Metamath Proof Explorer


Theorem imasgrp

Description: The image structure of a group is a group. (Contributed by Mario Carneiro, 24-Feb-2015) (Revised by Mario Carneiro, 5-Sep-2015)

Ref Expression
Hypotheses imasgrp.u ⊢ φ → U = F “ 𝑠 R
imasgrp.v ⊢ φ → V = Base R
imasgrp.p ⊢ φ → + ˙ = + R
imasgrp.f ⊢ φ → F : V ⟶ onto B
imasgrp.e ⊢ φ ∧ a ∈ V ∧ b ∈ V ∧ p ∈ V ∧ q ∈ V → F ⁡ a = F ⁡ p ∧ F ⁡ b = F ⁡ q → F ⁡ a + ˙ b = F ⁡ p + ˙ q
imasgrp.r ⊢ φ → R ∈ Grp
imasgrp.z ⊢ 0 ˙ = 0 R
Assertion imasgrp ⊢ φ → U ∈ Grp ∧ F ⁡ 0 ˙ = 0 U

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 imasgrp.u ⊢ φ → U = F “ 𝑠 R
2 imasgrp.v ⊢ φ → V = Base R
3 imasgrp.p ⊢ φ → + ˙ = + R
4 imasgrp.f ⊢ φ → F : V ⟶ onto B
5 imasgrp.e ⊢ φ ∧ a ∈ V ∧ b ∈ V ∧ p ∈ V ∧ q ∈ V → F ⁡ a = F ⁡ p ∧ F ⁡ b = F ⁡ q → F ⁡ a + ˙ b = F ⁡ p + ˙ q
6 imasgrp.r ⊢ φ → R ∈ Grp
7 imasgrp.z ⊢ 0 ˙ = 0 R
8 6 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V → R ∈ Grp
9 simp2 ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V → x ∈ V
10 2 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V → V = Base R
11 9 10 eleqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V → x ∈ Base R
12 simp3 ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V → y ∈ V
13 12 10 eleqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V → y ∈ Base R
14 eqid ⊢ Base R = Base R
15 eqid ⊢ + R = + R
16 14 15 grpcl ⊢ R ∈ Grp ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R → x + R y ∈ Base R
17 8 11 13 16 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V → x + R y ∈ Base R
18 3 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V → + ˙ = + R
19 18 oveqd ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V → x + ˙ y = x + R y
20 17 19 10 3eltr4d ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V → x + ˙ y ∈ V
21 6 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → R ∈ Grp
22 11 3adant3r3 ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → x ∈ Base R
23 13 3adant3r3 ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → y ∈ Base R
24 simpr3 ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → z ∈ V
25 2 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → V = Base R
26 24 25 eleqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → z ∈ Base R
27 14 15 grpass ⊢ R ∈ Grp ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R ∧ z ∈ Base R → x + R y + R z = x + R y + R z
28 21 22 23 26 27 syl13anc ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → x + R y + R z = x + R y + R z
29 3 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → + ˙ = + R
30 19 3adant3r3 ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → x + ˙ y = x + R y
31 eqidd ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → z = z
32 29 30 31 oveq123d ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → x + ˙ y + ˙ z = x + R y + R z
33 eqidd ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → x = x
34 29 oveqd ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → y + ˙ z = y + R z
35 29 33 34 oveq123d ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → x + ˙ y + ˙ z = x + R y + R z
36 28 32 35 3eqtr4d ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z
37 36 fveq2d ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → F ⁡ x + ˙ y + ˙ z = F ⁡ x + ˙ y + ˙ z
38 14 7 grpidcl ⊢ R ∈ Grp → 0 ˙ ∈ Base R
39 6 38 syl ⊢ φ → 0 ˙ ∈ Base R
40 39 2 eleqtrrd ⊢ φ → 0 ˙ ∈ V
41 3 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ V → + ˙ = + R
42 41 oveqd ⊢ φ ∧ x ∈ V → 0 ˙ + ˙ x = 0 ˙ + R x
43 2 eleq2d ⊢ φ → x ∈ V ↔ x ∈ Base R
44 43 biimpa ⊢ φ ∧ x ∈ V → x ∈ Base R
45 14 15 7 grplid ⊢ R ∈ Grp ∧ x ∈ Base R → 0 ˙ + R x = x
46 6 44 45 syl2an2r ⊢ φ ∧ x ∈ V → 0 ˙ + R x = x
47 42 46 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ V → 0 ˙ + ˙ x = x
48 47 fveq2d ⊢ φ ∧ x ∈ V → F ⁡ 0 ˙ + ˙ x = F ⁡ x
49 eqid ⊢ inv g ⁡ R = inv g ⁡ R
50 14 49 grpinvcl ⊢ R ∈ Grp ∧ x ∈ Base R → inv g ⁡ R ⁡ x ∈ Base R
51 6 44 50 syl2an2r ⊢ φ ∧ x ∈ V → inv g ⁡ R ⁡ x ∈ Base R
52 2 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ V → V = Base R
53 51 52 eleqtrrd ⊢ φ ∧ x ∈ V → inv g ⁡ R ⁡ x ∈ V
54 41 oveqd ⊢ φ ∧ x ∈ V → inv g ⁡ R ⁡ x + ˙ x = inv g ⁡ R ⁡ x + R x
55 14 15 7 49 grplinv ⊢ R ∈ Grp ∧ x ∈ Base R → inv g ⁡ R ⁡ x + R x = 0 ˙
56 6 44 55 syl2an2r ⊢ φ ∧ x ∈ V → inv g ⁡ R ⁡ x + R x = 0 ˙
57 54 56 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ V → inv g ⁡ R ⁡ x + ˙ x = 0 ˙
58 57 fveq2d ⊢ φ ∧ x ∈ V → F ⁡ inv g ⁡ R ⁡ x + ˙ x = F ⁡ 0 ˙
59 1 2 3 4 5 6 20 37 40 48 53 58 imasgrp2 ⊢ φ → U ∈ Grp ∧ F ⁡ 0 ˙ = 0 U