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Theorem cntzsubm

Description: Centralizers in a monoid are submonoids. (Contributed by Stefan O'Rear, 6-Sep-2015) (Revised by Mario Carneiro, 19-Apr-2016)

Ref Expression
Hypotheses cntzrec.b 𝐵 = ( Base ‘ 𝑀 )
cntzrec.z 𝑍 = ( Cntz ‘ 𝑀 )
Assertion cntzsubm ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) → ( 𝑍𝑆 ) ∈ ( SubMnd ‘ 𝑀 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cntzrec.b 𝐵 = ( Base ‘ 𝑀 )
2 cntzrec.z 𝑍 = ( Cntz ‘ 𝑀 )
3 1 2 cntzssv ( 𝑍𝑆 ) ⊆ 𝐵
4 3 a1i ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) → ( 𝑍𝑆 ) ⊆ 𝐵 )
5 eqid ( 0g𝑀 ) = ( 0g𝑀 )
6 1 5 mndidcl ( 𝑀 ∈ Mnd → ( 0g𝑀 ) ∈ 𝐵 )
7 6 adantr ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) → ( 0g𝑀 ) ∈ 𝐵 )
8 simpll ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ 𝑥𝑆 ) → 𝑀 ∈ Mnd )
9 simpr ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) → 𝑆𝐵 )
10 9 sselda ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ 𝑥𝑆 ) → 𝑥𝐵 )
11 eqid ( +g𝑀 ) = ( +g𝑀 )
12 1 11 5 mndlid ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑥𝐵 ) → ( ( 0g𝑀 ) ( +g𝑀 ) 𝑥 ) = 𝑥 )
13 8 10 12 syl2anc ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ 𝑥𝑆 ) → ( ( 0g𝑀 ) ( +g𝑀 ) 𝑥 ) = 𝑥 )
14 1 11 5 mndrid ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑥𝐵 ) → ( 𝑥 ( +g𝑀 ) ( 0g𝑀 ) ) = 𝑥 )
15 8 10 14 syl2anc ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ 𝑥𝑆 ) → ( 𝑥 ( +g𝑀 ) ( 0g𝑀 ) ) = 𝑥 )
16 13 15 eqtr4d ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ 𝑥𝑆 ) → ( ( 0g𝑀 ) ( +g𝑀 ) 𝑥 ) = ( 𝑥 ( +g𝑀 ) ( 0g𝑀 ) ) )
17 16 ralrimiva ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) → ∀ 𝑥𝑆 ( ( 0g𝑀 ) ( +g𝑀 ) 𝑥 ) = ( 𝑥 ( +g𝑀 ) ( 0g𝑀 ) ) )
18 1 11 2 elcntz ( 𝑆𝐵 → ( ( 0g𝑀 ) ∈ ( 𝑍𝑆 ) ↔ ( ( 0g𝑀 ) ∈ 𝐵 ∧ ∀ 𝑥𝑆 ( ( 0g𝑀 ) ( +g𝑀 ) 𝑥 ) = ( 𝑥 ( +g𝑀 ) ( 0g𝑀 ) ) ) ) )
19 18 adantl ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) → ( ( 0g𝑀 ) ∈ ( 𝑍𝑆 ) ↔ ( ( 0g𝑀 ) ∈ 𝐵 ∧ ∀ 𝑥𝑆 ( ( 0g𝑀 ) ( +g𝑀 ) 𝑥 ) = ( 𝑥 ( +g𝑀 ) ( 0g𝑀 ) ) ) ) )
20 7 17 19 mpbir2and ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) → ( 0g𝑀 ) ∈ ( 𝑍𝑆 ) )
21 simpll ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) → 𝑀 ∈ Mnd )
22 simprl ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) → 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) )
23 3 22 sselid ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) → 𝑦𝐵 )
24 simprr ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) → 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) )
25 3 24 sselid ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) → 𝑧𝐵 )
26 1 11 mndcl ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑦𝐵𝑧𝐵 ) → ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ∈ 𝐵 )
27 21 23 25 26 syl3anc ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) → ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ∈ 𝐵 )
28 21 adantr ( ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) ∧ 𝑥𝑆 ) → 𝑀 ∈ Mnd )
29 23 adantr ( ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) ∧ 𝑥𝑆 ) → 𝑦𝐵 )
30 25 adantr ( ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) ∧ 𝑥𝑆 ) → 𝑧𝐵 )
31 10 adantlr ( ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) ∧ 𝑥𝑆 ) → 𝑥𝐵 )
32 1 11 mndass ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ ( 𝑦𝐵𝑧𝐵𝑥𝐵 ) ) → ( ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ( +g𝑀 ) 𝑥 ) = ( 𝑦 ( +g𝑀 ) ( 𝑧 ( +g𝑀 ) 𝑥 ) ) )
33 28 29 30 31 32 syl13anc ( ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) ∧ 𝑥𝑆 ) → ( ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ( +g𝑀 ) 𝑥 ) = ( 𝑦 ( +g𝑀 ) ( 𝑧 ( +g𝑀 ) 𝑥 ) ) )
34 11 2 cntzi ( ( 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑥𝑆 ) → ( 𝑧 ( +g𝑀 ) 𝑥 ) = ( 𝑥 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) )
35 24 34 sylan ( ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) ∧ 𝑥𝑆 ) → ( 𝑧 ( +g𝑀 ) 𝑥 ) = ( 𝑥 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) )
36 35 oveq2d ( ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) ∧ 𝑥𝑆 ) → ( 𝑦 ( +g𝑀 ) ( 𝑧 ( +g𝑀 ) 𝑥 ) ) = ( 𝑦 ( +g𝑀 ) ( 𝑥 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ) )
37 1 11 mndass ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ ( 𝑦𝐵𝑥𝐵𝑧𝐵 ) ) → ( ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑥 ) ( +g𝑀 ) 𝑧 ) = ( 𝑦 ( +g𝑀 ) ( 𝑥 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ) )
38 28 29 31 30 37 syl13anc ( ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) ∧ 𝑥𝑆 ) → ( ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑥 ) ( +g𝑀 ) 𝑧 ) = ( 𝑦 ( +g𝑀 ) ( 𝑥 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ) )
39 11 2 cntzi ( ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑥𝑆 ) → ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑥 ) = ( 𝑥 ( +g𝑀 ) 𝑦 ) )
40 22 39 sylan ( ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) ∧ 𝑥𝑆 ) → ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑥 ) = ( 𝑥 ( +g𝑀 ) 𝑦 ) )
41 40 oveq1d ( ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) ∧ 𝑥𝑆 ) → ( ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑥 ) ( +g𝑀 ) 𝑧 ) = ( ( 𝑥 ( +g𝑀 ) 𝑦 ) ( +g𝑀 ) 𝑧 ) )
42 36 38 41 3eqtr2d ( ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) ∧ 𝑥𝑆 ) → ( 𝑦 ( +g𝑀 ) ( 𝑧 ( +g𝑀 ) 𝑥 ) ) = ( ( 𝑥 ( +g𝑀 ) 𝑦 ) ( +g𝑀 ) 𝑧 ) )
43 1 11 mndass ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ ( 𝑥𝐵𝑦𝐵𝑧𝐵 ) ) → ( ( 𝑥 ( +g𝑀 ) 𝑦 ) ( +g𝑀 ) 𝑧 ) = ( 𝑥 ( +g𝑀 ) ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ) )
44 28 31 29 30 43 syl13anc ( ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) ∧ 𝑥𝑆 ) → ( ( 𝑥 ( +g𝑀 ) 𝑦 ) ( +g𝑀 ) 𝑧 ) = ( 𝑥 ( +g𝑀 ) ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ) )
45 33 42 44 3eqtrd ( ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) ∧ 𝑥𝑆 ) → ( ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ( +g𝑀 ) 𝑥 ) = ( 𝑥 ( +g𝑀 ) ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ) )
46 45 ralrimiva ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) → ∀ 𝑥𝑆 ( ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ( +g𝑀 ) 𝑥 ) = ( 𝑥 ( +g𝑀 ) ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ) )
47 1 11 2 elcntz ( 𝑆𝐵 → ( ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ∈ ( 𝑍𝑆 ) ↔ ( ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ∈ 𝐵 ∧ ∀ 𝑥𝑆 ( ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ( +g𝑀 ) 𝑥 ) = ( 𝑥 ( +g𝑀 ) ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ) ) ) )
48 47 ad2antlr ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) → ( ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ∈ ( 𝑍𝑆 ) ↔ ( ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ∈ 𝐵 ∧ ∀ 𝑥𝑆 ( ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ( +g𝑀 ) 𝑥 ) = ( 𝑥 ( +g𝑀 ) ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ) ) ) )
49 27 46 48 mpbir2and ( ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) → ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ∈ ( 𝑍𝑆 ) )
50 49 ralrimivva ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) → ∀ 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∀ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ∈ ( 𝑍𝑆 ) )
51 1 5 11 issubm ( 𝑀 ∈ Mnd → ( ( 𝑍𝑆 ) ∈ ( SubMnd ‘ 𝑀 ) ↔ ( ( 𝑍𝑆 ) ⊆ 𝐵 ∧ ( 0g𝑀 ) ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ ∀ 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∀ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) )
52 51 adantr ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) → ( ( 𝑍𝑆 ) ∈ ( SubMnd ‘ 𝑀 ) ↔ ( ( 𝑍𝑆 ) ⊆ 𝐵 ∧ ( 0g𝑀 ) ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∧ ∀ 𝑦 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ∀ 𝑧 ∈ ( 𝑍𝑆 ) ( 𝑦 ( +g𝑀 ) 𝑧 ) ∈ ( 𝑍𝑆 ) ) ) )
53 4 20 50 52 mpbir3and ( ( 𝑀 ∈ Mnd ∧ 𝑆𝐵 ) → ( 𝑍𝑆 ) ∈ ( SubMnd ‘ 𝑀 ) )