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Theorem pwsco2mhm

Description: Left composition with a monoid homomorphism yields a monoid homomorphism of structure powers. (Contributed by Mario Carneiro, 12-Jun-2015)

Ref Expression
Hypotheses pwsco2mhm.y ⊢ Y = R ↑ 𝑠 A
pwsco2mhm.z ⊢ Z = S ↑ 𝑠 A
pwsco2mhm.b ⊢ B = Base Y
pwsco2mhm.a ⊢ φ → A ∈ V
pwsco2mhm.f ⊢ φ → F ∈ R MndHom S
Assertion pwsco2mhm ⊢ φ → g ∈ B ⟼ F ∘ g ∈ Y MndHom Z

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pwsco2mhm.y ⊢ Y = R ↑ 𝑠 A
2 pwsco2mhm.z ⊢ Z = S ↑ 𝑠 A
3 pwsco2mhm.b ⊢ B = Base Y
4 pwsco2mhm.a ⊢ φ → A ∈ V
5 pwsco2mhm.f ⊢ φ → F ∈ R MndHom S
6 mhmrcl1 ⊢ F ∈ R MndHom S → R ∈ Mnd
7 5 6 syl ⊢ φ → R ∈ Mnd
8 1 pwsmnd ⊢ R ∈ Mnd ∧ A ∈ V → Y ∈ Mnd
9 7 4 8 syl2anc ⊢ φ → Y ∈ Mnd
10 mhmrcl2 ⊢ F ∈ R MndHom S → S ∈ Mnd
11 5 10 syl ⊢ φ → S ∈ Mnd
12 2 pwsmnd ⊢ S ∈ Mnd ∧ A ∈ V → Z ∈ Mnd
13 11 4 12 syl2anc ⊢ φ → Z ∈ Mnd
14 eqid ⊢ Base R = Base R
15 eqid ⊢ Base S = Base S
16 14 15 mhmf ⊢ F ∈ R MndHom S → F : Base R ⟶ Base S
17 5 16 syl ⊢ φ → F : Base R ⟶ Base S
18 7 adantr ⊢ φ ∧ g ∈ B → R ∈ Mnd
19 4 adantr ⊢ φ ∧ g ∈ B → A ∈ V
20 simpr ⊢ φ ∧ g ∈ B → g ∈ B
21 1 14 3 18 19 20 pwselbas ⊢ φ ∧ g ∈ B → g : A ⟶ Base R
22 fco ⊢ F : Base R ⟶ Base S ∧ g : A ⟶ Base R → F ∘ g : A ⟶ Base S
23 17 21 22 syl2an2r ⊢ φ ∧ g ∈ B → F ∘ g : A ⟶ Base S
24 eqid ⊢ Base Z = Base Z
25 2 15 24 pwselbasb ⊢ S ∈ Mnd ∧ A ∈ V → F ∘ g ∈ Base Z ↔ F ∘ g : A ⟶ Base S
26 11 19 25 syl2an2r ⊢ φ ∧ g ∈ B → F ∘ g ∈ Base Z ↔ F ∘ g : A ⟶ Base S
27 23 26 mpbird ⊢ φ ∧ g ∈ B → F ∘ g ∈ Base Z
28 27 fmpttd ⊢ φ → g ∈ B ⟼ F ∘ g : B ⟶ Base Z
29 5 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → F ∈ R MndHom S
30 29 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ w ∈ A → F ∈ R MndHom S
31 29 6 syl ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → R ∈ Mnd
32 4 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → A ∈ V
33 simprl ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x ∈ B
34 1 14 3 31 32 33 pwselbas ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x : A ⟶ Base R
35 34 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ w ∈ A → x ⁡ w ∈ Base R
36 simprr ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → y ∈ B
37 1 14 3 31 32 36 pwselbas ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → y : A ⟶ Base R
38 37 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ w ∈ A → y ⁡ w ∈ Base R
39 eqid ⊢ + R = + R
40 eqid ⊢ + S = + S
41 14 39 40 mhmlin ⊢ F ∈ R MndHom S ∧ x ⁡ w ∈ Base R ∧ y ⁡ w ∈ Base R → F ⁡ x ⁡ w + R y ⁡ w = F ⁡ x ⁡ w + S F ⁡ y ⁡ w
42 30 35 38 41 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ w ∈ A → F ⁡ x ⁡ w + R y ⁡ w = F ⁡ x ⁡ w + S F ⁡ y ⁡ w
43 42 mpteq2dva ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → w ∈ A ⟼ F ⁡ x ⁡ w + R y ⁡ w = w ∈ A ⟼ F ⁡ x ⁡ w + S F ⁡ y ⁡ w
44 fvexd ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ w ∈ A → F ⁡ x ⁡ w ∈ V
45 fvexd ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ w ∈ A → F ⁡ y ⁡ w ∈ V
46 34 feqmptd ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x = w ∈ A ⟼ x ⁡ w
47 29 16 syl ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → F : Base R ⟶ Base S
48 47 feqmptd ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → F = z ∈ Base R ⟼ F ⁡ z
49 fveq2 ⊢ z = x ⁡ w → F ⁡ z = F ⁡ x ⁡ w
50 35 46 48 49 fmptco ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → F ∘ x = w ∈ A ⟼ F ⁡ x ⁡ w
51 37 feqmptd ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → y = w ∈ A ⟼ y ⁡ w
52 fveq2 ⊢ z = y ⁡ w → F ⁡ z = F ⁡ y ⁡ w
53 38 51 48 52 fmptco ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → F ∘ y = w ∈ A ⟼ F ⁡ y ⁡ w
54 32 44 45 50 53 offval2 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → F ∘ x + S f F ∘ y = w ∈ A ⟼ F ⁡ x ⁡ w + S F ⁡ y ⁡ w
55 43 54 eqtr4d ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → w ∈ A ⟼ F ⁡ x ⁡ w + R y ⁡ w = F ∘ x + S f F ∘ y
56 31 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ w ∈ A → R ∈ Mnd
57 14 39 mndcl ⊢ R ∈ Mnd ∧ x ⁡ w ∈ Base R ∧ y ⁡ w ∈ Base R → x ⁡ w + R y ⁡ w ∈ Base R
58 56 35 38 57 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ w ∈ A → x ⁡ w + R y ⁡ w ∈ Base R
59 eqid ⊢ + Y = + Y
60 1 3 31 32 33 36 39 59 pwsplusgval ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + Y y = x + R f y
61 fvexd ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ w ∈ A → x ⁡ w ∈ V
62 fvexd ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ w ∈ A → y ⁡ w ∈ V
63 32 61 62 46 51 offval2 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + R f y = w ∈ A ⟼ x ⁡ w + R y ⁡ w
64 60 63 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + Y y = w ∈ A ⟼ x ⁡ w + R y ⁡ w
65 fveq2 ⊢ z = x ⁡ w + R y ⁡ w → F ⁡ z = F ⁡ x ⁡ w + R y ⁡ w
66 58 64 48 65 fmptco ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → F ∘ x + Y y = w ∈ A ⟼ F ⁡ x ⁡ w + R y ⁡ w
67 29 10 syl ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → S ∈ Mnd
68 fco ⊢ F : Base R ⟶ Base S ∧ x : A ⟶ Base R → F ∘ x : A ⟶ Base S
69 47 34 68 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → F ∘ x : A ⟶ Base S
70 2 15 24 pwselbasb ⊢ S ∈ Mnd ∧ A ∈ V → F ∘ x ∈ Base Z ↔ F ∘ x : A ⟶ Base S
71 67 32 70 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → F ∘ x ∈ Base Z ↔ F ∘ x : A ⟶ Base S
72 69 71 mpbird ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → F ∘ x ∈ Base Z
73 fco ⊢ F : Base R ⟶ Base S ∧ y : A ⟶ Base R → F ∘ y : A ⟶ Base S
74 47 37 73 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → F ∘ y : A ⟶ Base S
75 2 15 24 pwselbasb ⊢ S ∈ Mnd ∧ A ∈ V → F ∘ y ∈ Base Z ↔ F ∘ y : A ⟶ Base S
76 67 32 75 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → F ∘ y ∈ Base Z ↔ F ∘ y : A ⟶ Base S
77 74 76 mpbird ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → F ∘ y ∈ Base Z
78 eqid ⊢ + Z = + Z
79 2 24 67 32 72 77 40 78 pwsplusgval ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → F ∘ x + Z F ∘ y = F ∘ x + S f F ∘ y
80 55 66 79 3eqtr4d ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → F ∘ x + Y y = F ∘ x + Z F ∘ y
81 eqid ⊢ g ∈ B ⟼ F ∘ g = g ∈ B ⟼ F ∘ g
82 coeq2 ⊢ g = x + Y y → F ∘ g = F ∘ x + Y y
83 3 59 mndcl ⊢ Y ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + Y y ∈ B
84 83 3expb ⊢ Y ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + Y y ∈ B
85 9 84 sylan ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + Y y ∈ B
86 coexg ⊢ F ∈ R MndHom S ∧ x + Y y ∈ B → F ∘ x + Y y ∈ V
87 5 85 86 syl2an2r ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → F ∘ x + Y y ∈ V
88 81 82 85 87 fvmptd3 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → g ∈ B ⟼ F ∘ g ⁡ x + Y y = F ∘ x + Y y
89 coeq2 ⊢ g = x → F ∘ g = F ∘ x
90 81 89 33 72 fvmptd3 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → g ∈ B ⟼ F ∘ g ⁡ x = F ∘ x
91 coeq2 ⊢ g = y → F ∘ g = F ∘ y
92 81 91 36 77 fvmptd3 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → g ∈ B ⟼ F ∘ g ⁡ y = F ∘ y
93 90 92 oveq12d ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → g ∈ B ⟼ F ∘ g ⁡ x + Z g ∈ B ⟼ F ∘ g ⁡ y = F ∘ x + Z F ∘ y
94 80 88 93 3eqtr4d ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → g ∈ B ⟼ F ∘ g ⁡ x + Y y = g ∈ B ⟼ F ∘ g ⁡ x + Z g ∈ B ⟼ F ∘ g ⁡ y
95 94 ralrimivva ⊢ φ → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B g ∈ B ⟼ F ∘ g ⁡ x + Y y = g ∈ B ⟼ F ∘ g ⁡ x + Z g ∈ B ⟼ F ∘ g ⁡ y
96 coeq2 ⊢ g = 0 Y → F ∘ g = F ∘ 0 Y
97 eqid ⊢ 0 Y = 0 Y
98 3 97 mndidcl ⊢ Y ∈ Mnd → 0 Y ∈ B
99 9 98 syl ⊢ φ → 0 Y ∈ B
100 coexg ⊢ F ∈ R MndHom S ∧ 0 Y ∈ B → F ∘ 0 Y ∈ V
101 5 99 100 syl2anc ⊢ φ → F ∘ 0 Y ∈ V
102 81 96 99 101 fvmptd3 ⊢ φ → g ∈ B ⟼ F ∘ g ⁡ 0 Y = F ∘ 0 Y
103 17 ffnd ⊢ φ → F Fn Base R
104 eqid ⊢ 0 R = 0 R
105 14 104 mndidcl ⊢ R ∈ Mnd → 0 R ∈ Base R
106 7 105 syl ⊢ φ → 0 R ∈ Base R
107 fcoconst ⊢ F Fn Base R ∧ 0 R ∈ Base R → F ∘ A × 0 R = A × F ⁡ 0 R
108 103 106 107 syl2anc ⊢ φ → F ∘ A × 0 R = A × F ⁡ 0 R
109 1 104 pws0g ⊢ R ∈ Mnd ∧ A ∈ V → A × 0 R = 0 Y
110 7 4 109 syl2anc ⊢ φ → A × 0 R = 0 Y
111 110 coeq2d ⊢ φ → F ∘ A × 0 R = F ∘ 0 Y
112 eqid ⊢ 0 S = 0 S
113 104 112 mhm0 ⊢ F ∈ R MndHom S → F ⁡ 0 R = 0 S
114 5 113 syl ⊢ φ → F ⁡ 0 R = 0 S
115 114 sneqd ⊢ φ → F ⁡ 0 R = 0 S
116 115 xpeq2d ⊢ φ → A × F ⁡ 0 R = A × 0 S
117 108 111 116 3eqtr3d ⊢ φ → F ∘ 0 Y = A × 0 S
118 2 112 pws0g ⊢ S ∈ Mnd ∧ A ∈ V → A × 0 S = 0 Z
119 11 4 118 syl2anc ⊢ φ → A × 0 S = 0 Z
120 102 117 119 3eqtrd ⊢ φ → g ∈ B ⟼ F ∘ g ⁡ 0 Y = 0 Z
121 28 95 120 3jca ⊢ φ → g ∈ B ⟼ F ∘ g : B ⟶ Base Z ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B g ∈ B ⟼ F ∘ g ⁡ x + Y y = g ∈ B ⟼ F ∘ g ⁡ x + Z g ∈ B ⟼ F ∘ g ⁡ y ∧ g ∈ B ⟼ F ∘ g ⁡ 0 Y = 0 Z
122 eqid ⊢ 0 Z = 0 Z
123 3 24 59 78 97 122 ismhm ⊢ g ∈ B ⟼ F ∘ g ∈ Y MndHom Z ↔ Y ∈ Mnd ∧ Z ∈ Mnd ∧ g ∈ B ⟼ F ∘ g : B ⟶ Base Z ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B g ∈ B ⟼ F ∘ g ⁡ x + Y y = g ∈ B ⟼ F ∘ g ⁡ x + Z g ∈ B ⟼ F ∘ g ⁡ y ∧ g ∈ B ⟼ F ∘ g ⁡ 0 Y = 0 Z
124 9 13 121 123 syl21anbrc ⊢ φ → g ∈ B ⟼ F ∘ g ∈ Y MndHom Z