Theorem cygabl 20111

Description: A cyclic group is abelian. (Contributed by Mario Carneiro, 21-Apr-2016.) (Proof shortened by AV, 20-Jan-2024.)

Assertion

Ref	Expression
cygabl	⊢ (𝐺 ∈ CycGrp → 𝐺 ∈ Abel)

Proof of Theorem cygabl

Dummy variables 𝑛 𝑥 𝑎 𝑏 𝑖 𝑚 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eqid 2760	. . 3 ⊢ (Base‘𝐺) = (Base‘𝐺)
2		eqid 2760	. . 3 ⊢ (.g‘𝐺) = (.g‘𝐺)
3	1, 2	iscyg3 20106	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ CycGrp ↔ (𝐺 ∈ Grp ∧ ∃𝑥 ∈ (Base‘𝐺)∀𝑦 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑛 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)))
4		eqidd 2761	. . . 4 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)) ∧ ∀𝑦 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑛 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) → (Base‘𝐺) = (Base‘𝐺))
5		eqidd 2761	. . . 4 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)) ∧ ∀𝑦 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑛 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) → (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺))
6		simpll 779	. . . 4 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)) ∧ ∀𝑦 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑛 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) → 𝐺 ∈ Grp)
7		oveq1 7428	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑛 = 𝑖 → (𝑛(.g‘𝐺)𝑥) = (𝑖(.g‘𝐺)𝑥))
8	7	eqeq2d 2771	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 = 𝑖 → (𝑦 = (𝑛(.g‘𝐺)𝑥) ↔ 𝑦 = (𝑖(.g‘𝐺)𝑥)))
9	8	cbvrexvw 3241	. . . . . . . . 9 ⊢ (∃𝑛 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑛(.g‘𝐺)𝑥) ↔ ∃𝑖 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑖(.g‘𝐺)𝑥))
10	9	biimpi 219	. . . . . . . 8 ⊢ (∃𝑛 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑛(.g‘𝐺)𝑥) → ∃𝑖 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑖(.g‘𝐺)𝑥))
11	10	ralimi 3099	. . . . . . 7 ⊢ (∀𝑦 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑛 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑛(.g‘𝐺)𝑥) → ∀𝑦 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑖 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑖(.g‘𝐺)𝑥))
12	11	adantl 487	. . . . . 6 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)) ∧ ∀𝑦 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑛 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) → ∀𝑦 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑖 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑖(.g‘𝐺)𝑥))
13	12	3ad2ant1 1151	. . . . 5 ⊢ ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)) ∧ ∀𝑦 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑛 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝐺)) → ∀𝑦 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑖 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑖(.g‘𝐺)𝑥))
14		simpll 779	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)) ∧ (𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑛 ∈ ℤ)) → 𝐺 ∈ Grp)
15		simpr 490	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)) → 𝑥 ∈ (Base‘𝐺))
16	15	anim1ci 628	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)) ∧ (𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑛 ∈ ℤ)) → ((𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑛 ∈ ℤ) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)))
17		df-3an 1105	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑛 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)) ↔ ((𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑛 ∈ ℤ) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)))
18	16, 17	sylibr 237	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)) ∧ (𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑛 ∈ ℤ)) → (𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑛 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)))
19		eqid 2760	. . . . . . . . . 10 ⊢ (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
20	1, 2, 19	mulgdir 19322	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑛 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺))) → ((𝑚 + 𝑛)(.g‘𝐺)𝑥) = ((𝑚(.g‘𝐺)𝑥)(+g‘𝐺)(𝑛(.g‘𝐺)𝑥)))
21	14, 18, 20	syl2anc 596	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)) ∧ (𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑛 ∈ ℤ)) → ((𝑚 + 𝑛)(.g‘𝐺)𝑥) = ((𝑚(.g‘𝐺)𝑥)(+g‘𝐺)(𝑛(.g‘𝐺)𝑥)))
22	21	ralrimivva 3205	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)) → ∀𝑚 ∈ ℤ ∀𝑛 ∈ ℤ ((𝑚 + 𝑛)(.g‘𝐺)𝑥) = ((𝑚(.g‘𝐺)𝑥)(+g‘𝐺)(𝑛(.g‘𝐺)𝑥)))
23	22	adantr 486	. . . . . 6 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)) ∧ ∀𝑦 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑛 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) → ∀𝑚 ∈ ℤ ∀𝑛 ∈ ℤ ((𝑚 + 𝑛)(.g‘𝐺)𝑥) = ((𝑚(.g‘𝐺)𝑥)(+g‘𝐺)(𝑛(.g‘𝐺)𝑥)))
24	23	3ad2ant1 1151	. . . . 5 ⊢ ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)) ∧ ∀𝑦 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑛 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝐺)) → ∀𝑚 ∈ ℤ ∀𝑛 ∈ ℤ ((𝑚 + 𝑛)(.g‘𝐺)𝑥) = ((𝑚(.g‘𝐺)𝑥)(+g‘𝐺)(𝑛(.g‘𝐺)𝑥)))
25		simp2 1155	. . . . 5 ⊢ ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)) ∧ ∀𝑦 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑛 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝐺)) → 𝑎 ∈ (Base‘𝐺))
26		simp3 1156	. . . . 5 ⊢ ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)) ∧ ∀𝑦 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑛 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝐺)) → 𝑏 ∈ (Base‘𝐺))
27		zsscn 12705	. . . . . 6 ⊢ ℤ ⊆ ℂ
28	27	a1i 11	. . . . 5 ⊢ ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)) ∧ ∀𝑦 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑛 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝐺)) → ℤ ⊆ ℂ)
29	13, 24, 25, 26, 28	cyccom 19424	. . . 4 ⊢ ((((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)) ∧ ∀𝑦 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑛 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘𝐺) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝐺)) → (𝑎(+g‘𝐺)𝑏) = (𝑏(+g‘𝐺)𝑎))
30	4, 5, 6, 29	isabld 20015	. . 3 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝐺)) ∧ ∀𝑦 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑛 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) → 𝐺 ∈ Abel)
31	30	r19.29an 3166	. 2 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ ∃𝑥 ∈ (Base‘𝐺)∀𝑦 ∈ (Base‘𝐺)∃𝑛 ∈ ℤ 𝑦 = (𝑛(.g‘𝐺)𝑥)) → 𝐺 ∈ Abel)
32	3, 31	sylbi 220	1 ⊢ (𝐺 ∈ CycGrp → 𝐺 ∈ Abel)

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1569   ∈ wcel 2144  ∀wral 3076  ∃wrex 3086   ⊆ wss 3895  ‘cfv 6539  (class class class)co 7421  ℂcc 11202   + caddc 11207  ℤcz 12697  Basecbs 17393  +_gcplusg 17434  Grpcgrp 19150  ._gcmg 19283  Abelcabl 20001  CycGrpccyg 20097

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7752  ax-cnex 11260  ax-resscn 11261  ax-1cn 11262  ax-icn 11263  ax-addcl 11264  ax-addrcl 11265  ax-mulcl 11266  ax-mulrcl 11267  ax-mulcom 11268  ax-addass 11269  ax-mulass 11270  ax-distr 11271  ax-i2m1 11272  ax-1ne0 11273  ax-1rid 11274  ax-rnegex 11275  ax-rrecex 11276  ax-cnre 11277  ax-pre-lttri 11278  ax-pre-lttrn 11279  ax-pre-ltadd 11280  ax-pre-mulgt0 11281

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-ss 3896  df-pss 4014  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4835  df-uni 4867  df-iun 4952  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-we 5605  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6541  df-fn 6542  df-f 6543  df-f1 6544  df-fo 6545  df-f1o 6546  df-fv 6547  df-riota 7378  df-ov 7424  df-oprab 7425  df-mpo 7426  df-om 7879  df-1st 8002  df-2nd 8003  df-frecs 8303  df-wrecs 8334  df-recs 8383  df-rdg 8422  df-er 8721  df-en 8978  df-dom 8979  df-sdom 8980  df-pnf 11349  df-mnf 11350  df-xr 11351  df-ltxr 11352  df-le 11353  df-sub 11547  df-neg 11548  df-nn 12340  df-n0 12611  df-z 12698  df-uz 12970  df-fz 13644  df-seq 14149  df-0g 17618  df-mgm 18822  df-sgrp 18914  df-mnd 18930  df-grp 19153  df-minusg 19154  df-mulg 19284  df-cmn 20002  df-abl 20003  df-cyg 20098

This theorem is used by:  lt6abl  20115  frgpcyg  21885