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Theorem mgmhmima

Description: The homomorphic image of a submagma is a submagma. (Contributed by AV, 27-Feb-2020)

Ref Expression
Assertion mgmhmima ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) → ( 𝐹𝑋 ) ∈ ( SubMgm ‘ 𝑁 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 imassrn ( 𝐹𝑋 ) ⊆ ran 𝐹
2 eqid ( Base ‘ 𝑀 ) = ( Base ‘ 𝑀 )
3 eqid ( Base ‘ 𝑁 ) = ( Base ‘ 𝑁 )
4 2 3 mgmhmf ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) → 𝐹 : ( Base ‘ 𝑀 ) ⟶ ( Base ‘ 𝑁 ) )
5 4 adantr ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) → 𝐹 : ( Base ‘ 𝑀 ) ⟶ ( Base ‘ 𝑁 ) )
6 5 frnd ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) → ran 𝐹 ⊆ ( Base ‘ 𝑁 ) )
7 1 6 sstrid ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) → ( 𝐹𝑋 ) ⊆ ( Base ‘ 𝑁 ) )
8 simpll ( ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑥𝑋 ) ) → 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) )
9 2 submgmss ( 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) → 𝑋 ⊆ ( Base ‘ 𝑀 ) )
10 9 adantl ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) → 𝑋 ⊆ ( Base ‘ 𝑀 ) )
11 10 adantr ( ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑥𝑋 ) ) → 𝑋 ⊆ ( Base ‘ 𝑀 ) )
12 simprl ( ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑥𝑋 ) ) → 𝑧𝑋 )
13 11 12 sseldd ( ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑥𝑋 ) ) → 𝑧 ∈ ( Base ‘ 𝑀 ) )
14 simprr ( ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑥𝑋 ) ) → 𝑥𝑋 )
15 11 14 sseldd ( ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑥𝑋 ) ) → 𝑥 ∈ ( Base ‘ 𝑀 ) )
16 eqid ( +g𝑀 ) = ( +g𝑀 )
17 eqid ( +g𝑁 ) = ( +g𝑁 )
18 2 16 17 mgmhmlin ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑧 ∈ ( Base ‘ 𝑀 ) ∧ 𝑥 ∈ ( Base ‘ 𝑀 ) ) → ( 𝐹 ‘ ( 𝑧 ( +g𝑀 ) 𝑥 ) ) = ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) ( 𝐹𝑥 ) ) )
19 8 13 15 18 syl3anc ( ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑥𝑋 ) ) → ( 𝐹 ‘ ( 𝑧 ( +g𝑀 ) 𝑥 ) ) = ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) ( 𝐹𝑥 ) ) )
20 5 ffnd ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) → 𝐹 Fn ( Base ‘ 𝑀 ) )
21 20 adantr ( ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑥𝑋 ) ) → 𝐹 Fn ( Base ‘ 𝑀 ) )
22 16 submgmcl ( ( 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ∧ 𝑧𝑋𝑥𝑋 ) → ( 𝑧 ( +g𝑀 ) 𝑥 ) ∈ 𝑋 )
23 22 3expb ( ( 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑥𝑋 ) ) → ( 𝑧 ( +g𝑀 ) 𝑥 ) ∈ 𝑋 )
24 23 adantll ( ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑥𝑋 ) ) → ( 𝑧 ( +g𝑀 ) 𝑥 ) ∈ 𝑋 )
25 fnfvima ( ( 𝐹 Fn ( Base ‘ 𝑀 ) ∧ 𝑋 ⊆ ( Base ‘ 𝑀 ) ∧ ( 𝑧 ( +g𝑀 ) 𝑥 ) ∈ 𝑋 ) → ( 𝐹 ‘ ( 𝑧 ( +g𝑀 ) 𝑥 ) ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) )
26 21 11 24 25 syl3anc ( ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑥𝑋 ) ) → ( 𝐹 ‘ ( 𝑧 ( +g𝑀 ) 𝑥 ) ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) )
27 19 26 eqeltrrd ( ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑥𝑋 ) ) → ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) ( 𝐹𝑥 ) ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) )
28 27 anassrs ( ( ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) ∧ 𝑥𝑋 ) → ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) ( 𝐹𝑥 ) ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) )
29 28 ralrimiva ( ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → ∀ 𝑥𝑋 ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) ( 𝐹𝑥 ) ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) )
30 oveq2 ( 𝑦 = ( 𝐹𝑥 ) → ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) 𝑦 ) = ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) ( 𝐹𝑥 ) ) )
31 30 eleq1d ( 𝑦 = ( 𝐹𝑥 ) → ( ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) ↔ ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) ( 𝐹𝑥 ) ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) ) )
32 31 ralima ( ( 𝐹 Fn ( Base ‘ 𝑀 ) ∧ 𝑋 ⊆ ( Base ‘ 𝑀 ) ) → ( ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐹𝑋 ) ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) ↔ ∀ 𝑥𝑋 ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) ( 𝐹𝑥 ) ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) ) )
33 20 10 32 syl2anc ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) → ( ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐹𝑋 ) ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) ↔ ∀ 𝑥𝑋 ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) ( 𝐹𝑥 ) ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) ) )
34 33 adantr ( ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → ( ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐹𝑋 ) ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) ↔ ∀ 𝑥𝑋 ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) ( 𝐹𝑥 ) ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) ) )
35 29 34 mpbird ( ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐹𝑋 ) ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) )
36 35 ralrimiva ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) → ∀ 𝑧𝑋𝑦 ∈ ( 𝐹𝑋 ) ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) )
37 oveq1 ( 𝑥 = ( 𝐹𝑧 ) → ( 𝑥 ( +g𝑁 ) 𝑦 ) = ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) 𝑦 ) )
38 37 eleq1d ( 𝑥 = ( 𝐹𝑧 ) → ( ( 𝑥 ( +g𝑁 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) ↔ ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) ) )
39 38 ralbidv ( 𝑥 = ( 𝐹𝑧 ) → ( ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐹𝑋 ) ( 𝑥 ( +g𝑁 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) ↔ ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐹𝑋 ) ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) ) )
40 39 ralima ( ( 𝐹 Fn ( Base ‘ 𝑀 ) ∧ 𝑋 ⊆ ( Base ‘ 𝑀 ) ) → ( ∀ 𝑥 ∈ ( 𝐹𝑋 ) ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐹𝑋 ) ( 𝑥 ( +g𝑁 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) ↔ ∀ 𝑧𝑋𝑦 ∈ ( 𝐹𝑋 ) ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) ) )
41 20 10 40 syl2anc ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) → ( ∀ 𝑥 ∈ ( 𝐹𝑋 ) ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐹𝑋 ) ( 𝑥 ( +g𝑁 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) ↔ ∀ 𝑧𝑋𝑦 ∈ ( 𝐹𝑋 ) ( ( 𝐹𝑧 ) ( +g𝑁 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) ) )
42 36 41 mpbird ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) → ∀ 𝑥 ∈ ( 𝐹𝑋 ) ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐹𝑋 ) ( 𝑥 ( +g𝑁 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) )
43 mgmhmrcl ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) → ( 𝑀 ∈ Mgm ∧ 𝑁 ∈ Mgm ) )
44 43 simprd ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) → 𝑁 ∈ Mgm )
45 44 adantr ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) → 𝑁 ∈ Mgm )
46 3 17 issubmgm ( 𝑁 ∈ Mgm → ( ( 𝐹𝑋 ) ∈ ( SubMgm ‘ 𝑁 ) ↔ ( ( 𝐹𝑋 ) ⊆ ( Base ‘ 𝑁 ) ∧ ∀ 𝑥 ∈ ( 𝐹𝑋 ) ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐹𝑋 ) ( 𝑥 ( +g𝑁 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) ) ) )
47 45 46 syl ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) → ( ( 𝐹𝑋 ) ∈ ( SubMgm ‘ 𝑁 ) ↔ ( ( 𝐹𝑋 ) ⊆ ( Base ‘ 𝑁 ) ∧ ∀ 𝑥 ∈ ( 𝐹𝑋 ) ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐹𝑋 ) ( 𝑥 ( +g𝑁 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐹𝑋 ) ) ) )
48 7 42 47 mpbir2and ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑀 MgmHom 𝑁 ) ∧ 𝑋 ∈ ( SubMgm ‘ 𝑀 ) ) → ( 𝐹𝑋 ) ∈ ( SubMgm ‘ 𝑁 ) )