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Theorem mulgneg2 12902
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 8137 . . . . . . 7 (𝑥 = 0 → -𝑥 = -0)
2 neg0 8190 . . . . . . 7 -0 = 0
31, 2eqtrdi 2226 . . . . . 6 (𝑥 = 0 → -𝑥 = 0)
43oveq1d 5884 . . . . 5 (𝑥 = 0 → (-𝑥 · 𝑋) = (0 · 𝑋))
5 oveq1 5876 . . . . 5 (𝑥 = 0 → (𝑥 · (𝐼𝑋)) = (0 · (𝐼𝑋)))
64, 5eqeq12d 2192 . . . 4 (𝑥 = 0 → ((-𝑥 · 𝑋) = (𝑥 · (𝐼𝑋)) ↔ (0 · 𝑋) = (0 · (𝐼𝑋))))
7 negeq 8137 . . . . . 6 (𝑥 = 𝑛 → -𝑥 = -𝑛)
87oveq1d 5884 . . . . 5 (𝑥 = 𝑛 → (-𝑥 · 𝑋) = (-𝑛 · 𝑋))
9 oveq1 5876 . . . . 5 (𝑥 = 𝑛 → (𝑥 · (𝐼𝑋)) = (𝑛 · (𝐼𝑋)))
108, 9eqeq12d 2192 . . . 4 (𝑥 = 𝑛 → ((-𝑥 · 𝑋) = (𝑥 · (𝐼𝑋)) ↔ (-𝑛 · 𝑋) = (𝑛 · (𝐼𝑋))))
11 negeq 8137 . . . . . 6 (𝑥 = (𝑛 + 1) → -𝑥 = -(𝑛 + 1))
1211oveq1d 5884 . . . . 5 (𝑥 = (𝑛 + 1) → (-𝑥 · 𝑋) = (-(𝑛 + 1) · 𝑋))
13 oveq1 5876 . . . . 5 (𝑥 = (𝑛 + 1) → (𝑥 · (𝐼𝑋)) = ((𝑛 + 1) · (𝐼𝑋)))
1412, 13eqeq12d 2192 . . . 4 (𝑥 = (𝑛 + 1) → ((-𝑥 · 𝑋) = (𝑥 · (𝐼𝑋)) ↔ (-(𝑛 + 1) · 𝑋) = ((𝑛 + 1) · (𝐼𝑋))))
15 negeq 8137 . . . . . 6 (𝑥 = -𝑛 → -𝑥 = --𝑛)
1615oveq1d 5884 . . . . 5 (𝑥 = -𝑛 → (-𝑥 · 𝑋) = (--𝑛 · 𝑋))
17 oveq1 5876 . . . . 5 (𝑥 = -𝑛 → (𝑥 · (𝐼𝑋)) = (-𝑛 · (𝐼𝑋)))
1816, 17eqeq12d 2192 . . . 4 (𝑥 = -𝑛 → ((-𝑥 · 𝑋) = (𝑥 · (𝐼𝑋)) ↔ (--𝑛 · 𝑋) = (-𝑛 · (𝐼𝑋))))
19 negeq 8137 . . . . . 6 (𝑥 = 𝑁 → -𝑥 = -𝑁)
2019oveq1d 5884 . . . . 5 (𝑥 = 𝑁 → (-𝑥 · 𝑋) = (-𝑁 · 𝑋))
21 oveq1 5876 . . . . 5 (𝑥 = 𝑁 → (𝑥 · (𝐼𝑋)) = (𝑁 · (𝐼𝑋)))
2220, 21eqeq12d 2192 . . . 4 (𝑥 = 𝑁 → ((-𝑥 · 𝑋) = (𝑥 · (𝐼𝑋)) ↔ (-𝑁 · 𝑋) = (𝑁 · (𝐼𝑋))))
23 mulgneg2.b . . . . . . 7 𝐵 = (Base‘𝐺)
24 eqid 2177 . . . . . . 7 (0g𝐺) = (0g𝐺)
25 mulgneg2.m . . . . . . 7 · = (.g𝐺)
2623, 24, 25mulg0 12874 . . . . . 6 (𝑋𝐵 → (0 · 𝑋) = (0g𝐺))
2726adantl 277 . . . . 5 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (0 · 𝑋) = (0g𝐺))
28 mulgneg2.i . . . . . . 7 𝐼 = (invg𝐺)
2923, 28grpinvcl 12808 . . . . . 6 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (𝐼𝑋) ∈ 𝐵)
3023, 24, 25mulg0 12874 . . . . . 6 ((𝐼𝑋) ∈ 𝐵 → (0 · (𝐼𝑋)) = (0g𝐺))
3129, 30syl 14 . . . . 5 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (0 · (𝐼𝑋)) = (0g𝐺))
3227, 31eqtr4d 2213 . . . 4 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (0 · 𝑋) = (0 · (𝐼𝑋)))
33 oveq1 5876 . . . . . 6 ((-𝑛 · 𝑋) = (𝑛 · (𝐼𝑋)) → ((-𝑛 · 𝑋)(+g𝐺)(𝐼𝑋)) = ((𝑛 · (𝐼𝑋))(+g𝐺)(𝐼𝑋)))
34 nn0cn 9172 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℂ)
3534adantl 277 . . . . . . . . . 10 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → 𝑛 ∈ ℂ)
36 ax-1cn 7892 . . . . . . . . . 10 1 ∈ ℂ
37 negdi 8201 . . . . . . . . . 10 ((𝑛 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → -(𝑛 + 1) = (-𝑛 + -1))
3835, 36, 37sylancl 413 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → -(𝑛 + 1) = (-𝑛 + -1))
3938oveq1d 5884 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (-(𝑛 + 1) · 𝑋) = ((-𝑛 + -1) · 𝑋))
40 simpll 527 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → 𝐺 ∈ Grp)
41 nn0negz 9273 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ ℕ0 → -𝑛 ∈ ℤ)
4241adantl 277 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → -𝑛 ∈ ℤ)
43 1z 9265 . . . . . . . . . 10 1 ∈ ℤ
44 znegcl 9270 . . . . . . . . . 10 (1 ∈ ℤ → -1 ∈ ℤ)
4543, 44mp1i 10 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → -1 ∈ ℤ)
46 simplr 528 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → 𝑋𝐵)
47 eqid 2177 . . . . . . . . . 10 (+g𝐺) = (+g𝐺)
4823, 25, 47mulgdir 12900 . . . . . . . . 9 ((𝐺 ∈ Grp ∧ (-𝑛 ∈ ℤ ∧ -1 ∈ ℤ ∧ 𝑋𝐵)) → ((-𝑛 + -1) · 𝑋) = ((-𝑛 · 𝑋)(+g𝐺)(-1 · 𝑋)))
4940, 42, 45, 46, 48syl13anc 1240 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → ((-𝑛 + -1) · 𝑋) = ((-𝑛 · 𝑋)(+g𝐺)(-1 · 𝑋)))
5023, 25, 28mulgm1 12889 . . . . . . . . . 10 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (-1 · 𝑋) = (𝐼𝑋))
5150adantr 276 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (-1 · 𝑋) = (𝐼𝑋))
5251oveq2d 5885 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → ((-𝑛 · 𝑋)(+g𝐺)(-1 · 𝑋)) = ((-𝑛 · 𝑋)(+g𝐺)(𝐼𝑋)))
5339, 49, 523eqtrd 2214 . . . . . . 7 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (-(𝑛 + 1) · 𝑋) = ((-𝑛 · 𝑋)(+g𝐺)(𝐼𝑋)))
54 grpmnd 12771 . . . . . . . . 9 (𝐺 ∈ Grp → 𝐺 ∈ Mnd)
5554ad2antrr 488 . . . . . . . 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 12880 . . . . . . . 8 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑛 ∈ ℕ0 ∧ (𝐼𝑋) ∈ 𝐵) → ((𝑛 + 1) · (𝐼𝑋)) = ((𝑛 · (𝐼𝑋))(+g𝐺)(𝐼𝑋)))
5955, 56, 57, 58syl3anc 1238 . . . . . . 7 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → ((𝑛 + 1) · (𝐼𝑋)) = ((𝑛 · (𝐼𝑋))(+g𝐺)(𝐼𝑋)))
6053, 59eqeq12d 2192 . . . . . 6 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → ((-(𝑛 + 1) · 𝑋) = ((𝑛 + 1) · (𝐼𝑋)) ↔ ((-𝑛 · 𝑋)(+g𝐺)(𝐼𝑋)) = ((𝑛 · (𝐼𝑋))(+g𝐺)(𝐼𝑋))))
6133, 60syl5ibr 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 5511 . . . . . 6 ((-𝑛 · 𝑋) = (𝑛 · (𝐼𝑋)) → (𝐼‘(-𝑛 · 𝑋)) = (𝐼‘(𝑛 · (𝐼𝑋))))
64 simpll 527 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → 𝐺 ∈ Grp)
65 nnnegz 9242 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ ℕ → -𝑛 ∈ ℤ)
6665adantl 277 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → -𝑛 ∈ ℤ)
67 simplr 528 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → 𝑋𝐵)
6823, 25, 28mulgneg 12887 . . . . . . . 8 ((𝐺 ∈ Grp ∧ -𝑛 ∈ ℤ ∧ 𝑋𝐵) → (--𝑛 · 𝑋) = (𝐼‘(-𝑛 · 𝑋)))
6964, 66, 67, 68syl3anc 1238 . . . . . . 7 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (--𝑛 · 𝑋) = (𝐼‘(-𝑛 · 𝑋)))
70 id 19 . . . . . . . 8 (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℕ)
7123, 25, 28mulgnegnn 12879 . . . . . . . 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 2192 . . . . . 6 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → ((--𝑛 · 𝑋) = (-𝑛 · (𝐼𝑋)) ↔ (𝐼‘(-𝑛 · 𝑋)) = (𝐼‘(𝑛 · (𝐼𝑋)))))
7463, 73syl5ibr 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 9357 . . 3 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (𝑁 ∈ ℤ → (-𝑁 · 𝑋) = (𝑁 · (𝐼𝑋))))
77763impia 1200 . 2 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵𝑁 ∈ ℤ) → (-𝑁 · 𝑋) = (𝑁 · (𝐼𝑋)))
78773com23 1209 1 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋𝐵) → (-𝑁 · 𝑋) = (𝑁 · (𝐼𝑋)))
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:  wi 4  wa 104  w3a 978   = wceq 1353  wcel 2148  cfv 5212  (class class class)co 5869  cc 7797  0cc0 7799  1c1 7800   + caddc 7802  -cneg 8116  cn 8905  0cn0 9162  cz 9239  Basecbs 12442  +gcplusg 12515  0gc0g 12650  Mndcmnd 12706  Grpcgrp 12764  invgcminusg 12765  .gcmg 12869
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 614  ax-in2 615  ax-io 709  ax-5 1447  ax-7 1448  ax-gen 1449  ax-ie1 1493  ax-ie2 1494  ax-8 1504  ax-10 1505  ax-11 1506  ax-i12 1507  ax-bndl 1509  ax-4 1510  ax-17 1526  ax-i9 1530  ax-ial 1534  ax-i5r 1535  ax-13 2150  ax-14 2151  ax-ext 2159  ax-coll 4115  ax-sep 4118  ax-nul 4126  ax-pow 4171  ax-pr 4206  ax-un 4430  ax-setind 4533  ax-iinf 4584  ax-cnex 7890  ax-resscn 7891  ax-1cn 7892  ax-1re 7893  ax-icn 7894  ax-addcl 7895  ax-addrcl 7896  ax-mulcl 7897  ax-addcom 7899  ax-addass 7901  ax-distr 7903  ax-i2m1 7904  ax-0lt1 7905  ax-0id 7907  ax-rnegex 7908  ax-cnre 7910  ax-pre-ltirr 7911  ax-pre-ltwlin 7912  ax-pre-lttrn 7913  ax-pre-ltadd 7915
This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 835  df-3or 979  df-3an 980  df-tru 1356  df-fal 1359  df-nf 1461  df-sb 1763  df-eu 2029  df-mo 2030  df-clab 2164  df-cleq 2170  df-clel 2173  df-nfc 2308  df-ne 2348  df-nel 2443  df-ral 2460  df-rex 2461  df-reu 2462  df-rmo 2463  df-rab 2464  df-v 2739  df-sbc 2963  df-csb 3058  df-dif 3131  df-un 3133  df-in 3135  df-ss 3142  df-nul 3423  df-if 3535  df-pw 3576  df-sn 3597  df-pr 3598  df-op 3600  df-uni 3808  df-int 3843  df-iun 3886  df-br 4001  df-opab 4062  df-mpt 4063  df-tr 4099  df-id 4290  df-iord 4363  df-on 4365  df-ilim 4366  df-suc 4368  df-iom 4587  df-xp 4629  df-rel 4630  df-cnv 4631  df-co 4632  df-dm 4633  df-rn 4634  df-res 4635  df-ima 4636  df-iota 5174  df-fun 5214  df-fn 5215  df-f 5216  df-f1 5217  df-fo 5218  df-f1o 5219  df-fv 5220  df-riota 5825  df-ov 5872  df-oprab 5873  df-mpo 5874  df-1st 6135  df-2nd 6136  df-recs 6300  df-frec 6386  df-pnf 7981  df-mnf 7982  df-xr 7983  df-ltxr 7984  df-le 7985  df-sub 8117  df-neg 8118  df-inn 8906  df-2 8964  df-n0 9163  df-z 9240  df-uz 9515  df-fz 9993  df-seqfrec 10429  df-ndx 12445  df-slot 12446  df-base 12448  df-plusg 12528  df-0g 12652  df-mgm 12664  df-sgrp 12697  df-mnd 12707  df-grp 12767  df-minusg 12768  df-mulg 12870
This theorem is referenced by:  mulgass  12905
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