Theorem srgpcomp 13486

Description: If two elements of a semiring commute, they also commute if one of the elements is raised to a higher power. (Contributed by AV, 23-Aug-2019.)

Hypotheses

Ref	Expression
srgpcomp.s	|- S = ( Base ` R )
srgpcomp.m	|- .X. = ( .r ` R )
srgpcomp.g	|- G = (mulGrp ` R )
srgpcomp.e	|- .^ = (.g ` G )
srgpcomp.r	|- ( ph -> R e. SRing )
srgpcomp.a	|- ( ph -> A e. S )
srgpcomp.b	|- ( ph -> B e. S )
srgpcomp.k	|- ( ph -> K e. NN0 )
srgpcomp.c	|- ( ph -> ( A .X. B ) = ( B .X. A ) )

Assertion

Ref	Expression
srgpcomp	|- ( ph -> ( ( K .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( K .^ B ) ) )

Proof of Theorem srgpcomp

Dummy variables x y are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		srgpcomp.k	. 2 |- ( ph -> K e. NN0 )
2		oveq1 5925	. . . . . 6 |- ( x = 0 -> ( x .^ B ) = ( 0 .^ B ) )
3	2	oveq1d 5933	. . . . 5 |- ( x = 0 -> ( ( x .^ B ) .X. A ) = ( ( 0 .^ B ) .X. A ) )
4	2	oveq2d 5934	. . . . 5 |- ( x = 0 -> ( A .X. ( x .^ B ) ) = ( A .X. ( 0 .^ B ) ) )
5	3, 4	eqeq12d 2208	. . . 4 |- ( x = 0 -> ( ( ( x .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( x .^ B ) ) <-> ( ( 0 .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( 0 .^ B ) ) ) )
6	5	imbi2d 230	. . 3 |- ( x = 0 -> ( ( ph -> ( ( x .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( x .^ B ) ) ) <-> ( ph -> ( ( 0 .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( 0 .^ B ) ) ) ) )
7		oveq1 5925	. . . . . 6 |- ( x = y -> ( x .^ B ) = ( y .^ B ) )
8	7	oveq1d 5933	. . . . 5 |- ( x = y -> ( ( x .^ B ) .X. A ) = ( ( y .^ B ) .X. A ) )
9	7	oveq2d 5934	. . . . 5 |- ( x = y -> ( A .X. ( x .^ B ) ) = ( A .X. ( y .^ B ) ) )
10	8, 9	eqeq12d 2208	. . . 4 |- ( x = y -> ( ( ( x .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( x .^ B ) ) <-> ( ( y .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( y .^ B ) ) ) )
11	10	imbi2d 230	. . 3 |- ( x = y -> ( ( ph -> ( ( x .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( x .^ B ) ) ) <-> ( ph -> ( ( y .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( y .^ B ) ) ) ) )
12		oveq1 5925	. . . . . 6 |- ( x = ( y + 1 ) -> ( x .^ B ) = ( ( y + 1 ) .^ B ) )
13	12	oveq1d 5933	. . . . 5 |- ( x = ( y + 1 ) -> ( ( x .^ B ) .X. A ) = ( ( ( y + 1 ) .^ B ) .X. A ) )
14	12	oveq2d 5934	. . . . 5 |- ( x = ( y + 1 ) -> ( A .X. ( x .^ B ) ) = ( A .X. ( ( y + 1 ) .^ B ) ) )
15	13, 14	eqeq12d 2208	. . . 4 |- ( x = ( y + 1 ) -> ( ( ( x .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( x .^ B ) ) <-> ( ( ( y + 1 ) .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( ( y + 1 ) .^ B ) ) ) )
16	15	imbi2d 230	. . 3 |- ( x = ( y + 1 ) -> ( ( ph -> ( ( x .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( x .^ B ) ) ) <-> ( ph -> ( ( ( y + 1 ) .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( ( y + 1 ) .^ B ) ) ) ) )
17		oveq1 5925	. . . . . 6 |- ( x = K -> ( x .^ B ) = ( K .^ B ) )
18	17	oveq1d 5933	. . . . 5 |- ( x = K -> ( ( x .^ B ) .X. A ) = ( ( K .^ B ) .X. A ) )
19	17	oveq2d 5934	. . . . 5 |- ( x = K -> ( A .X. ( x .^ B ) ) = ( A .X. ( K .^ B ) ) )
20	18, 19	eqeq12d 2208	. . . 4 |- ( x = K -> ( ( ( x .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( x .^ B ) ) <-> ( ( K .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( K .^ B ) ) ) )
21	20	imbi2d 230	. . 3 |- ( x = K -> ( ( ph -> ( ( x .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( x .^ B ) ) ) <-> ( ph -> ( ( K .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( K .^ B ) ) ) ) )
22		srgpcomp.b	. . . . . . . 8 |- ( ph -> B e. S )
23		srgpcomp.r	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> R e. SRing )
24		srgpcomp.g	. . . . . . . . . 10 |- G = (mulGrp ` R )
25		srgpcomp.s	. . . . . . . . . 10 |- S = ( Base ` R )
26	24, 25	mgpbasg 13422	. . . . . . . . 9 |- ( R e. SRing -> S = ( Base ` G ) )
27	23, 26	syl 14	. . . . . . . 8 |- ( ph -> S = ( Base ` G ) )
28	22, 27	eleqtrd 2272	. . . . . . 7 |- ( ph -> B e. ( Base ` G ) )
29		eqid 2193	. . . . . . . 8 |- ( Base ` G ) = ( Base ` G )
30		eqid 2193	. . . . . . . 8 |- ( 0g ` G ) = ( 0g ` G )
31		srgpcomp.e	. . . . . . . 8 |- .^ = (.g ` G )
32	29, 30, 31	mulg0 13195	. . . . . . 7 |- ( B e. ( Base ` G ) -> ( 0 .^ B ) = ( 0g ` G ) )
33	28, 32	syl 14	. . . . . 6 |- ( ph -> ( 0 .^ B ) = ( 0g ` G ) )
34		eqid 2193	. . . . . . . 8 |- ( 1r ` R ) = ( 1r ` R )
35	24, 34	ringidvalg 13457	. . . . . . 7 |- ( R e. SRing -> ( 1r ` R ) = ( 0g ` G ) )
36	23, 35	syl 14	. . . . . 6 |- ( ph -> ( 1r ` R ) = ( 0g ` G ) )
37	33, 36	eqtr4d 2229	. . . . 5 |- ( ph -> ( 0 .^ B ) = ( 1r ` R ) )
38	37	oveq1d 5933	. . . 4 |- ( ph -> ( ( 0 .^ B ) .X. A ) = ( ( 1r ` R ) .X. A ) )
39		srgpcomp.a	. . . . . 6 |- ( ph -> A e. S )
40		srgpcomp.m	. . . . . . 7 |- .X. = ( .r ` R )
41	25, 40, 34	srgridm 13476	. . . . . 6 |- ( ( R e. SRing /\ A e. S ) -> ( A .X. ( 1r ` R ) ) = A )
42	23, 39, 41	syl2anc 411	. . . . 5 |- ( ph -> ( A .X. ( 1r ` R ) ) = A )
43	37	oveq2d 5934	. . . . 5 |- ( ph -> ( A .X. ( 0 .^ B ) ) = ( A .X. ( 1r ` R ) ) )
44	25, 40, 34	srglidm 13475	. . . . . 6 |- ( ( R e. SRing /\ A e. S ) -> ( ( 1r ` R ) .X. A ) = A )
45	23, 39, 44	syl2anc 411	. . . . 5 |- ( ph -> ( ( 1r ` R ) .X. A ) = A )
46	42, 43, 45	3eqtr4rd 2237	. . . 4 |- ( ph -> ( ( 1r ` R ) .X. A ) = ( A .X. ( 0 .^ B ) ) )
47	38, 46	eqtrd 2226	. . 3 |- ( ph -> ( ( 0 .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( 0 .^ B ) ) )
48	24	srgmgp 13464	. . . . . . . . . . . . . 14 |- ( R e. SRing -> G e. Mnd )
49	23, 48	syl 14	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( ph -> G e. Mnd )
50	49	adantr 276	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> G e. Mnd )
51		simpr 110	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> y e. NN0 )
52	22	adantr 276	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> B e. S )
53	27	adantr 276	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> S = ( Base ` G ) )
54	52, 53	eleqtrd 2272	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> B e. ( Base ` G ) )
55		eqid 2193	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( +g ` G ) = ( +g ` G )
56	29, 31, 55	mulgnn0p1 13203	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( G e. Mnd /\ y e. NN0 /\ B e. ( Base ` G ) ) -> ( ( y + 1 ) .^ B ) = ( ( y .^ B ) ( +g ` G ) B ) )
57	50, 51, 54, 56	syl3anc 1249	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> ( ( y + 1 ) .^ B ) = ( ( y .^ B ) ( +g ` G ) B ) )
58	24, 40	mgpplusgg 13420	. . . . . . . . . . . . . . 15 |- ( R e. SRing -> .X. = ( +g ` G ) )
59	23, 58	syl 14	. . . . . . . . . . . . . 14 |- ( ph -> .X. = ( +g ` G ) )
60	59	oveqd 5935	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( ph -> ( ( y .^ B ) .X. B ) = ( ( y .^ B ) ( +g ` G ) B ) )
61	60	eqeq2d 2205	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ph -> ( ( ( y + 1 ) .^ B ) = ( ( y .^ B ) .X. B ) <-> ( ( y + 1 ) .^ B ) = ( ( y .^ B ) ( +g ` G ) B ) ) )
62	61	adantr 276	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> ( ( ( y + 1 ) .^ B ) = ( ( y .^ B ) .X. B ) <-> ( ( y + 1 ) .^ B ) = ( ( y .^ B ) ( +g ` G ) B ) ) )
63	57, 62	mpbird 167	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> ( ( y + 1 ) .^ B ) = ( ( y .^ B ) .X. B ) )
64	63	oveq1d 5933	. . . . . . . . 9 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> ( ( ( y + 1 ) .^ B ) .X. A ) = ( ( ( y .^ B ) .X. B ) .X. A ) )
65		srgpcomp.c	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( ph -> ( A .X. B ) = ( B .X. A ) )
66	65	eqcomd 2199	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ph -> ( B .X. A ) = ( A .X. B ) )
67	66	adantr 276	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> ( B .X. A ) = ( A .X. B ) )
68	67	oveq2d 5934	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> ( ( y .^ B ) .X. ( B .X. A ) ) = ( ( y .^ B ) .X. ( A .X. B ) ) )
69	23	adantr 276	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> R e. SRing )
70	29, 31	mulgnn0cl 13208	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( ( G e. Mnd /\ y e. NN0 /\ B e. ( Base ` G ) ) -> ( y .^ B ) e. ( Base ` G ) )
71	50, 51, 54, 70	syl3anc 1249	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> ( y .^ B ) e. ( Base ` G ) )
72	71, 53	eleqtrrd 2273	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> ( y .^ B ) e. S )
73	39	adantr 276	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> A e. S )
74	25, 40	srgass 13467	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( R e. SRing /\ ( ( y .^ B ) e. S /\ B e. S /\ A e. S ) ) -> ( ( ( y .^ B ) .X. B ) .X. A ) = ( ( y .^ B ) .X. ( B .X. A ) ) )
75	69, 72, 52, 73, 74	syl13anc 1251	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> ( ( ( y .^ B ) .X. B ) .X. A ) = ( ( y .^ B ) .X. ( B .X. A ) ) )
76	25, 40	srgass 13467	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( R e. SRing /\ ( ( y .^ B ) e. S /\ A e. S /\ B e. S ) ) -> ( ( ( y .^ B ) .X. A ) .X. B ) = ( ( y .^ B ) .X. ( A .X. B ) ) )
77	69, 72, 73, 52, 76	syl13anc 1251	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> ( ( ( y .^ B ) .X. A ) .X. B ) = ( ( y .^ B ) .X. ( A .X. B ) ) )
78	68, 75, 77	3eqtr4d 2236	. . . . . . . . 9 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> ( ( ( y .^ B ) .X. B ) .X. A ) = ( ( ( y .^ B ) .X. A ) .X. B ) )
79	64, 78	eqtrd 2226	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> ( ( ( y + 1 ) .^ B ) .X. A ) = ( ( ( y .^ B ) .X. A ) .X. B ) )
80	79	adantr 276	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ y e. NN0 ) /\ ( ( y .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( y .^ B ) ) ) -> ( ( ( y + 1 ) .^ B ) .X. A ) = ( ( ( y .^ B ) .X. A ) .X. B ) )
81		oveq1 5925	. . . . . . . 8 |- ( ( ( y .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( y .^ B ) ) -> ( ( ( y .^ B ) .X. A ) .X. B ) = ( ( A .X. ( y .^ B ) ) .X. B ) )
82	25, 40	srgass 13467	. . . . . . . . . 10 |- ( ( R e. SRing /\ ( A e. S /\ ( y .^ B ) e. S /\ B e. S ) ) -> ( ( A .X. ( y .^ B ) ) .X. B ) = ( A .X. ( ( y .^ B ) .X. B ) ) )
83	69, 73, 72, 52, 82	syl13anc 1251	. . . . . . . . 9 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> ( ( A .X. ( y .^ B ) ) .X. B ) = ( A .X. ( ( y .^ B ) .X. B ) ) )
84	63	eqcomd 2199	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> ( ( y .^ B ) .X. B ) = ( ( y + 1 ) .^ B ) )
85	84	oveq2d 5934	. . . . . . . . 9 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> ( A .X. ( ( y .^ B ) .X. B ) ) = ( A .X. ( ( y + 1 ) .^ B ) ) )
86	83, 85	eqtrd 2226	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> ( ( A .X. ( y .^ B ) ) .X. B ) = ( A .X. ( ( y + 1 ) .^ B ) ) )
87	81, 86	sylan9eqr 2248	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ y e. NN0 ) /\ ( ( y .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( y .^ B ) ) ) -> ( ( ( y .^ B ) .X. A ) .X. B ) = ( A .X. ( ( y + 1 ) .^ B ) ) )
88	80, 87	eqtrd 2226	. . . . . 6 |- ( ( ( ph /\ y e. NN0 ) /\ ( ( y .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( y .^ B ) ) ) -> ( ( ( y + 1 ) .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( ( y + 1 ) .^ B ) ) )
89	88	ex 115	. . . . 5 |- ( ( ph /\ y e. NN0 ) -> ( ( ( y .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( y .^ B ) ) -> ( ( ( y + 1 ) .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( ( y + 1 ) .^ B ) ) ) )
90	89	expcom 116	. . . 4 |- ( y e. NN0 -> ( ph -> ( ( ( y .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( y .^ B ) ) -> ( ( ( y + 1 ) .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( ( y + 1 ) .^ B ) ) ) ) )
91	90	a2d 26	. . 3 |- ( y e. NN0 -> ( ( ph -> ( ( y .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( y .^ B ) ) ) -> ( ph -> ( ( ( y + 1 ) .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( ( y + 1 ) .^ B ) ) ) ) )
92	6, 11, 16, 21, 47, 91	nn0ind 9431	. 2 |- ( K e. NN0 -> ( ph -> ( ( K .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( K .^ B ) ) ) )
93	1, 92	mpcom 36	1 |- ( ph -> ( ( K .^ B ) .X. A ) = ( A .X. ( K .^ B ) ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   <-> wb 105   = wceq 1364   e. wcel 2164   ` cfv 5254  (class class class)co 5918   0cc0 7872   1c1 7873   + caddc 7875   NN0cn0 9240   Basecbs 12618   +g cplusg 12695   .rcmulr 12696   0gc0g 12867   Mndcmnd 12997  ._gcmg 13189  mulGrpcmgp 13416   1rcur 13455  SRingcsrg 13459

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 615  ax-in2 616  ax-io 710  ax-5 1458  ax-7 1459  ax-gen 1460  ax-ie1 1504  ax-ie2 1505  ax-8 1515  ax-10 1516  ax-11 1517  ax-i12 1518  ax-bndl 1520  ax-4 1521  ax-17 1537  ax-i9 1541  ax-ial 1545  ax-i5r 1546  ax-13 2166  ax-14 2167  ax-ext 2175  ax-coll 4144  ax-sep 4147  ax-nul 4155  ax-pow 4203  ax-pr 4238  ax-un 4464  ax-setind 4569  ax-iinf 4620  ax-cnex 7963  ax-resscn 7964  ax-1cn 7965  ax-1re 7966  ax-icn 7967  ax-addcl 7968  ax-addrcl 7969  ax-mulcl 7970  ax-addcom 7972  ax-addass 7974  ax-distr 7976  ax-i2m1 7977  ax-0lt1 7978  ax-0id 7980  ax-rnegex 7981  ax-cnre 7983  ax-pre-ltirr 7984  ax-pre-ltwlin 7985  ax-pre-lttrn 7986  ax-pre-ltadd 7988

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 836  df-3or 981  df-3an 982  df-tru 1367  df-fal 1370  df-nf 1472  df-sb 1774  df-eu 2045  df-mo 2046  df-clab 2180  df-cleq 2186  df-clel 2189  df-nfc 2325  df-ne 2365  df-nel 2460  df-ral 2477  df-rex 2478  df-reu 2479  df-rmo 2480  df-rab 2481  df-v 2762  df-sbc 2986  df-csb 3081  df-dif 3155  df-un 3157  df-in 3159  df-ss 3166  df-nul 3447  df-if 3558  df-pw 3603  df-sn 3624  df-pr 3625  df-op 3627  df-uni 3836  df-int 3871  df-iun 3914  df-br 4030  df-opab 4091  df-mpt 4092  df-tr 4128  df-id 4324  df-iord 4397  df-on 4399  df-ilim 4400  df-suc 4402  df-iom 4623  df-xp 4665  df-rel 4666  df-cnv 4667  df-co 4668  df-dm 4669  df-rn 4670  df-res 4671  df-ima 4672  df-iota 5215  df-fun 5256  df-fn 5257  df-f 5258  df-f1 5259  df-fo 5260  df-f1o 5261  df-fv 5262  df-riota 5873  df-ov 5921  df-oprab 5922  df-mpo 5923  df-1st 6193  df-2nd 6194  df-recs 6358  df-frec 6444  df-pnf 8056  df-mnf 8057  df-xr 8058  df-ltxr 8059  df-le 8060  df-sub 8192  df-neg 8193  df-inn 8983  df-2 9041  df-3 9042  df-n0 9241  df-z 9318  df-uz 9593  df-seqfrec 10519  df-ndx 12621  df-slot 12622  df-base 12624  df-sets 12625  df-plusg 12708  df-mulr 12709  df-0g 12869  df-mgm 12939  df-sgrp 12985  df-mnd 12998  df-minusg 13076  df-mulg 13190  df-mgp 13417  df-ur 13456  df-srg 13460

This theorem is referenced by:  srgpcompp  13487