Theorem mulgnnass 13895

Description: Product of group multiples, for positive multiples in a semigroup. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Dec-2014.) (Revised by AV, 29-Aug-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
mulgass.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
mulgass.t	⊢ · = (.g‘𝐺)

Assertion

Ref	Expression
mulgnnass	⊢ ((𝐺 ∈ Smgrp ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵)) → ((𝑀 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑀 · (𝑁 · 𝑋)))

Proof of Theorem mulgnnass

Dummy variables 𝑚 𝑛 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		oveq1 6059	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 = 1 → (𝑛 · 𝑁) = (1 · 𝑁))
2	1	oveq1d 6067	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 1 → ((𝑛 · 𝑁) · 𝑋) = ((1 · 𝑁) · 𝑋))
3		oveq1 6059	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 1 → (𝑛 · (𝑁 · 𝑋)) = (1 · (𝑁 · 𝑋)))
4	2, 3	eqeq12d 2249	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 1 → (((𝑛 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑛 · (𝑁 · 𝑋)) ↔ ((1 · 𝑁) · 𝑋) = (1 · (𝑁 · 𝑋))))
5	4	imbi2d 230	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 1 → (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp) → ((𝑛 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑛 · (𝑁 · 𝑋))) ↔ ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp) → ((1 · 𝑁) · 𝑋) = (1 · (𝑁 · 𝑋)))))
6		oveq1 6059	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (𝑛 · 𝑁) = (𝑚 · 𝑁))
7	6	oveq1d 6067	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → ((𝑛 · 𝑁) · 𝑋) = ((𝑚 · 𝑁) · 𝑋))
8		oveq1 6059	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (𝑛 · (𝑁 · 𝑋)) = (𝑚 · (𝑁 · 𝑋)))
9	7, 8	eqeq12d 2249	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (((𝑛 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑛 · (𝑁 · 𝑋)) ↔ ((𝑚 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑚 · (𝑁 · 𝑋))))
10	9	imbi2d 230	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp) → ((𝑛 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑛 · (𝑁 · 𝑋))) ↔ ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp) → ((𝑚 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑚 · (𝑁 · 𝑋)))))
11		oveq1 6059	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 = (𝑚 + 1) → (𝑛 · 𝑁) = ((𝑚 + 1) · 𝑁))
12	11	oveq1d 6067	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = (𝑚 + 1) → ((𝑛 · 𝑁) · 𝑋) = (((𝑚 + 1) · 𝑁) · 𝑋))
13		oveq1 6059	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = (𝑚 + 1) → (𝑛 · (𝑁 · 𝑋)) = ((𝑚 + 1) · (𝑁 · 𝑋)))
14	12, 13	eqeq12d 2249	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = (𝑚 + 1) → (((𝑛 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑛 · (𝑁 · 𝑋)) ↔ (((𝑚 + 1) · 𝑁) · 𝑋) = ((𝑚 + 1) · (𝑁 · 𝑋))))
15	14	imbi2d 230	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = (𝑚 + 1) → (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp) → ((𝑛 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑛 · (𝑁 · 𝑋))) ↔ ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp) → (((𝑚 + 1) · 𝑁) · 𝑋) = ((𝑚 + 1) · (𝑁 · 𝑋)))))
16		oveq1 6059	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 = 𝑀 → (𝑛 · 𝑁) = (𝑀 · 𝑁))
17	16	oveq1d 6067	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 𝑀 → ((𝑛 · 𝑁) · 𝑋) = ((𝑀 · 𝑁) · 𝑋))
18		oveq1 6059	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 𝑀 → (𝑛 · (𝑁 · 𝑋)) = (𝑀 · (𝑁 · 𝑋)))
19	17, 18	eqeq12d 2249	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑀 → (((𝑛 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑛 · (𝑁 · 𝑋)) ↔ ((𝑀 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑀 · (𝑁 · 𝑋))))
20	19	imbi2d 230	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑀 → (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp) → ((𝑛 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑛 · (𝑁 · 𝑋))) ↔ ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp) → ((𝑀 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑀 · (𝑁 · 𝑋)))))
21		nncn 9250	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℂ)
22	21	mullidd 8297	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (1 · 𝑁) = 𝑁)
23	22	3ad2ant1 1045	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp) → (1 · 𝑁) = 𝑁)
24	23	oveq1d 6067	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp) → ((1 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑁 · 𝑋))
25		sgrpmgm 13641	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐺 ∈ Smgrp → 𝐺 ∈ Mgm)
26		mulgass.b	. . . . . . . . . 10 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
27		mulgass.t	. . . . . . . . . 10 ⊢ · = (.g‘𝐺)
28	26, 27	mulgnncl 13875	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐺 ∈ Mgm ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝑁 · 𝑋) ∈ 𝐵)
29	25, 28	syl3an1 1307	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐺 ∈ Smgrp ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (𝑁 · 𝑋) ∈ 𝐵)
30	29	3coml 1237	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp) → (𝑁 · 𝑋) ∈ 𝐵)
31	26, 27	mulg1 13867	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 · 𝑋) ∈ 𝐵 → (1 · (𝑁 · 𝑋)) = (𝑁 · 𝑋))
32	30, 31	syl 14	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp) → (1 · (𝑁 · 𝑋)) = (𝑁 · 𝑋))
33	24, 32	eqtr4d 2270	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp) → ((1 · 𝑁) · 𝑋) = (1 · (𝑁 · 𝑋)))
34		oveq1 6059	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑚 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑚 · (𝑁 · 𝑋)) → (((𝑚 · 𝑁) · 𝑋)(+g‘𝐺)(𝑁 · 𝑋)) = ((𝑚 · (𝑁 · 𝑋))(+g‘𝐺)(𝑁 · 𝑋)))
35		nncn 9250	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ → 𝑚 ∈ ℂ)
36	35	adantr 276	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ ∧ (𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp)) → 𝑚 ∈ ℂ)
37		simpr1 1030	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ ∧ (𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp)) → 𝑁 ∈ ℕ)
38	37	nncnd 9256	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ ∧ (𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp)) → 𝑁 ∈ ℂ)
39	36, 38	adddirp1d 8305	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ ∧ (𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp)) → ((𝑚 + 1) · 𝑁) = ((𝑚 · 𝑁) + 𝑁))
40	39	oveq1d 6067	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ ∧ (𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp)) → (((𝑚 + 1) · 𝑁) · 𝑋) = (((𝑚 · 𝑁) + 𝑁) · 𝑋))
41		simpr3 1032	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ ∧ (𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp)) → 𝐺 ∈ Smgrp)
42		nnmulcl 9263	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝑚 · 𝑁) ∈ ℕ)
43	42	3ad2antr1 1189	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ ∧ (𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp)) → (𝑚 · 𝑁) ∈ ℕ)
44		simpr2 1031	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ ∧ (𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp)) → 𝑋 ∈ 𝐵)
45		eqid 2234	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
46	26, 27, 45	mulgnndir 13889	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐺 ∈ Smgrp ∧ ((𝑚 · 𝑁) ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵)) → (((𝑚 · 𝑁) + 𝑁) · 𝑋) = (((𝑚 · 𝑁) · 𝑋)(+g‘𝐺)(𝑁 · 𝑋)))
47	41, 43, 37, 44, 46	syl13anc 1276	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ ∧ (𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp)) → (((𝑚 · 𝑁) + 𝑁) · 𝑋) = (((𝑚 · 𝑁) · 𝑋)(+g‘𝐺)(𝑁 · 𝑋)))
48	40, 47	eqtrd 2267	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ ∧ (𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp)) → (((𝑚 + 1) · 𝑁) · 𝑋) = (((𝑚 · 𝑁) · 𝑋)(+g‘𝐺)(𝑁 · 𝑋)))
49	26, 27, 45	mulgnnp1 13868	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ ∧ (𝑁 · 𝑋) ∈ 𝐵) → ((𝑚 + 1) · (𝑁 · 𝑋)) = ((𝑚 · (𝑁 · 𝑋))(+g‘𝐺)(𝑁 · 𝑋)))
50	30, 49	sylan2 286	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ ∧ (𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp)) → ((𝑚 + 1) · (𝑁 · 𝑋)) = ((𝑚 · (𝑁 · 𝑋))(+g‘𝐺)(𝑁 · 𝑋)))
51	48, 50	eqeq12d 2249	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ ∧ (𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp)) → ((((𝑚 + 1) · 𝑁) · 𝑋) = ((𝑚 + 1) · (𝑁 · 𝑋)) ↔ (((𝑚 · 𝑁) · 𝑋)(+g‘𝐺)(𝑁 · 𝑋)) = ((𝑚 · (𝑁 · 𝑋))(+g‘𝐺)(𝑁 · 𝑋))))
52	34, 51	imbitrrid 156	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ ∧ (𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp)) → (((𝑚 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑚 · (𝑁 · 𝑋)) → (((𝑚 + 1) · 𝑁) · 𝑋) = ((𝑚 + 1) · (𝑁 · 𝑋))))
53	52	ex 115	. . . . . 6 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ → ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp) → (((𝑚 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑚 · (𝑁 · 𝑋)) → (((𝑚 + 1) · 𝑁) · 𝑋) = ((𝑚 + 1) · (𝑁 · 𝑋)))))
54	53	a2d 26	. . . . 5 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ → (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp) → ((𝑚 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑚 · (𝑁 · 𝑋))) → ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp) → (((𝑚 + 1) · 𝑁) · 𝑋) = ((𝑚 + 1) · (𝑁 · 𝑋)))))
55	5, 10, 15, 20, 33, 54	nnind 9258	. . . 4 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐺 ∈ Smgrp) → ((𝑀 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑀 · (𝑁 · 𝑋))))
56	55	3expd 1251	. . 3 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → (𝑁 ∈ ℕ → (𝑋 ∈ 𝐵 → (𝐺 ∈ Smgrp → ((𝑀 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑀 · (𝑁 · 𝑋))))))
57	56	com4r 86	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ Smgrp → (𝑀 ∈ ℕ → (𝑁 ∈ ℕ → (𝑋 ∈ 𝐵 → ((𝑀 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑀 · (𝑁 · 𝑋))))))
58	57	3imp2 1249	1 ⊢ ((𝐺 ∈ Smgrp ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵)) → ((𝑀 · 𝑁) · 𝑋) = (𝑀 · (𝑁 · 𝑋)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   ∧ w3a 1005   = wceq 1398   ∈ wcel 2205  ‘cfv 5354  (class class class)co 6052  ℂcc 8130  1c1 8133   + caddc 8135   · cmul 8137  ℕcn 9242  Basecbs 13233  +_gcplusg 13311  Mgmcmgm 13588  Smgrpcsgrp 13635  ._gcmg 13857

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 619  ax-in2 620  ax-io 717  ax-5 1496  ax-7 1497  ax-gen 1498  ax-ie1 1542  ax-ie2 1543  ax-8 1553  ax-10 1554  ax-11 1555  ax-i12 1556  ax-bndl 1558  ax-4 1559  ax-17 1575  ax-i9 1579  ax-ial 1583  ax-i5r 1584  ax-13 2207  ax-14 2208  ax-ext 2216  ax-coll 4227  ax-sep 4230  ax-nul 4238  ax-pow 4289  ax-pr 4324  ax-un 4556  ax-setind 4661  ax-iinf 4712  ax-cnex 8223  ax-resscn 8224  ax-1cn 8225  ax-1re 8226  ax-icn 8227  ax-addcl 8228  ax-addrcl 8229  ax-mulcl 8230  ax-addcom 8232  ax-mulcom 8233  ax-addass 8234  ax-mulass 8235  ax-distr 8236  ax-i2m1 8237  ax-0lt1 8238  ax-1rid 8239  ax-0id 8240  ax-rnegex 8241  ax-cnre 8243  ax-pre-ltirr 8244  ax-pre-ltwlin 8245  ax-pre-lttrn 8246  ax-pre-ltadd 8248

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 843  df-3or 1006  df-3an 1007  df-tru 1401  df-fal 1404  df-nf 1510  df-sb 1812  df-eu 2085  df-mo 2086  df-clab 2221  df-cleq 2227  df-clel 2230  df-nfc 2375  df-ne 2415  df-nel 2510  df-ral 2527  df-rex 2528  df-reu 2529  df-rab 2531  df-v 2817  df-sbc 3045  df-csb 3141  df-dif 3215  df-un 3217  df-in 3219  df-ss 3226  df-nul 3511  df-if 3623  df-pw 3673  df-sn 3697  df-pr 3698  df-op 3700  df-uni 3917  df-int 3952  df-iun 3995  df-br 4112  df-opab 4174  df-mpt 4175  df-tr 4211  df-id 4416  df-iord 4489  df-on 4491  df-ilim 4492  df-suc 4494  df-iom 4715  df-xp 4757  df-rel 4758  df-cnv 4759  df-co 4760  df-dm 4761  df-rn 4762  df-res 4763  df-ima 4764  df-iota 5314  df-fun 5356  df-fn 5357  df-f 5358  df-f1 5359  df-fo 5360  df-f1o 5361  df-fv 5362  df-riota 6005  df-ov 6055  df-oprab 6056  df-mpo 6057  df-1st 6336  df-2nd 6337  df-recs 6538  df-frec 6624  df-pnf 8315  df-mnf 8316  df-xr 8317  df-ltxr 8318  df-le 8319  df-sub 8451  df-neg 8452  df-inn 9243  df-2 9301  df-n0 9502  df-z 9583  df-uz 9860  df-fz 10349  df-seqfrec 10817  df-ndx 13236  df-slot 13237  df-base 13239  df-plusg 13324  df-0g 13492  df-mgm 13590  df-sgrp 13636  df-minusg 13738  df-mulg 13858

This theorem is referenced by:  mulgnn0ass  13896