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Theorem mndractfo

Description: An element X of a monoid E is right-invertible iff its right-translation G is surjective. (Contributed by Thierry Arnoux, 3-Aug-2025)

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

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mndractfo.b ⊢ B = Base E
2 mndractfo.z ⊢ 0 ˙ = 0 E
3 mndractfo.p ⊢ + ˙ = + E
4 mndractfo.f ⊢ G = a ∈ B ⟼ a + ˙ X
5 mndractfo.e ⊢ φ → E ∈ Mnd
6 mndractfo.x ⊢ φ → X ∈ B
7 simpr ⊢ φ ∧ G : B ⟶ onto B → G : B ⟶ onto B
8 1 2 mndidcl ⊢ E ∈ Mnd → 0 ˙ ∈ B
9 5 8 syl ⊢ φ → 0 ˙ ∈ B
10 9 adantr ⊢ φ ∧ G : B ⟶ onto B → 0 ˙ ∈ B
11 foelcdmi ⊢ G : B ⟶ onto B ∧ 0 ˙ ∈ B → ∃ y ∈ B G ⁡ y = 0 ˙
12 7 10 11 syl2anc ⊢ φ ∧ G : B ⟶ onto B → ∃ y ∈ B G ⁡ y = 0 ˙
13 oveq1 ⊢ a = y → a + ˙ X = y + ˙ X
14 simpr ⊢ φ ∧ G : B ⟶ onto B ∧ y ∈ B → y ∈ B
15 ovexd ⊢ φ ∧ G : B ⟶ onto B ∧ y ∈ B → y + ˙ X ∈ V
16 4 13 14 15 fvmptd3 ⊢ φ ∧ G : B ⟶ onto B ∧ y ∈ B → G ⁡ y = y + ˙ X
17 16 eqeq1d ⊢ φ ∧ G : B ⟶ onto B ∧ y ∈ B → G ⁡ y = 0 ˙ ↔ y + ˙ X = 0 ˙
18 17 biimpd ⊢ φ ∧ G : B ⟶ onto B ∧ y ∈ B → G ⁡ y = 0 ˙ → y + ˙ X = 0 ˙
19 18 reximdva ⊢ φ ∧ G : B ⟶ onto B → ∃ y ∈ B G ⁡ y = 0 ˙ → ∃ y ∈ B y + ˙ X = 0 ˙
20 12 19 mpd ⊢ φ ∧ G : B ⟶ onto B → ∃ y ∈ B y + ˙ X = 0 ˙
21 5 adantr ⊢ φ ∧ a ∈ B → E ∈ Mnd
22 simpr ⊢ φ ∧ a ∈ B → a ∈ B
23 6 adantr ⊢ φ ∧ a ∈ B → X ∈ B
24 1 3 21 22 23 mndcld ⊢ φ ∧ a ∈ B → a + ˙ X ∈ B
25 24 4 fmptd ⊢ φ → G : B ⟶ B
26 25 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ y + ˙ X = 0 ˙ → G : B ⟶ B
27 fveq2 ⊢ x = z + ˙ y → G ⁡ x = G ⁡ z + ˙ y
28 27 eqeq2d ⊢ x = z + ˙ y → z = G ⁡ x ↔ z = G ⁡ z + ˙ y
29 5 ad3antrrr ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ y + ˙ X = 0 ˙ ∧ z ∈ B → E ∈ Mnd
30 simpr ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ y + ˙ X = 0 ˙ ∧ z ∈ B → z ∈ B
31 simpllr ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ y + ˙ X = 0 ˙ ∧ z ∈ B → y ∈ B
32 1 3 29 30 31 mndcld ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ y + ˙ X = 0 ˙ ∧ z ∈ B → z + ˙ y ∈ B
33 6 ad3antrrr ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ y + ˙ X = 0 ˙ ∧ z ∈ B → X ∈ B
34 1 3 29 30 31 33 mndassd ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ y + ˙ X = 0 ˙ ∧ z ∈ B → z + ˙ y + ˙ X = z + ˙ y + ˙ X
35 oveq1 ⊢ a = z + ˙ y → a + ˙ X = z + ˙ y + ˙ X
36 ovexd ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ y + ˙ X = 0 ˙ ∧ z ∈ B → z + ˙ y + ˙ X ∈ V
37 4 35 32 36 fvmptd3 ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ y + ˙ X = 0 ˙ ∧ z ∈ B → G ⁡ z + ˙ y = z + ˙ y + ˙ X
38 simplr ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ y + ˙ X = 0 ˙ ∧ z ∈ B → y + ˙ X = 0 ˙
39 38 oveq2d ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ y + ˙ X = 0 ˙ ∧ z ∈ B → z + ˙ y + ˙ X = z + ˙ 0 ˙
40 1 3 2 mndrid ⊢ E ∈ Mnd ∧ z ∈ B → z + ˙ 0 ˙ = z
41 29 30 40 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ y + ˙ X = 0 ˙ ∧ z ∈ B → z + ˙ 0 ˙ = z
42 39 41 eqtr2d ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ y + ˙ X = 0 ˙ ∧ z ∈ B → z = z + ˙ y + ˙ X
43 34 37 42 3eqtr4rd ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ y + ˙ X = 0 ˙ ∧ z ∈ B → z = G ⁡ z + ˙ y
44 28 32 43 rspcedvdw ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ y + ˙ X = 0 ˙ ∧ z ∈ B → ∃ x ∈ B z = G ⁡ x
45 44 ralrimiva ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ y + ˙ X = 0 ˙ → ∀ z ∈ B ∃ x ∈ B z = G ⁡ x
46 dffo3 ⊢ G : B ⟶ onto B ↔ G : B ⟶ B ∧ ∀ z ∈ B ∃ x ∈ B z = G ⁡ x
47 26 45 46 sylanbrc ⊢ φ ∧ y ∈ B ∧ y + ˙ X = 0 ˙ → G : B ⟶ onto B
48 47 r19.29an ⊢ φ ∧ ∃ y ∈ B y + ˙ X = 0 ˙ → G : B ⟶ onto B
49 20 48 impbida ⊢ φ → G : B ⟶ onto B ↔ ∃ y ∈ B y + ˙ X = 0 ˙