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Theorem mulgneg2 13959
Description: Group multiple (exponentiation) operation at a negative integer. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Dec-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
mulgneg2.b 𝐵 = (Base‘𝐺)
mulgneg2.m · = (.g𝐺)
mulgneg2.i 𝐼 = (invg𝐺)
Assertion
Ref Expression
mulgneg2 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋𝐵) → (-𝑁 · 𝑋) = (𝑁 · (𝐼𝑋)))

Proof of Theorem mulgneg2
Dummy variables 𝑥 𝑛 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 negeq 8519 . . . . . . 7 (𝑥 = 0 → -𝑥 = -0)
2 neg0 8572 . . . . . . 7 -0 = 0
31, 2eqtrdi 2287 . . . . . 6 (𝑥 = 0 → -𝑥 = 0)
43oveq1d 6100 . . . . 5 (𝑥 = 0 → (-𝑥 · 𝑋) = (0 · 𝑋))
5 oveq1 6092 . . . . 5 (𝑥 = 0 → (𝑥 · (𝐼𝑋)) = (0 · (𝐼𝑋)))
64, 5eqeq12d 2253 . . . 4 (𝑥 = 0 → ((-𝑥 · 𝑋) = (𝑥 · (𝐼𝑋)) ↔ (0 · 𝑋) = (0 · (𝐼𝑋))))
7 negeq 8519 . . . . . 6 (𝑥 = 𝑛 → -𝑥 = -𝑛)
87oveq1d 6100 . . . . 5 (𝑥 = 𝑛 → (-𝑥 · 𝑋) = (-𝑛 · 𝑋))
9 oveq1 6092 . . . . 5 (𝑥 = 𝑛 → (𝑥 · (𝐼𝑋)) = (𝑛 · (𝐼𝑋)))
108, 9eqeq12d 2253 . . . 4 (𝑥 = 𝑛 → ((-𝑥 · 𝑋) = (𝑥 · (𝐼𝑋)) ↔ (-𝑛 · 𝑋) = (𝑛 · (𝐼𝑋))))
11 negeq 8519 . . . . . 6 (𝑥 = (𝑛 + 1) → -𝑥 = -(𝑛 + 1))
1211oveq1d 6100 . . . . 5 (𝑥 = (𝑛 + 1) → (-𝑥 · 𝑋) = (-(𝑛 + 1) · 𝑋))
13 oveq1 6092 . . . . 5 (𝑥 = (𝑛 + 1) → (𝑥 · (𝐼𝑋)) = ((𝑛 + 1) · (𝐼𝑋)))
1412, 13eqeq12d 2253 . . . 4 (𝑥 = (𝑛 + 1) → ((-𝑥 · 𝑋) = (𝑥 · (𝐼𝑋)) ↔ (-(𝑛 + 1) · 𝑋) = ((𝑛 + 1) · (𝐼𝑋))))
15 negeq 8519 . . . . . 6 (𝑥 = -𝑛 → -𝑥 = --𝑛)
1615oveq1d 6100 . . . . 5 (𝑥 = -𝑛 → (-𝑥 · 𝑋) = (--𝑛 · 𝑋))
17 oveq1 6092 . . . . 5 (𝑥 = -𝑛 → (𝑥 · (𝐼𝑋)) = (-𝑛 · (𝐼𝑋)))
1816, 17eqeq12d 2253 . . . 4 (𝑥 = -𝑛 → ((-𝑥 · 𝑋) = (𝑥 · (𝐼𝑋)) ↔ (--𝑛 · 𝑋) = (-𝑛 · (𝐼𝑋))))
19 negeq 8519 . . . . . 6 (𝑥 = 𝑁 → -𝑥 = -𝑁)
2019oveq1d 6100 . . . . 5 (𝑥 = 𝑁 → (-𝑥 · 𝑋) = (-𝑁 · 𝑋))
21 oveq1 6092 . . . . 5 (𝑥 = 𝑁 → (𝑥 · (𝐼𝑋)) = (𝑁 · (𝐼𝑋)))
2220, 21eqeq12d 2253 . . . 4 (𝑥 = 𝑁 → ((-𝑥 · 𝑋) = (𝑥 · (𝐼𝑋)) ↔ (-𝑁 · 𝑋) = (𝑁 · (𝐼𝑋))))
23 mulgneg2.b . . . . . . 7 𝐵 = (Base‘𝐺)
24 eqid 2238 . . . . . . 7 (0g𝐺) = (0g𝐺)
25 mulgneg2.m . . . . . . 7 · = (.g𝐺)
2623, 24, 25mulg0 13928 . . . . . 6 (𝑋𝐵 → (0 · 𝑋) = (0g𝐺))
2726adantl 277 . . . . 5 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (0 · 𝑋) = (0g𝐺))
28 mulgneg2.i . . . . . . 7 𝐼 = (invg𝐺)
2923, 28grpinvcl 13853 . . . . . 6 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (𝐼𝑋) ∈ 𝐵)
3023, 24, 25mulg0 13928 . . . . . 6 ((𝐼𝑋) ∈ 𝐵 → (0 · (𝐼𝑋)) = (0g𝐺))
3129, 30syl 14 . . . . 5 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (0 · (𝐼𝑋)) = (0g𝐺))
3227, 31eqtr4d 2274 . . . 4 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (0 · 𝑋) = (0 · (𝐼𝑋)))
33 oveq1 6092 . . . . . 6 ((-𝑛 · 𝑋) = (𝑛 · (𝐼𝑋)) → ((-𝑛 · 𝑋)(+g𝐺)(𝐼𝑋)) = ((𝑛 · (𝐼𝑋))(+g𝐺)(𝐼𝑋)))
34 nn0cn 9573 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℂ)
3534adantl 277 . . . . . . . . . 10 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → 𝑛 ∈ ℂ)
36 ax-1cn 8272 . . . . . . . . . 10 1 ∈ ℂ
37 negdi 8583 . . . . . . . . . 10 ((𝑛 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → -(𝑛 + 1) = (-𝑛 + -1))
3835, 36, 37sylancl 417 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → -(𝑛 + 1) = (-𝑛 + -1))
3938oveq1d 6100 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (-(𝑛 + 1) · 𝑋) = ((-𝑛 + -1) · 𝑋))
40 simpll 531 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → 𝐺 ∈ Grp)
41 nn0negz 9678 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ ℕ0 → -𝑛 ∈ ℤ)
4241adantl 277 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → -𝑛 ∈ ℤ)
43 1z 9670 . . . . . . . . . 10 1 ∈ ℤ
44 znegcl 9675 . . . . . . . . . 10 (1 ∈ ℤ → -1 ∈ ℤ)
4543, 44mp1i 10 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → -1 ∈ ℤ)
46 simplr 533 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → 𝑋𝐵)
47 eqid 2238 . . . . . . . . . 10 (+g𝐺) = (+g𝐺)
4823, 25, 47mulgdir 13957 . . . . . . . . 9 ((𝐺 ∈ Grp ∧ (-𝑛 ∈ ℤ ∧ -1 ∈ ℤ ∧ 𝑋𝐵)) → ((-𝑛 + -1) · 𝑋) = ((-𝑛 · 𝑋)(+g𝐺)(-1 · 𝑋)))
4940, 42, 45, 46, 48syl13anc 1280 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → ((-𝑛 + -1) · 𝑋) = ((-𝑛 · 𝑋)(+g𝐺)(-1 · 𝑋)))
5023, 25, 28mulgm1 13945 . . . . . . . . . 10 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (-1 · 𝑋) = (𝐼𝑋))
5150adantr 276 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (-1 · 𝑋) = (𝐼𝑋))
5251oveq2d 6101 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → ((-𝑛 · 𝑋)(+g𝐺)(-1 · 𝑋)) = ((-𝑛 · 𝑋)(+g𝐺)(𝐼𝑋)))
5339, 49, 523eqtrd 2275 . . . . . . 7 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (-(𝑛 + 1) · 𝑋) = ((-𝑛 · 𝑋)(+g𝐺)(𝐼𝑋)))
54 grpmnd 13812 . . . . . . . . 9 (𝐺 ∈ Grp → 𝐺 ∈ Mnd)
5554ad2antrr 492 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → 𝐺 ∈ Mnd)
56 simpr 110 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → 𝑛 ∈ ℕ0)
5729adantr 276 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (𝐼𝑋) ∈ 𝐵)
5823, 25, 47mulgnn0p1 13936 . . . . . . . 8 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑛 ∈ ℕ0 ∧ (𝐼𝑋) ∈ 𝐵) → ((𝑛 + 1) · (𝐼𝑋)) = ((𝑛 · (𝐼𝑋))(+g𝐺)(𝐼𝑋)))
5955, 56, 57, 58syl3anc 1278 . . . . . . 7 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → ((𝑛 + 1) · (𝐼𝑋)) = ((𝑛 · (𝐼𝑋))(+g𝐺)(𝐼𝑋)))
6053, 59eqeq12d 2253 . . . . . 6 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → ((-(𝑛 + 1) · 𝑋) = ((𝑛 + 1) · (𝐼𝑋)) ↔ ((-𝑛 · 𝑋)(+g𝐺)(𝐼𝑋)) = ((𝑛 · (𝐼𝑋))(+g𝐺)(𝐼𝑋))))
6133, 60imbitrrid 156 . . . . 5 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → ((-𝑛 · 𝑋) = (𝑛 · (𝐼𝑋)) → (-(𝑛 + 1) · 𝑋) = ((𝑛 + 1) · (𝐼𝑋))))
6261ex 115 . . . 4 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (𝑛 ∈ ℕ0 → ((-𝑛 · 𝑋) = (𝑛 · (𝐼𝑋)) → (-(𝑛 + 1) · 𝑋) = ((𝑛 + 1) · (𝐼𝑋)))))
63 fveq2 5695 . . . . . 6 ((-𝑛 · 𝑋) = (𝑛 · (𝐼𝑋)) → (𝐼‘(-𝑛 · 𝑋)) = (𝐼‘(𝑛 · (𝐼𝑋))))
64 simpll 531 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → 𝐺 ∈ Grp)
65 nnnegz 9647 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ ℕ → -𝑛 ∈ ℤ)
6665adantl 277 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → -𝑛 ∈ ℤ)
67 simplr 533 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → 𝑋𝐵)
6823, 25, 28mulgneg 13943 . . . . . . . 8 ((𝐺 ∈ Grp ∧ -𝑛 ∈ ℤ ∧ 𝑋𝐵) → (--𝑛 · 𝑋) = (𝐼‘(-𝑛 · 𝑋)))
6964, 66, 67, 68syl3anc 1278 . . . . . . 7 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (--𝑛 · 𝑋) = (𝐼‘(-𝑛 · 𝑋)))
70 id 19 . . . . . . . 8 (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℕ)
7123, 25, 28mulgnegnn 13935 . . . . . . . 8 ((𝑛 ∈ ℕ ∧ (𝐼𝑋) ∈ 𝐵) → (-𝑛 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑛 · (𝐼𝑋))))
7270, 29, 71syl2anr 290 . . . . . . 7 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (-𝑛 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑛 · (𝐼𝑋))))
7369, 72eqeq12d 2253 . . . . . 6 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → ((--𝑛 · 𝑋) = (-𝑛 · (𝐼𝑋)) ↔ (𝐼‘(-𝑛 · 𝑋)) = (𝐼‘(𝑛 · (𝐼𝑋)))))
7463, 73imbitrrid 156 . . . . 5 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → ((-𝑛 · 𝑋) = (𝑛 · (𝐼𝑋)) → (--𝑛 · 𝑋) = (-𝑛 · (𝐼𝑋))))
7574ex 115 . . . 4 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (𝑛 ∈ ℕ → ((-𝑛 · 𝑋) = (𝑛 · (𝐼𝑋)) → (--𝑛 · 𝑋) = (-𝑛 · (𝐼𝑋)))))
766, 10, 14, 18, 22, 32, 62, 75zindd 9764 . . 3 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (𝑁 ∈ ℤ → (-𝑁 · 𝑋) = (𝑁 · (𝐼𝑋))))
77763impia 1231 . 2 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵𝑁 ∈ ℤ) → (-𝑁 · 𝑋) = (𝑁 · (𝐼𝑋)))
78773com23 1240 1 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋𝐵) → (-𝑁 · 𝑋) = (𝑁 · (𝐼𝑋)))
Colors of variables:    wff set class
This proof depends on syntax axioms:  wi 4  wa 104  w3a 1009   = wceq 1402  wcel 2209  cfv 5377  (class class class)co 6085  cc 8177  0cc0 8179  1c1 8180   + caddc 8182  -cneg 8498  cn 9304  0cn0 9563  cz 9644  Basecbs 13352  +gcplusg 13431  0gc0g 13610  Mndcmnd 13729  Grpcgrp 13805  invgcminusg 13806  .gcmg 13922
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 623  ax-in2 624  ax-io 721  ax-5 1500  ax-7 1501  ax-gen 1502  ax-ie1 1546  ax-ie2 1547  ax-8 1557  ax-10 1558  ax-11 1559  ax-i12 1560  ax-bndl 1562  ax-4 1563  ax-17 1579  ax-i9 1583  ax-ial 1587  ax-i5r 1588  ax-14 2212  ax-ext 2220  ax-coll 4246  ax-sep 4249  ax-nul 4259  ax-pow 4311  ax-pr 4346  ax-un 4578  ax-setind 4684  ax-iinf 4735  ax-cnex 8270  ax-resscn 8271  ax-1cn 8272  ax-1re 8273  ax-icn 8274  ax-addcl 8275  ax-addrcl 8276  ax-mulcl 8277  ax-addcom 8279  ax-addass 8281  ax-distr 8283  ax-i2m1 8284  ax-0lt1 8285  ax-0id 8287  ax-rnegex 8288  ax-cnre 8290  ax-pre-ltirr 8291  ax-pre-ltwlin 8292  ax-pre-lttrn 8293  ax-pre-ltadd 8295
This proof depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 847  df-3or 1010  df-3an 1011  df-tru 1405  df-fal 1408  df-nf 1514  df-sb 1816  df-eu 2089  df-mo 2090  df-clab 2225  df-cleq 2231  df-clel 2234  df-nfc 2381  df-ne 2421  df-nel 2516  df-ral 2533  df-rex 2534  df-reu 2535  df-rmo 2536  df-rab 2537  df-v 2823  df-sbc 3052  df-csb 3148  df-dif 3222  df-un 3224  df-in 3226  df-ss 3233  df-nul 3521  df-if 3639  df-pw 3690  df-sn 3715  df-pr 3716  df-op 3718  df-uni 3936  df-int 3971  df-iun 4014  df-br 4131  df-opab 4193  df-mpt 4194  df-tr 4230  df-id 4438  df-iord 4511  df-on 4513  df-ilim 4514  df-suc 4516  df-iom 4738  df-xp 4780  df-rel 4781  df-cnv 4782  df-co 4783  df-dm 4784  df-rn 4785  df-res 4786  df-ima 4787  df-iota 5337  df-fun 5379  df-fn 5380  df-f 5381  df-f1 5382  df-fo 5383  df-f1o 5384  df-fv 5385  df-riota 6038  df-ov 6088  df-oprab 6089  df-mpo 6090  df-1st 6374  df-2nd 6375  df-recs 6576  df-frec 6662  df-pnf 8362  df-mnf 8363  df-xr 8364  df-ltxr 8365  df-le 8366  df-sub 8499  df-neg 8500  df-inn 9305  df-2 9363  df-n0 9564  df-z 9645  df-uz 9922  df-fz 10412  df-seqfrec 10885  df-ndx 13355  df-slot 13356  df-base 13358  df-plusg 13444  df-0g 13612  df-mgm 13676  df-sgrp 13717  df-mnd 13730  df-grp 13808  df-minusg 13809  df-mulg 13923
This theorem is used by:  mulgass  13962
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