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Theorem mndractf1o

Description: An element X of a monoid E is invertible iff its right-translation G is bijective. See also mndlactf1o . Remark in chapter I. of BourbakiAlg1 p. 17 . (Contributed by Thierry Arnoux, 3-Aug-2025)

Ref Expression
Hypotheses mndractf1o.b ⊢ B = Base E
mndractf1o.z ⊢ 0 ˙ = 0 E
mndractf1o.p ⊢ + ˙ = + E
mndractf1o.f ⊢ G = a ∈ B ⟼ a + ˙ X
mndractf1o.e ⊢ φ → E ∈ Mnd
mndractf1o.x ⊢ φ → X ∈ B
Assertion mndractf1o ⊢ φ → G : B ⟶ 1-1 onto B ↔ ∃ y ∈ B X + ˙ y = 0 ˙ ∧ y + ˙ X = 0 ˙

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mndractf1o.b ⊢ B = Base E
2 mndractf1o.z ⊢ 0 ˙ = 0 E
3 mndractf1o.p ⊢ + ˙ = + E
4 mndractf1o.f ⊢ G = a ∈ B ⟼ a + ˙ X
5 mndractf1o.e ⊢ φ → E ∈ Mnd
6 mndractf1o.x ⊢ φ → X ∈ B
7 oveq2 ⊢ v = G -1 ⁡ 0 ˙ → X + ˙ v = X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙
8 7 eqeq1d ⊢ v = G -1 ⁡ 0 ˙ → X + ˙ v = 0 ˙ ↔ X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙ = 0 ˙
9 f1ocnv ⊢ G : B ⟶ 1-1 onto B → G -1 : B ⟶ 1-1 onto B
10 f1of ⊢ G -1 : B ⟶ 1-1 onto B → G -1 : B ⟶ B
11 9 10 syl ⊢ G : B ⟶ 1-1 onto B → G -1 : B ⟶ B
12 11 adantl ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → G -1 : B ⟶ B
13 1 2 mndidcl ⊢ E ∈ Mnd → 0 ˙ ∈ B
14 5 13 syl ⊢ φ → 0 ˙ ∈ B
15 14 adantr ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → 0 ˙ ∈ B
16 12 15 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → G -1 ⁡ 0 ˙ ∈ B
17 f1of1 ⊢ G : B ⟶ 1-1 onto B → G : B ⟶ 1-1 B
18 17 adantl ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → G : B ⟶ 1-1 B
19 5 adantr ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → E ∈ Mnd
20 6 adantr ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → X ∈ B
21 1 3 19 20 16 mndcld ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙ ∈ B
22 21 15 jca ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙ ∈ B ∧ 0 ˙ ∈ B
23 1 3 2 mndlid ⊢ E ∈ Mnd ∧ X ∈ B → 0 ˙ + ˙ X = X
24 19 20 23 syl2anc ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → 0 ˙ + ˙ X = X
25 oveq1 ⊢ a = 0 ˙ → a + ˙ X = 0 ˙ + ˙ X
26 ovexd ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → 0 ˙ + ˙ X ∈ V
27 4 25 15 26 fvmptd3 ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → G ⁡ 0 ˙ = 0 ˙ + ˙ X
28 oveq1 ⊢ a = X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙ → a + ˙ X = X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙ + ˙ X
29 ovexd ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙ + ˙ X ∈ V
30 4 28 21 29 fvmptd3 ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → G ⁡ X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙ = X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙ + ˙ X
31 1 3 19 20 16 20 mndassd ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙ + ˙ X = X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙ + ˙ X
32 oveq1 ⊢ a = G -1 ⁡ 0 ˙ → a + ˙ X = G -1 ⁡ 0 ˙ + ˙ X
33 ovexd ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → G -1 ⁡ 0 ˙ + ˙ X ∈ V
34 4 32 16 33 fvmptd3 ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → G ⁡ G -1 ⁡ 0 ˙ = G -1 ⁡ 0 ˙ + ˙ X
35 simpr ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → G : B ⟶ 1-1 onto B
36 f1ocnvfv2 ⊢ G : B ⟶ 1-1 onto B ∧ 0 ˙ ∈ B → G ⁡ G -1 ⁡ 0 ˙ = 0 ˙
37 35 15 36 syl2anc ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → G ⁡ G -1 ⁡ 0 ˙ = 0 ˙
38 34 37 eqtr3d ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → G -1 ⁡ 0 ˙ + ˙ X = 0 ˙
39 38 oveq2d ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙ + ˙ X = X + ˙ 0 ˙
40 1 3 2 mndrid ⊢ E ∈ Mnd ∧ X ∈ B → X + ˙ 0 ˙ = X
41 19 20 40 syl2anc ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → X + ˙ 0 ˙ = X
42 31 39 41 3eqtrd ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙ + ˙ X = X
43 30 42 eqtrd ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → G ⁡ X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙ = X
44 24 27 43 3eqtr4rd ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → G ⁡ X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙ = G ⁡ 0 ˙
45 f1fveq ⊢ G : B ⟶ 1-1 B ∧ X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙ ∈ B ∧ 0 ˙ ∈ B → G ⁡ X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙ = G ⁡ 0 ˙ ↔ X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙ = 0 ˙
46 45 biimpa ⊢ G : B ⟶ 1-1 B ∧ X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙ ∈ B ∧ 0 ˙ ∈ B ∧ G ⁡ X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙ = G ⁡ 0 ˙ → X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙ = 0 ˙
47 18 22 44 46 syl21anc ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → X + ˙ G -1 ⁡ 0 ˙ = 0 ˙
48 8 16 47 rspcedvdw ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → ∃ v ∈ B X + ˙ v = 0 ˙
49 f1ofo ⊢ G : B ⟶ 1-1 onto B → G : B ⟶ onto B
50 1 2 3 4 5 6 mndractfo ⊢ φ → G : B ⟶ onto B ↔ ∃ w ∈ B w + ˙ X = 0 ˙
51 50 biimpa ⊢ φ ∧ G : B ⟶ onto B → ∃ w ∈ B w + ˙ X = 0 ˙
52 49 51 sylan2 ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → ∃ w ∈ B w + ˙ X = 0 ˙
53 48 52 jca ⊢ φ ∧ G : B ⟶ 1-1 onto B → ∃ v ∈ B X + ˙ v = 0 ˙ ∧ ∃ w ∈ B w + ˙ X = 0 ˙
54 5 ad2antrr ⊢ φ ∧ v ∈ B ∧ X + ˙ v = 0 ˙ → E ∈ Mnd
55 6 ad2antrr ⊢ φ ∧ v ∈ B ∧ X + ˙ v = 0 ˙ → X ∈ B
56 simplr ⊢ φ ∧ v ∈ B ∧ X + ˙ v = 0 ˙ → v ∈ B
57 simpr ⊢ φ ∧ v ∈ B ∧ X + ˙ v = 0 ˙ → X + ˙ v = 0 ˙
58 1 2 3 4 54 55 56 57 mndractf1 ⊢ φ ∧ v ∈ B ∧ X + ˙ v = 0 ˙ → G : B ⟶ 1-1 B
59 58 r19.29an ⊢ φ ∧ ∃ v ∈ B X + ˙ v = 0 ˙ → G : B ⟶ 1-1 B
60 50 biimpar ⊢ φ ∧ ∃ w ∈ B w + ˙ X = 0 ˙ → G : B ⟶ onto B
61 59 60 anim12dan ⊢ φ ∧ ∃ v ∈ B X + ˙ v = 0 ˙ ∧ ∃ w ∈ B w + ˙ X = 0 ˙ → G : B ⟶ 1-1 B ∧ G : B ⟶ onto B
62 df-f1o ⊢ G : B ⟶ 1-1 onto B ↔ G : B ⟶ 1-1 B ∧ G : B ⟶ onto B
63 61 62 sylibr ⊢ φ ∧ ∃ v ∈ B X + ˙ v = 0 ˙ ∧ ∃ w ∈ B w + ˙ X = 0 ˙ → G : B ⟶ 1-1 onto B
64 53 63 impbida ⊢ φ → G : B ⟶ 1-1 onto B ↔ ∃ v ∈ B X + ˙ v = 0 ˙ ∧ ∃ w ∈ B w + ˙ X = 0 ˙
65 1 2 3 5 6 mndlrinvb ⊢ φ → ∃ v ∈ B X + ˙ v = 0 ˙ ∧ ∃ w ∈ B w + ˙ X = 0 ˙ ↔ ∃ y ∈ B X + ˙ y = 0 ˙ ∧ y + ˙ X = 0 ˙
66 64 65 bitrd ⊢ φ → G : B ⟶ 1-1 onto B ↔ ∃ y ∈ B X + ˙ y = 0 ˙ ∧ y + ˙ X = 0 ˙