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Theorem mndlactf1o

Description: An element X of a monoid E is invertible iff its left-translation F is bijective. See also grplactf1o . Remark in chapter I. of BourbakiAlg1 p. 17. (Contributed by Thierry Arnoux, 3-Aug-2025)

Ref Expression
Hypotheses mndlactf1o.b B = Base E
mndlactf1o.z 0 ˙ = 0 E
mndlactf1o.p + ˙ = + E
mndlactf1o.f F = a B X + ˙ a
mndlactf1o.e φ E Mnd
mndlactf1o.x φ X B
Assertion mndlactf1o φ F : B 1-1 onto B y B X + ˙ y = 0 ˙ y + ˙ X = 0 ˙

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mndlactf1o.b B = Base E
2 mndlactf1o.z 0 ˙ = 0 E
3 mndlactf1o.p + ˙ = + E
4 mndlactf1o.f F = a B X + ˙ a
5 mndlactf1o.e φ E Mnd
6 mndlactf1o.x φ X B
7 oveq2 y = u X + ˙ y = X + ˙ u
8 7 eqeq1d y = u X + ˙ y = 0 ˙ X + ˙ u = 0 ˙
9 oveq1 y = u y + ˙ X = u + ˙ X
10 9 eqeq1d y = u y + ˙ X = 0 ˙ u + ˙ X = 0 ˙
11 8 10 anbi12d y = u X + ˙ y = 0 ˙ y + ˙ X = 0 ˙ X + ˙ u = 0 ˙ u + ˙ X = 0 ˙
12 simplr φ F : B 1-1 onto B v B v + ˙ X = 0 ˙ u B X + ˙ u = 0 ˙ u B
13 simpr φ F : B 1-1 onto B v B v + ˙ X = 0 ˙ u B X + ˙ u = 0 ˙ X + ˙ u = 0 ˙
14 5 ad5antr φ F : B 1-1 onto B v B v + ˙ X = 0 ˙ u B X + ˙ u = 0 ˙ E Mnd
15 6 ad5antr φ F : B 1-1 onto B v B v + ˙ X = 0 ˙ u B X + ˙ u = 0 ˙ X B
16 simp-4r φ F : B 1-1 onto B v B v + ˙ X = 0 ˙ u B X + ˙ u = 0 ˙ v B
17 simpllr φ F : B 1-1 onto B v B v + ˙ X = 0 ˙ u B X + ˙ u = 0 ˙ v + ˙ X = 0 ˙
18 1 2 3 14 15 16 12 17 13 mndlrinv φ F : B 1-1 onto B v B v + ˙ X = 0 ˙ u B X + ˙ u = 0 ˙ v = u
19 18 oveq1d φ F : B 1-1 onto B v B v + ˙ X = 0 ˙ u B X + ˙ u = 0 ˙ v + ˙ X = u + ˙ X
20 19 17 eqtr3d φ F : B 1-1 onto B v B v + ˙ X = 0 ˙ u B X + ˙ u = 0 ˙ u + ˙ X = 0 ˙
21 13 20 jca φ F : B 1-1 onto B v B v + ˙ X = 0 ˙ u B X + ˙ u = 0 ˙ X + ˙ u = 0 ˙ u + ˙ X = 0 ˙
22 11 12 21 rspcedvdw φ F : B 1-1 onto B v B v + ˙ X = 0 ˙ u B X + ˙ u = 0 ˙ y B X + ˙ y = 0 ˙ y + ˙ X = 0 ˙
23 f1ofo F : B 1-1 onto B F : B onto B
24 23 adantl φ F : B 1-1 onto B F : B onto B
25 1 2 3 4 5 6 mndlactfo φ F : B onto B u B X + ˙ u = 0 ˙
26 25 biimpa φ F : B onto B u B X + ˙ u = 0 ˙
27 24 26 syldan φ F : B 1-1 onto B u B X + ˙ u = 0 ˙
28 27 ad2antrr φ F : B 1-1 onto B v B v + ˙ X = 0 ˙ u B X + ˙ u = 0 ˙
29 22 28 r19.29a φ F : B 1-1 onto B v B v + ˙ X = 0 ˙ y B X + ˙ y = 0 ˙ y + ˙ X = 0 ˙
30 oveq1 v = F -1 0 ˙ v + ˙ X = F -1 0 ˙ + ˙ X
31 30 eqeq1d v = F -1 0 ˙ v + ˙ X = 0 ˙ F -1 0 ˙ + ˙ X = 0 ˙
32 f1ocnv F : B 1-1 onto B F -1 : B 1-1 onto B
33 f1of F -1 : B 1-1 onto B F -1 : B B
34 32 33 syl F : B 1-1 onto B F -1 : B B
35 34 adantl φ F : B 1-1 onto B F -1 : B B
36 1 2 mndidcl E Mnd 0 ˙ B
37 5 36 syl φ 0 ˙ B
38 37 adantr φ F : B 1-1 onto B 0 ˙ B
39 35 38 ffvelcdmd φ F : B 1-1 onto B F -1 0 ˙ B
40 f1of1 F : B 1-1 onto B F : B 1-1 B
41 40 adantl φ F : B 1-1 onto B F : B 1-1 B
42 5 adantr φ F : B 1-1 onto B E Mnd
43 6 adantr φ F : B 1-1 onto B X B
44 1 3 42 39 43 mndcld φ F : B 1-1 onto B F -1 0 ˙ + ˙ X B
45 44 38 jca φ F : B 1-1 onto B F -1 0 ˙ + ˙ X B 0 ˙ B
46 1 3 2 mndrid E Mnd X B X + ˙ 0 ˙ = X
47 42 43 46 syl2anc φ F : B 1-1 onto B X + ˙ 0 ˙ = X
48 oveq2 a = 0 ˙ X + ˙ a = X + ˙ 0 ˙
49 ovexd φ F : B 1-1 onto B X + ˙ 0 ˙ V
50 4 48 38 49 fvmptd3 φ F : B 1-1 onto B F 0 ˙ = X + ˙ 0 ˙
51 oveq2 a = F -1 0 ˙ + ˙ X X + ˙ a = X + ˙ F -1 0 ˙ + ˙ X
52 ovexd φ F : B 1-1 onto B X + ˙ F -1 0 ˙ + ˙ X V
53 4 51 44 52 fvmptd3 φ F : B 1-1 onto B F F -1 0 ˙ + ˙ X = X + ˙ F -1 0 ˙ + ˙ X
54 oveq2 a = F -1 0 ˙ X + ˙ a = X + ˙ F -1 0 ˙
55 ovexd φ F : B 1-1 onto B X + ˙ F -1 0 ˙ V
56 4 54 39 55 fvmptd3 φ F : B 1-1 onto B F F -1 0 ˙ = X + ˙ F -1 0 ˙
57 simpr φ F : B 1-1 onto B F : B 1-1 onto B
58 f1ocnvfv2 F : B 1-1 onto B 0 ˙ B F F -1 0 ˙ = 0 ˙
59 57 38 58 syl2anc φ F : B 1-1 onto B F F -1 0 ˙ = 0 ˙
60 56 59 eqtr3d φ F : B 1-1 onto B X + ˙ F -1 0 ˙ = 0 ˙
61 60 oveq1d φ F : B 1-1 onto B X + ˙ F -1 0 ˙ + ˙ X = 0 ˙ + ˙ X
62 1 3 42 43 39 43 mndassd φ F : B 1-1 onto B X + ˙ F -1 0 ˙ + ˙ X = X + ˙ F -1 0 ˙ + ˙ X
63 1 3 2 mndlid E Mnd X B 0 ˙ + ˙ X = X
64 42 43 63 syl2anc φ F : B 1-1 onto B 0 ˙ + ˙ X = X
65 61 62 64 3eqtr3d φ F : B 1-1 onto B X + ˙ F -1 0 ˙ + ˙ X = X
66 53 65 eqtrd φ F : B 1-1 onto B F F -1 0 ˙ + ˙ X = X
67 47 50 66 3eqtr4rd φ F : B 1-1 onto B F F -1 0 ˙ + ˙ X = F 0 ˙
68 f1fveq F : B 1-1 B F -1 0 ˙ + ˙ X B 0 ˙ B F F -1 0 ˙ + ˙ X = F 0 ˙ F -1 0 ˙ + ˙ X = 0 ˙
69 68 biimpa F : B 1-1 B F -1 0 ˙ + ˙ X B 0 ˙ B F F -1 0 ˙ + ˙ X = F 0 ˙ F -1 0 ˙ + ˙ X = 0 ˙
70 41 45 67 69 syl21anc φ F : B 1-1 onto B F -1 0 ˙ + ˙ X = 0 ˙
71 31 39 70 rspcedvdw φ F : B 1-1 onto B v B v + ˙ X = 0 ˙
72 29 71 r19.29a φ F : B 1-1 onto B y B X + ˙ y = 0 ˙ y + ˙ X = 0 ˙
73 oveq1 v = y v + ˙ X = y + ˙ X
74 73 eqeq1d v = y v + ˙ X = 0 ˙ y + ˙ X = 0 ˙
75 simplr φ y B X + ˙ y = 0 ˙ y + ˙ X = 0 ˙ y B
76 simprr φ y B X + ˙ y = 0 ˙ y + ˙ X = 0 ˙ y + ˙ X = 0 ˙
77 74 75 76 rspcedvdw φ y B X + ˙ y = 0 ˙ y + ˙ X = 0 ˙ v B v + ˙ X = 0 ˙
78 oveq2 u = y X + ˙ u = X + ˙ y
79 78 eqeq1d u = y X + ˙ u = 0 ˙ X + ˙ y = 0 ˙
80 simprl φ y B X + ˙ y = 0 ˙ y + ˙ X = 0 ˙ X + ˙ y = 0 ˙
81 79 75 80 rspcedvdw φ y B X + ˙ y = 0 ˙ y + ˙ X = 0 ˙ u B X + ˙ u = 0 ˙
82 77 81 jca φ y B X + ˙ y = 0 ˙ y + ˙ X = 0 ˙ v B v + ˙ X = 0 ˙ u B X + ˙ u = 0 ˙
83 82 r19.29an φ y B X + ˙ y = 0 ˙ y + ˙ X = 0 ˙ v B v + ˙ X = 0 ˙ u B X + ˙ u = 0 ˙
84 5 ad2antrr φ v B v + ˙ X = 0 ˙ E Mnd
85 6 ad2antrr φ v B v + ˙ X = 0 ˙ X B
86 simplr φ v B v + ˙ X = 0 ˙ v B
87 simpr φ v B v + ˙ X = 0 ˙ v + ˙ X = 0 ˙
88 1 2 3 4 84 85 86 87 mndlactf1 φ v B v + ˙ X = 0 ˙ F : B 1-1 B
89 88 r19.29an φ v B v + ˙ X = 0 ˙ F : B 1-1 B
90 25 biimpar φ u B X + ˙ u = 0 ˙ F : B onto B
91 89 90 anim12dan φ v B v + ˙ X = 0 ˙ u B X + ˙ u = 0 ˙ F : B 1-1 B F : B onto B
92 df-f1o F : B 1-1 onto B F : B 1-1 B F : B onto B
93 91 92 sylibr φ v B v + ˙ X = 0 ˙ u B X + ˙ u = 0 ˙ F : B 1-1 onto B
94 83 93 syldan φ y B X + ˙ y = 0 ˙ y + ˙ X = 0 ˙ F : B 1-1 onto B
95 72 94 impbida φ F : B 1-1 onto B y B X + ˙ y = 0 ˙ y + ˙ X = 0 ˙