ∈ X F ⁡ a = i
33 32 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ Y ∧ j ∈ Y → ∃ a ∈ X F ⁡ a = i
34 30 33 r19.29a ⊢ φ ∧ i ∈ Y ∧ j ∈ Y → i ⨣ ˙ j = j ⨣ ˙ i
35 34 anasss ⊢ φ ∧ i ∈ Y ∧ j ∈ Y → i ⨣ ˙ j = j ⨣ ˙ i
36 35 ralrimivva ⊢ φ → ∀ i ∈ Y ∀ j ∈ Y i ⨣ ˙ j = j ⨣ ˙ i
37 2 4 iscmn ⊢ H ∈ CMnd ↔ H ∈ Mnd ∧ ∀ i ∈ Y ∀ j ∈ Y i ⨣ ˙ j = j ⨣ ˙ i
38 10 36 37 sylanbrc ⊢ φ → H ∈ CMnd