Theorem mulgsubcl 13516

Description: Closure of the group multiple (exponentiation) operation in a subgroup. (Contributed by Mario Carneiro, 10-Jan-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
mulgnnsubcl.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
mulgnnsubcl.t	⊢ · = (.g‘𝐺)
mulgnnsubcl.p	⊢ + = (+g‘𝐺)
mulgnnsubcl.g	⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ 𝑉)
mulgnnsubcl.s	⊢ (𝜑 → 𝑆 ⊆ 𝐵)
mulgnnsubcl.c	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆) → (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆)
mulgnn0subcl.z	⊢ 0 = (0g‘𝐺)
mulgnn0subcl.c	⊢ (𝜑 → 0 ∈ 𝑆)
mulgsubcl.i	⊢ 𝐼 = (invg‘𝐺)
mulgsubcl.c	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → (𝐼‘𝑥) ∈ 𝑆)

Assertion

Ref	Expression
mulgsubcl	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → (𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)

Distinct variable groups:   𝑥,𝑦, +   𝑥,𝐵,𝑦   𝑥,𝐺,𝑦   𝑥,𝐼   𝑥,𝑁,𝑦   𝑥,𝑆,𝑦   𝜑,𝑥,𝑦   𝑥, ·   𝑥,𝑋,𝑦

Allowed substitution hints:   · (𝑦)   𝐼(𝑦)   𝑉(𝑥,𝑦)   0 (𝑥,𝑦)

Proof of Theorem mulgsubcl

Step	Hyp	Ref	Expression
1		mulgnnsubcl.b	. . . . . 6 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
2		mulgnnsubcl.t	. . . . . 6 ⊢ · = (.g‘𝐺)
3		mulgnnsubcl.p	. . . . . 6 ⊢ + = (+g‘𝐺)
4		mulgnnsubcl.g	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ 𝑉)
5		mulgnnsubcl.s	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ⊆ 𝐵)
6		mulgnnsubcl.c	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆) → (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆)
7		mulgnn0subcl.z	. . . . . 6 ⊢ 0 = (0g‘𝐺)
8		mulgnn0subcl.c	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ 𝑆)
9	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8	mulgnn0subcl 13515	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → (𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)
10	9	3expa 1206	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → (𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)
11	10	an32s 568	. . 3 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)
12	11	3adantl2 1157	. 2 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)
13		simp2 1001	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → 𝑁 ∈ ℤ)
14	13	adantr 276	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → 𝑁 ∈ ℤ)
15	14	zcnd 9503	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → 𝑁 ∈ ℂ)
16	15	negnegd 8381	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → --𝑁 = 𝑁)
17	16	oveq1d 5966	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → (--𝑁 · 𝑋) = (𝑁 · 𝑋))
18		id 19	. . . . . 6 ⊢ (-𝑁 ∈ ℕ → -𝑁 ∈ ℕ)
19	5	3ad2ant1 1021	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → 𝑆 ⊆ 𝐵)
20		simp3 1002	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → 𝑋 ∈ 𝑆)
21	19, 20	sseldd 3195	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → 𝑋 ∈ 𝐵)
22		mulgsubcl.i	. . . . . . 7 ⊢ 𝐼 = (invg‘𝐺)
23	1, 2, 22	mulgnegnn 13512	. . . . . 6 ⊢ ((-𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (--𝑁 · 𝑋) = (𝐼‘(-𝑁 · 𝑋)))
24	18, 21, 23	syl2anr 290	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → (--𝑁 · 𝑋) = (𝐼‘(-𝑁 · 𝑋)))
25	17, 24	eqtr3d 2241	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → (𝑁 · 𝑋) = (𝐼‘(-𝑁 · 𝑋)))
26		fveq2 5583	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = (-𝑁 · 𝑋) → (𝐼‘𝑥) = (𝐼‘(-𝑁 · 𝑋)))
27	26	eleq1d 2275	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = (-𝑁 · 𝑋) → ((𝐼‘𝑥) ∈ 𝑆 ↔ (𝐼‘(-𝑁 · 𝑋)) ∈ 𝑆))
28		mulgsubcl.c	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → (𝐼‘𝑥) ∈ 𝑆)
29	28	ralrimiva 2580	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ 𝑆 (𝐼‘𝑥) ∈ 𝑆)
30	29	3ad2ant1 1021	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → ∀𝑥 ∈ 𝑆 (𝐼‘𝑥) ∈ 𝑆)
31	30	adantr 276	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → ∀𝑥 ∈ 𝑆 (𝐼‘𝑥) ∈ 𝑆)
32	1, 2, 3, 4, 5, 6	mulgnnsubcl 13514	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ -𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → (-𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)
33	32	3expa 1206	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ -𝑁 ∈ ℕ) ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → (-𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)
34	33	an32s 568	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → (-𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)
35	34	3adantl2 1157	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → (-𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)
36	27, 31, 35	rspcdva 2883	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → (𝐼‘(-𝑁 · 𝑋)) ∈ 𝑆)
37	25, 36	eqeltrd 2283	. . 3 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → (𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)
38	37	adantrl 478	. 2 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ (𝑁 ∈ ℝ ∧ -𝑁 ∈ ℕ)) → (𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)
39		elznn0nn 9393	. . 3 ⊢ (𝑁 ∈ ℤ ↔ (𝑁 ∈ ℕ0 ∨ (𝑁 ∈ ℝ ∧ -𝑁 ∈ ℕ)))
40	13, 39	sylib 122	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → (𝑁 ∈ ℕ0 ∨ (𝑁 ∈ ℝ ∧ -𝑁 ∈ ℕ)))
41	12, 38, 40	mpjaodan 800	1 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → (𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   ∨ wo 710   ∧ w3a 981   = wceq 1373   ∈ wcel 2177  ∀wral 2485   ⊆ wss 3167  ‘cfv 5276  (class class class)co 5951  ℝcr 7931  -cneg 8251  ℕcn 9043  ℕ₀cn0 9302  ℤcz 9379  Basecbs 12876  +_gcplusg 12953  0_gc0g 13132  inv_gcminusg 13377  ._gcmg 13499

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 711  ax-5 1471  ax-7 1472  ax-gen 1473  ax-ie1 1517  ax-ie2 1518  ax-8 1528  ax-10 1529  ax-11 1530  ax-i12 1531  ax-bndl 1533  ax-4 1534  ax-17 1550  ax-i9 1554  ax-ial 1558  ax-i5r 1559  ax-13 2179  ax-14 2180  ax-ext 2188  ax-coll 4163  ax-sep 4166  ax-nul 4174  ax-pow 4222  ax-pr 4257  ax-un 4484  ax-setind 4589  ax-iinf 4640  ax-cnex 8023  ax-resscn 8024  ax-1cn 8025  ax-1re 8026  ax-icn 8027  ax-addcl 8028  ax-addrcl 8029  ax-mulcl 8030  ax-addcom 8032  ax-addass 8034  ax-distr 8036  ax-i2m1 8037  ax-0lt1 8038  ax-0id 8040  ax-rnegex 8041  ax-cnre 8043  ax-pre-ltirr 8044  ax-pre-ltwlin 8045  ax-pre-lttrn 8046  ax-pre-ltadd 8048

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 837  df-3or 982  df-3an 983  df-tru 1376  df-fal 1379  df-nf 1485  df-sb 1787  df-eu 2058  df-mo 2059  df-clab 2193  df-cleq 2199  df-clel 2202  df-nfc 2338  df-ne 2378  df-nel 2473  df-ral 2490  df-rex 2491  df-reu 2492  df-rab 2494  df-v 2775  df-sbc 3000  df-csb 3095  df-dif 3169  df-un 3171  df-in 3173  df-ss 3180  df-nul 3462  df-if 3573  df-pw 3619  df-sn 3640  df-pr 3641  df-op 3643  df-uni 3853  df-int 3888  df-iun 3931  df-br 4048  df-opab 4110  df-mpt 4111  df-tr 4147  df-id 4344  df-iord 4417  df-on 4419  df-ilim 4420  df-suc 4422  df-iom 4643  df-xp 4685  df-rel 4686  df-cnv 4687  df-co 4688  df-dm 4689  df-rn 4690  df-res 4691  df-ima 4692  df-iota 5237  df-fun 5278  df-fn 5279  df-f 5280  df-f1 5281  df-fo 5282  df-f1o 5283  df-fv 5284  df-riota 5906  df-ov 5954  df-oprab 5955  df-mpo 5956  df-1st 6233  df-2nd 6234  df-recs 6398  df-frec 6484  df-pnf 8116  df-mnf 8117  df-xr 8118  df-ltxr 8119  df-le 8120  df-sub 8252  df-neg 8253  df-inn 9044  df-2 9102  df-n0 9303  df-z 9380  df-uz 9656  df-seqfrec 10600  df-ndx 12879  df-slot 12880  df-base 12882  df-plusg 12966  df-0g 13134  df-minusg 13380  df-mulg 13500

This theorem is referenced by:  mulgcl  13519  subgmulgcl  13567