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Theorem imasmnd

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

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

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 imasmnd.u ⊢ φ → U = F “ 𝑠 R
2 imasmnd.v ⊢ φ → V = Base R
3 imasmnd.p ⊢ + ˙ = + R
4 imasmnd.f ⊢ φ → F : V ⟶ onto B
5 imasmnd.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 imasmnd.r ⊢ φ → R ∈ Mnd
7 imasmnd.z ⊢ 0 ˙ = 0 R
8 6 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V → R ∈ Mnd
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 14 3 mndcl ⊢ R ∈ Mnd ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R → x + ˙ y ∈ Base R
16 8 11 13 15 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V → x + ˙ y ∈ Base R
17 16 10 eleqtrrd ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V → x + ˙ y ∈ V
18 6 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → R ∈ Mnd
19 11 3adant3r3 ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → x ∈ Base R
20 13 3adant3r3 ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → y ∈ Base R
21 simpr3 ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → z ∈ V
22 2 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → V = Base R
23 21 22 eleqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → z ∈ Base R
24 14 3 mndass ⊢ R ∈ Mnd ∧ x ∈ Base R ∧ y ∈ Base R ∧ z ∈ Base R → x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z
25 18 19 20 23 24 syl13anc ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z
26 25 fveq2d ⊢ φ ∧ x ∈ V ∧ y ∈ V ∧ z ∈ V → F ⁡ x + ˙ y + ˙ z = F ⁡ x + ˙ y + ˙ z
27 14 7 mndidcl ⊢ R ∈ Mnd → 0 ˙ ∈ Base R
28 6 27 syl ⊢ φ → 0 ˙ ∈ Base R
29 28 2 eleqtrrd ⊢ φ → 0 ˙ ∈ V
30 2 eleq2d ⊢ φ → x ∈ V ↔ x ∈ Base R
31 30 biimpa ⊢ φ ∧ x ∈ V → x ∈ Base R
32 14 3 7 mndlid ⊢ R ∈ Mnd ∧ x ∈ Base R → 0 ˙ + ˙ x = x
33 6 31 32 syl2an2r ⊢ φ ∧ x ∈ V → 0 ˙ + ˙ x = x
34 33 fveq2d ⊢ φ ∧ x ∈ V → F ⁡ 0 ˙ + ˙ x = F ⁡ x
35 14 3 7 mndrid ⊢ R ∈ Mnd ∧ x ∈ Base R → x + ˙ 0 ˙ = x
36 6 31 35 syl2an2r ⊢ φ ∧ x ∈ V → x + ˙ 0 ˙ = x
37 36 fveq2d ⊢ φ ∧ x ∈ V → F ⁡ x + ˙ 0 ˙ = F ⁡ x
38 1 2 3 4 5 6 17 26 29 34 37 imasmnd2 ⊢ φ → U ∈ Mnd ∧ F ⁡ 0 ˙ = 0 U