MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  kerf1hrm Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem kerf1hrm 18743
Description: A ring homomorphism 𝐹 is injective if and only if its kernel is the singleton {𝑁}. (Contributed by Thierry Arnoux, 27-Oct-2017.) (Proof shortened by AV, 24-Oct-2019.)
Hypotheses
Ref Expression
kerf1hrm.a 𝐴 = (Base‘𝑅)
kerf1hrm.b 𝐵 = (Base‘𝑆)
kerf1hrm.n 𝑁 = (0g𝑅)
kerf1hrm.0 0 = (0g𝑆)
Assertion
Ref Expression
kerf1hrm (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → (𝐹:𝐴1-1𝐵 ↔ (𝐹 “ { 0 }) = {𝑁}))

Proof of Theorem kerf1hrm
Dummy variables 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 simpl 473 . . . . . . 7 (((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) ∧ 𝑥 ∈ (𝐹 “ { 0 })) → (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵))
2 f1fn 6102 . . . . . . . . . . 11 (𝐹:𝐴1-1𝐵𝐹 Fn 𝐴)
32adantl 482 . . . . . . . . . 10 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) → 𝐹 Fn 𝐴)
4 elpreima 6337 . . . . . . . . . 10 (𝐹 Fn 𝐴 → (𝑥 ∈ (𝐹 “ { 0 }) ↔ (𝑥𝐴 ∧ (𝐹𝑥) ∈ { 0 })))
53, 4syl 17 . . . . . . . . 9 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐹 “ { 0 }) ↔ (𝑥𝐴 ∧ (𝐹𝑥) ∈ { 0 })))
65biimpa 501 . . . . . . . 8 (((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) ∧ 𝑥 ∈ (𝐹 “ { 0 })) → (𝑥𝐴 ∧ (𝐹𝑥) ∈ { 0 }))
76simpld 475 . . . . . . 7 (((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) ∧ 𝑥 ∈ (𝐹 “ { 0 })) → 𝑥𝐴)
86simprd 479 . . . . . . . 8 (((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) ∧ 𝑥 ∈ (𝐹 “ { 0 })) → (𝐹𝑥) ∈ { 0 })
9 fvex 6201 . . . . . . . . 9 (𝐹𝑥) ∈ V
109elsn 4192 . . . . . . . 8 ((𝐹𝑥) ∈ { 0 } ↔ (𝐹𝑥) = 0 )
118, 10sylib 208 . . . . . . 7 (((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) ∧ 𝑥 ∈ (𝐹 “ { 0 })) → (𝐹𝑥) = 0 )
12 kerf1hrm.a . . . . . . . . . . 11 𝐴 = (Base‘𝑅)
13 kerf1hrm.b . . . . . . . . . . 11 𝐵 = (Base‘𝑆)
14 kerf1hrm.0 . . . . . . . . . . 11 0 = (0g𝑆)
15 kerf1hrm.n . . . . . . . . . . 11 𝑁 = (0g𝑅)
1612, 13, 14, 15f1rhm0to0 18740 . . . . . . . . . 10 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵𝑥𝐴) → ((𝐹𝑥) = 0𝑥 = 𝑁))
1716biimpd 219 . . . . . . . . 9 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵𝑥𝐴) → ((𝐹𝑥) = 0𝑥 = 𝑁))
18173expa 1265 . . . . . . . 8 (((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) ∧ 𝑥𝐴) → ((𝐹𝑥) = 0𝑥 = 𝑁))
1918imp 445 . . . . . . 7 ((((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) ∧ 𝑥𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = 0 ) → 𝑥 = 𝑁)
201, 7, 11, 19syl21anc 1325 . . . . . 6 (((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) ∧ 𝑥 ∈ (𝐹 “ { 0 })) → 𝑥 = 𝑁)
2120ex 450 . . . . 5 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐹 “ { 0 }) → 𝑥 = 𝑁))
22 velsn 4193 . . . . 5 (𝑥 ∈ {𝑁} ↔ 𝑥 = 𝑁)
2321, 22syl6ibr 242 . . . 4 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐹 “ { 0 }) → 𝑥 ∈ {𝑁}))
2423ssrdv 3609 . . 3 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) → (𝐹 “ { 0 }) ⊆ {𝑁})
25 rhmrcl1 18719 . . . . . . 7 (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → 𝑅 ∈ Ring)
26 ringgrp 18552 . . . . . . 7 (𝑅 ∈ Ring → 𝑅 ∈ Grp)
2712, 15grpidcl 17450 . . . . . . 7 (𝑅 ∈ Grp → 𝑁𝐴)
2825, 26, 273syl 18 . . . . . 6 (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → 𝑁𝐴)
29 rhmghm 18725 . . . . . . . 8 (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → 𝐹 ∈ (𝑅 GrpHom 𝑆))
3015, 14ghmid 17666 . . . . . . . 8 (𝐹 ∈ (𝑅 GrpHom 𝑆) → (𝐹𝑁) = 0 )
3129, 30syl 17 . . . . . . 7 (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → (𝐹𝑁) = 0 )
32 fvex 6201 . . . . . . . 8 (𝐹𝑁) ∈ V
3332elsn 4192 . . . . . . 7 ((𝐹𝑁) ∈ { 0 } ↔ (𝐹𝑁) = 0 )
3431, 33sylibr 224 . . . . . 6 (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → (𝐹𝑁) ∈ { 0 })
3512, 13rhmf 18726 . . . . . . 7 (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → 𝐹:𝐴𝐵)
36 ffn 6045 . . . . . . 7 (𝐹:𝐴𝐵𝐹 Fn 𝐴)
37 elpreima 6337 . . . . . . 7 (𝐹 Fn 𝐴 → (𝑁 ∈ (𝐹 “ { 0 }) ↔ (𝑁𝐴 ∧ (𝐹𝑁) ∈ { 0 })))
3835, 36, 373syl 18 . . . . . 6 (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → (𝑁 ∈ (𝐹 “ { 0 }) ↔ (𝑁𝐴 ∧ (𝐹𝑁) ∈ { 0 })))
3928, 34, 38mpbir2and 957 . . . . 5 (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → 𝑁 ∈ (𝐹 “ { 0 }))
4039snssd 4340 . . . 4 (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → {𝑁} ⊆ (𝐹 “ { 0 }))
4140adantr 481 . . 3 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) → {𝑁} ⊆ (𝐹 “ { 0 }))
4224, 41eqssd 3620 . 2 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ 𝐹:𝐴1-1𝐵) → (𝐹 “ { 0 }) = {𝑁})
4335adantr 481 . . 3 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ (𝐹 “ { 0 }) = {𝑁}) → 𝐹:𝐴𝐵)
4429adantr 481 . . . . . . . . . 10 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → 𝐹 ∈ (𝑅 GrpHom 𝑆))
45 simpr2l 1120 . . . . . . . . . 10 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → 𝑥𝐴)
46 simpr2r 1121 . . . . . . . . . 10 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → 𝑦𝐴)
47 simpr3 1069 . . . . . . . . . 10 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))
48 eqid 2622 . . . . . . . . . . . 12 (𝐹 “ { 0 }) = (𝐹 “ { 0 })
49 eqid 2622 . . . . . . . . . . . 12 (-g𝑅) = (-g𝑅)
5012, 14, 48, 49ghmeqker 17687 . . . . . . . . . . 11 ((𝐹 ∈ (𝑅 GrpHom 𝑆) ∧ 𝑥𝐴𝑦𝐴) → ((𝐹𝑥) = (𝐹𝑦) ↔ (𝑥(-g𝑅)𝑦) ∈ (𝐹 “ { 0 })))
5150biimpa 501 . . . . . . . . . 10 (((𝐹 ∈ (𝑅 GrpHom 𝑆) ∧ 𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦)) → (𝑥(-g𝑅)𝑦) ∈ (𝐹 “ { 0 }))
5244, 45, 46, 47, 51syl31anc 1329 . . . . . . . . 9 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → (𝑥(-g𝑅)𝑦) ∈ (𝐹 “ { 0 }))
53 simpr1 1067 . . . . . . . . 9 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → (𝐹 “ { 0 }) = {𝑁})
5452, 53eleqtrd 2703 . . . . . . . 8 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → (𝑥(-g𝑅)𝑦) ∈ {𝑁})
55 ovex 6678 . . . . . . . . 9 (𝑥(-g𝑅)𝑦) ∈ V
5655elsn 4192 . . . . . . . 8 ((𝑥(-g𝑅)𝑦) ∈ {𝑁} ↔ (𝑥(-g𝑅)𝑦) = 𝑁)
5754, 56sylib 208 . . . . . . 7 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → (𝑥(-g𝑅)𝑦) = 𝑁)
5825adantr 481 . . . . . . . . 9 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → 𝑅 ∈ Ring)
5958, 26syl 17 . . . . . . . 8 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → 𝑅 ∈ Grp)
6012, 15, 49grpsubeq0 17501 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ Grp ∧ 𝑥𝐴𝑦𝐴) → ((𝑥(-g𝑅)𝑦) = 𝑁𝑥 = 𝑦))
6159, 45, 46, 60syl3anc 1326 . . . . . . 7 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → ((𝑥(-g𝑅)𝑦) = 𝑁𝑥 = 𝑦))
6257, 61mpbid 222 . . . . . 6 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ ((𝐹 “ { 0 }) = {𝑁} ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))) → 𝑥 = 𝑦)
63623anassrs 1290 . . . . 5 ((((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ (𝐹 “ { 0 }) = {𝑁}) ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴)) ∧ (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦)) → 𝑥 = 𝑦)
6463ex 450 . . . 4 (((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ (𝐹 “ { 0 }) = {𝑁}) ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐴)) → ((𝐹𝑥) = (𝐹𝑦) → 𝑥 = 𝑦))
6564ralrimivva 2971 . . 3 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ (𝐹 “ { 0 }) = {𝑁}) → ∀𝑥𝐴𝑦𝐴 ((𝐹𝑥) = (𝐹𝑦) → 𝑥 = 𝑦))
66 dff13 6512 . . 3 (𝐹:𝐴1-1𝐵 ↔ (𝐹:𝐴𝐵 ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐴 ((𝐹𝑥) = (𝐹𝑦) → 𝑥 = 𝑦)))
6743, 65, 66sylanbrc 698 . 2 ((𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) ∧ (𝐹 “ { 0 }) = {𝑁}) → 𝐹:𝐴1-1𝐵)
6842, 67impbida 877 1 (𝐹 ∈ (𝑅 RingHom 𝑆) → (𝐹:𝐴1-1𝐵 ↔ (𝐹 “ { 0 }) = {𝑁}))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 384  w3a 1037   = wceq 1483  wcel 1990  wral 2912  wss 3574  {csn 4177  ccnv 5113  cima 5117   Fn wfn 5883  wf 5884  1-1wf1 5885  cfv 5888  (class class class)co 6650  Basecbs 15857  0gc0g 16100  Grpcgrp 17422  -gcsg 17424   GrpHom cghm 17657  Ringcrg 18547   RingHom crh 18712
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1722  ax-4 1737  ax-5 1839  ax-6 1888  ax-7 1935  ax-8 1992  ax-9 1999  ax-10 2019  ax-11 2034  ax-12 2047  ax-13 2246  ax-ext 2602  ax-rep 4771  ax-sep 4781  ax-nul 4789  ax-pow 4843  ax-pr 4906  ax-un 6949  ax-cnex 9992  ax-resscn 9993  ax-1cn 9994  ax-icn 9995  ax-addcl 9996  ax-addrcl 9997  ax-mulcl 9998  ax-mulrcl 9999  ax-mulcom 10000  ax-addass 10001  ax-mulass 10002  ax-distr 10003  ax-i2m1 10004  ax-1ne0 10005  ax-1rid 10006  ax-rnegex 10007  ax-rrecex 10008  ax-cnre 10009  ax-pre-lttri 10010  ax-pre-lttrn 10011  ax-pre-ltadd 10012  ax-pre-mulgt0 10013
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1038  df-3an 1039  df-tru 1486  df-ex 1705  df-nf 1710  df-sb 1881  df-eu 2474  df-mo 2475  df-clab 2609  df-cleq 2615  df-clel 2618  df-nfc 2753  df-ne 2795  df-nel 2898  df-ral 2917  df-rex 2918  df-reu 2919  df-rmo 2920  df-rab 2921  df-v 3202  df-sbc 3436  df-csb 3534  df-dif 3577  df-un 3579  df-in 3581  df-ss 3588  df-pss 3590  df-nul 3916  df-if 4087  df-pw 4160  df-sn 4178  df-pr 4180  df-tp 4182  df-op 4184  df-uni 4437  df-iun 4522  df-br 4654  df-opab 4713  df-mpt 4730  df-tr 4753  df-id 5024  df-eprel 5029  df-po 5035  df-so 5036  df-fr 5073  df-we 5075  df-xp 5120  df-rel 5121  df-cnv 5122  df-co 5123  df-dm 5124  df-rn 5125  df-res 5126  df-ima 5127  df-pred 5680  df-ord 5726  df-on 5727  df-lim 5728  df-suc 5729  df-iota 5851  df-fun 5890  df-fn 5891  df-f 5892  df-f1 5893  df-fo 5894  df-f1o 5895  df-fv 5896  df-riota 6611  df-ov 6653  df-oprab 6654  df-mpt2 6655  df-om 7066  df-1st 7168  df-2nd 7169  df-wrecs 7407  df-recs 7468  df-rdg 7506  df-er 7742  df-map 7859  df-en 7956  df-dom 7957  df-sdom 7958  df-pnf 10076  df-mnf 10077  df-xr 10078  df-ltxr 10079  df-le 10080  df-sub 10268  df-neg 10269  df-nn 11021  df-2 11079  df-ndx 15860  df-slot 15861  df-base 15863  df-sets 15864  df-plusg 15954  df-0g 16102  df-mgm 17242  df-sgrp 17284  df-mnd 17295  df-mhm 17335  df-grp 17425  df-minusg 17426  df-sbg 17427  df-ghm 17658  df-mgp 18490  df-ur 18502  df-ring 18549  df-rnghom 18715
This theorem is referenced by:  zrhf1ker  30019
  Copyright terms: Public domain W3C validator