Theorem dfgrp2e 13103

Description: Alternate definition of a group as a set with a closed, associative operation, a left identity and a left inverse for each element. Alternate definition in [Lang] p. 7. (Contributed by NM, 10-Oct-2006.) (Revised by AV, 28-Aug-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
dfgrp2.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
dfgrp2.p	⊢ + = (+g‘𝐺)

Assertion

Ref	Expression
dfgrp2e	⊢ (𝐺 ∈ Grp ↔ (∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑦 ∈ 𝐵 ((𝑥 + 𝑦) ∈ 𝐵 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝐵 ((𝑥 + 𝑦) + 𝑧) = (𝑥 + (𝑦 + 𝑧))) ∧ ∃𝑛 ∈ 𝐵 ∀𝑥 ∈ 𝐵 ((𝑛 + 𝑥) = 𝑥 ∧ ∃𝑖 ∈ 𝐵 (𝑖 + 𝑥) = 𝑛)))

Distinct variable groups:   𝐵,𝑖,𝑛,𝑥   𝑖,𝐺,𝑛,𝑥   + ,𝑖,𝑛,𝑥   𝑦,𝐵,𝑧,𝑥   𝑦,𝐺,𝑧   𝑦, + ,𝑧

Proof of Theorem dfgrp2e

Step	Hyp	Ref	Expression
1		dfgrp2.b	. . 3 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
2		dfgrp2.p	. . 3 ⊢ + = (+g‘𝐺)
3	1, 2	dfgrp2 13102	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ Grp ↔ (𝐺 ∈ Smgrp ∧ ∃𝑛 ∈ 𝐵 ∀𝑥 ∈ 𝐵 ((𝑛 + 𝑥) = 𝑥 ∧ ∃𝑖 ∈ 𝐵 (𝑖 + 𝑥) = 𝑛)))
4		rexm 3547	. . . 4 ⊢ (∃𝑛 ∈ 𝐵 ∀𝑥 ∈ 𝐵 ((𝑛 + 𝑥) = 𝑥 ∧ ∃𝑖 ∈ 𝐵 (𝑖 + 𝑥) = 𝑛) → ∃𝑛 𝑛 ∈ 𝐵)
5	1	basmex 12680	. . . . 5 ⊢ (𝑛 ∈ 𝐵 → 𝐺 ∈ V)
6	5	exlimiv 1609	. . . 4 ⊢ (∃𝑛 𝑛 ∈ 𝐵 → 𝐺 ∈ V)
7	1, 2	issgrpv 12990	. . . 4 ⊢ (𝐺 ∈ V → (𝐺 ∈ Smgrp ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑦 ∈ 𝐵 ((𝑥 + 𝑦) ∈ 𝐵 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝐵 ((𝑥 + 𝑦) + 𝑧) = (𝑥 + (𝑦 + 𝑧)))))
8	4, 6, 7	3syl 17	. . 3 ⊢ (∃𝑛 ∈ 𝐵 ∀𝑥 ∈ 𝐵 ((𝑛 + 𝑥) = 𝑥 ∧ ∃𝑖 ∈ 𝐵 (𝑖 + 𝑥) = 𝑛) → (𝐺 ∈ Smgrp ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑦 ∈ 𝐵 ((𝑥 + 𝑦) ∈ 𝐵 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝐵 ((𝑥 + 𝑦) + 𝑧) = (𝑥 + (𝑦 + 𝑧)))))
9	8	pm5.32ri 455	. 2 ⊢ ((𝐺 ∈ Smgrp ∧ ∃𝑛 ∈ 𝐵 ∀𝑥 ∈ 𝐵 ((𝑛 + 𝑥) = 𝑥 ∧ ∃𝑖 ∈ 𝐵 (𝑖 + 𝑥) = 𝑛)) ↔ (∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑦 ∈ 𝐵 ((𝑥 + 𝑦) ∈ 𝐵 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝐵 ((𝑥 + 𝑦) + 𝑧) = (𝑥 + (𝑦 + 𝑧))) ∧ ∃𝑛 ∈ 𝐵 ∀𝑥 ∈ 𝐵 ((𝑛 + 𝑥) = 𝑥 ∧ ∃𝑖 ∈ 𝐵 (𝑖 + 𝑥) = 𝑛)))
10	3, 9	bitri 184	1 ⊢ (𝐺 ∈ Grp ↔ (∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑦 ∈ 𝐵 ((𝑥 + 𝑦) ∈ 𝐵 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝐵 ((𝑥 + 𝑦) + 𝑧) = (𝑥 + (𝑦 + 𝑧))) ∧ ∃𝑛 ∈ 𝐵 ∀𝑥 ∈ 𝐵 ((𝑛 + 𝑥) = 𝑥 ∧ ∃𝑖 ∈ 𝐵 (𝑖 + 𝑥) = 𝑛)))

Syntax hints:   ∧ wa 104   ↔ wb 105   = wceq 1364  ∃wex 1503   ∈ wcel 2164  ∀wral 2472  ∃wrex 2473  Vcvv 2760  ‘cfv 5255  (class class class)co 5919  Basecbs 12621  +_gcplusg 12698  Smgrpcsgrp 12987  Grpcgrp 13075

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-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-sep 4148  ax-pow 4204  ax-pr 4239  ax-un 4465  ax-cnex 7965  ax-resscn 7966  ax-1re 7968  ax-addrcl 7971

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3an 982  df-tru 1367  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-ral 2477  df-rex 2478  df-reu 2479  df-rmo 2480  df-rab 2481  df-v 2762  df-sbc 2987  df-csb 3082  df-un 3158  df-in 3160  df-ss 3167  df-pw 3604  df-sn 3625  df-pr 3626  df-op 3628  df-uni 3837  df-int 3872  df-br 4031  df-opab 4092  df-mpt 4093  df-id 4325  df-xp 4666  df-rel 4667  df-cnv 4668  df-co 4669  df-dm 4670  df-rn 4671  df-res 4672  df-iota 5216  df-fun 5257  df-fn 5258  df-fv 5263  df-riota 5874  df-ov 5922  df-inn 8985  df-2 9043  df-ndx 12624  df-slot 12625  df-base 12627  df-plusg 12711  df-0g 12872  df-mgm 12942  df-sgrp 12988  df-mnd 13001  df-grp 13078

This theorem is referenced by: (None)