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Theorem mndlactfo

Description: An element X of a monoid E is left-invertible iff its left-translation F is surjective. See also grplactf1o . (Contributed by Thierry Arnoux, 3-Aug-2025)

Ref Expression
Hypotheses mndlactfo.b ⊢ B = Base E
mndlactfo.z ⊢ 0 ˙ = 0 E
mndlactfo.p ⊢ + ˙ = + E
mndlactfo.f ⊢ F = a ∈ B ⟼ X + ˙ a
mndlactfo.e ⊢ φ → E ∈ Mnd
mndlactfo.x ⊢ φ → X ∈ B
Assertion mndlactfo ⊢ φ → F : B ⟶ onto B ↔ ∃ y ∈ B X + ˙ y = 0 ˙

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mndlactfo.b ⊢ B = Base E
2 mndlactfo.z ⊢ 0 ˙ = 0 E
3 mndlactfo.p ⊢ + ˙ = + E
4 mndlactfo.f ⊢ F = a ∈ B ⟼ X + ˙ a
5 mndlactfo.e ⊢ φ → E ∈ Mnd
6 mndlactfo.x ⊢ φ → X ∈ B
7 simpr ⊢ φ ∧ F : B ⟶ onto B → F : B ⟶ onto B
8 1 2 mndidcl ⊢ E ∈ Mnd → 0 ˙ ∈ B
9 5 8 syl ⊢ φ → 0 ˙ ∈ B
10 9 adantr ⊢ φ ∧ F : B ⟶ onto B → 0 ˙ ∈ B
11 foelcdmi ⊢ F : B ⟶ onto B ∧ 0 ˙ ∈ B → ∃ y ∈ B F ⁡ y = 0 ˙
12 7 10 11 syl2anc ⊢ φ ∧ F : B ⟶ onto B → ∃ y ∈ B F ⁡ y = 0 ˙
13 oveq2 ⊢ a = y → X + ˙ a = X + ˙ y
14 simpr ⊢ φ ∧ F : B ⟶ onto B ∧ y ∈ B → y ∈ B
15 ovexd ⊢ φ ∧ F : B ⟶ onto B ∧ y ∈ B → X + ˙ y ∈ V
16 4 13 14 15 fvmptd3 ⊢ φ ∧ F : B ⟶ onto B ∧ y ∈ B → F ⁡ y = X + ˙ y
17 16 eqeq1d ⊢ φ ∧ F : B ⟶ onto B ∧ y ∈ B → F ⁡ y = 0 ˙ ↔ X + ˙ y = 0 ˙
18 17 biimpd ⊢ φ ∧ F : B ⟶ onto B ∧ y ∈ B → F ⁡ y = 0 ˙ → X + ˙ y = 0 ˙
19 18 reximdva ⊢ φ ∧ F : B ⟶ onto B → ∃ y ∈ B F ⁡ y = 0 ˙ → ∃ y ∈ B X + ˙ y = 0 ˙
20 12 19 mpd ⊢ φ ∧ F : B ⟶ onto B → ∃ y ∈ B X + ˙ y = 0 ˙
21 5 adantr ⊢ φ ∧ a ∈ B → E ∈ Mnd
22 6 adantr ⊢ φ ∧ a ∈ B → X ∈ B
23 simpr ⊢ φ ∧ a ∈ B → a ∈ B
24 1 3 21 22 23 mndcld ⊢ φ ∧ a ∈ B → X + ˙ a ∈ B
25 24 4 fmptd ⊢ φ → F : B ⟶ B
26 25 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ X + ˙ y = 0 ˙ → F : B ⟶ B
27 fveq2 ⊢ x = y + ˙ z → F ⁡ x = F ⁡ y + ˙ z
28 27 eqeq2d ⊢ x = y + ˙ z → z = F ⁡ x ↔ z = F ⁡ y + ˙ z
29 5 ad3antrrr ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ X + ˙ y = 0 ˙ ∧ z ∈ B → E ∈ Mnd
30 simpllr ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ X + ˙ y = 0 ˙ ∧ z ∈ B → y ∈ B
31 simpr ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ X + ˙ y = 0 ˙ ∧ z ∈ B → z ∈ B
32 1 3 29 30 31 mndcld ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ X + ˙ y = 0 ˙ ∧ z ∈ B → y + ˙ z ∈ B
33 6 ad3antrrr ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ X + ˙ y = 0 ˙ ∧ z ∈ B → X ∈ B
34 1 3 29 33 30 31 mndassd ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ X + ˙ y = 0 ˙ ∧ z ∈ B → X + ˙ y + ˙ z = X + ˙ y + ˙ z
35 simplr ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ X + ˙ y = 0 ˙ ∧ z ∈ B → X + ˙ y = 0 ˙
36 35 oveq1d ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ X + ˙ y = 0 ˙ ∧ z ∈ B → X + ˙ y + ˙ z = 0 ˙ + ˙ z
37 1 3 2 mndlid ⊢ E ∈ Mnd ∧ z ∈ B → 0 ˙ + ˙ z = z
38 29 31 37 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ X + ˙ y = 0 ˙ ∧ z ∈ B → 0 ˙ + ˙ z = z
39 36 38 eqtr2d ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ X + ˙ y = 0 ˙ ∧ z ∈ B → z = X + ˙ y + ˙ z
40 oveq2 ⊢ a = y + ˙ z → X + ˙ a = X + ˙ y + ˙ z
41 ovexd ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ X + ˙ y = 0 ˙ ∧ z ∈ B → X + ˙ y + ˙ z ∈ V
42 4 40 32 41 fvmptd3 ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ X + ˙ y = 0 ˙ ∧ z ∈ B → F ⁡ y + ˙ z = X + ˙ y + ˙ z
43 34 39 42 3eqtr4d ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ X + ˙ y = 0 ˙ ∧ z ∈ B → z = F ⁡ y + ˙ z
44 28 32 43 rspcedvdw ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ X + ˙ y = 0 ˙ ∧ z ∈ B → ∃ x ∈ B z = F ⁡ x
45 44 ralrimiva ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ X + ˙ y = 0 ˙ → ∀ z ∈ B ∃ x ∈ B z = F ⁡ x
46 dffo3 ⊢ F : B ⟶ onto B ↔ F : B ⟶ B ∧ ∀ z ∈ B ∃ x ∈ B z = F ⁡ x
47 26 45 46 sylanbrc ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ X + ˙ y = 0 ˙ → F : B ⟶ onto B
48 47 r19.29an ⊢ φ ∧ ∃ y ∈ B X + ˙ y = 0 ˙ → F : B ⟶ onto B
49 20 48 impbida ⊢ φ → F : B ⟶ onto B ↔ ∃ y ∈ B X + ˙ y = 0 ˙