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Theorem mhpsubg

Description: Homogeneous polynomials form a subgroup of the polynomials. (Contributed by SN, 25-Sep-2023)

Ref Expression
Hypotheses mhpsubg.h 𝐻 = ( 𝐼 mHomP 𝑅 )
mhpsubg.p 𝑃 = ( 𝐼 mPoly 𝑅 )
mhpsubg.i ( 𝜑𝐼𝑉 )
mhpsubg.r ( 𝜑𝑅 ∈ Grp )
mhpsubg.n ( 𝜑𝑁 ∈ ℕ0 )
Assertion mhpsubg ( 𝜑 → ( 𝐻𝑁 ) ∈ ( SubGrp ‘ 𝑃 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mhpsubg.h 𝐻 = ( 𝐼 mHomP 𝑅 )
2 mhpsubg.p 𝑃 = ( 𝐼 mPoly 𝑅 )
3 mhpsubg.i ( 𝜑𝐼𝑉 )
4 mhpsubg.r ( 𝜑𝑅 ∈ Grp )
5 mhpsubg.n ( 𝜑𝑁 ∈ ℕ0 )
6 eqid ( Base ‘ 𝑃 ) = ( Base ‘ 𝑃 )
7 3 adantr ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) → 𝐼𝑉 )
8 4 adantr ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) → 𝑅 ∈ Grp )
9 5 adantr ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) → 𝑁 ∈ ℕ0 )
10 simpr ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) → 𝑥 ∈ ( 𝐻𝑁 ) )
11 1 2 6 7 8 9 10 mhpmpl ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) → 𝑥 ∈ ( Base ‘ 𝑃 ) )
12 11 ex ( 𝜑 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐻𝑁 ) → 𝑥 ∈ ( Base ‘ 𝑃 ) ) )
13 12 ssrdv ( 𝜑 → ( 𝐻𝑁 ) ⊆ ( Base ‘ 𝑃 ) )
14 eqid ( 0g𝑅 ) = ( 0g𝑅 )
15 eqid { ∈ ( ℕ0m 𝐼 ) ∣ ( “ ℕ ) ∈ Fin } = { ∈ ( ℕ0m 𝐼 ) ∣ ( “ ℕ ) ∈ Fin }
16 1 14 15 3 4 5 mhp0cl ( 𝜑 → ( { ∈ ( ℕ0m 𝐼 ) ∣ ( “ ℕ ) ∈ Fin } × { ( 0g𝑅 ) } ) ∈ ( 𝐻𝑁 ) )
17 16 ne0d ( 𝜑 → ( 𝐻𝑁 ) ≠ ∅ )
18 eqid ( +g𝑃 ) = ( +g𝑃 )
19 7 adantr ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) → 𝐼𝑉 )
20 8 adantr ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) → 𝑅 ∈ Grp )
21 9 adantr ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) → 𝑁 ∈ ℕ0 )
22 simplr ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) → 𝑥 ∈ ( 𝐻𝑁 ) )
23 simpr ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) → 𝑦 ∈ ( 𝐻𝑁 ) )
24 1 2 18 19 20 21 22 23 mhpaddcl ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) → ( 𝑥 ( +g𝑃 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐻𝑁 ) )
25 24 ralrimiva ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) → ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ( 𝑥 ( +g𝑃 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐻𝑁 ) )
26 eqid ( invg𝑃 ) = ( invg𝑃 )
27 1 2 26 7 8 9 10 mhpinvcl ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) → ( ( invg𝑃 ) ‘ 𝑥 ) ∈ ( 𝐻𝑁 ) )
28 25 27 jca ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) → ( ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ( 𝑥 ( +g𝑃 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐻𝑁 ) ∧ ( ( invg𝑃 ) ‘ 𝑥 ) ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) )
29 28 ralrimiva ( 𝜑 → ∀ 𝑥 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ( ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ( 𝑥 ( +g𝑃 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐻𝑁 ) ∧ ( ( invg𝑃 ) ‘ 𝑥 ) ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) )
30 2 mplgrp ( ( 𝐼𝑉𝑅 ∈ Grp ) → 𝑃 ∈ Grp )
31 3 4 30 syl2anc ( 𝜑𝑃 ∈ Grp )
32 6 18 26 issubg2 ( 𝑃 ∈ Grp → ( ( 𝐻𝑁 ) ∈ ( SubGrp ‘ 𝑃 ) ↔ ( ( 𝐻𝑁 ) ⊆ ( Base ‘ 𝑃 ) ∧ ( 𝐻𝑁 ) ≠ ∅ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ( ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ( 𝑥 ( +g𝑃 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐻𝑁 ) ∧ ( ( invg𝑃 ) ‘ 𝑥 ) ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) ) ) )
33 31 32 syl ( 𝜑 → ( ( 𝐻𝑁 ) ∈ ( SubGrp ‘ 𝑃 ) ↔ ( ( 𝐻𝑁 ) ⊆ ( Base ‘ 𝑃 ) ∧ ( 𝐻𝑁 ) ≠ ∅ ∧ ∀ 𝑥 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ( ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐻𝑁 ) ( 𝑥 ( +g𝑃 ) 𝑦 ) ∈ ( 𝐻𝑁 ) ∧ ( ( invg𝑃 ) ‘ 𝑥 ) ∈ ( 𝐻𝑁 ) ) ) ) )
34 13 17 29 33 mpbir3and ( 𝜑 → ( 𝐻𝑁 ) ∈ ( SubGrp ‘ 𝑃 ) )