Theorem frgpinv 19673

Description: The inverse of an element of the free group. (Contributed by Mario Carneiro, 2-Oct-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
frgpadd.w	⊢ 𝑊 = ( I ‘Word (𝐼 × 2o))
frgpadd.g	⊢ 𝐺 = (freeGrp‘𝐼)
frgpadd.r	⊢ ∼ = ( ~FG ‘𝐼)
frgpinv.n	⊢ 𝑁 = (invg‘𝐺)
frgpinv.m	⊢ 𝑀 = (𝑦 ∈ 𝐼, 𝑧 ∈ 2o ↦ ⟨𝑦, (1o ∖ 𝑧)⟩)

Assertion

Ref	Expression
frgpinv	⊢ (𝐴 ∈ 𝑊 → (𝑁‘[𝐴] ∼ ) = [(𝑀 ∘ (reverse‘𝐴))] ∼ )

Distinct variable groups:   𝑦,𝑧,𝐼   𝑦, ∼ ,𝑧   𝑦,𝑊,𝑧

Allowed substitution hints:   𝐴(𝑦,𝑧)   𝐺(𝑦,𝑧)   𝑀(𝑦,𝑧)   𝑁(𝑦,𝑧)

Proof of Theorem frgpinv

Dummy variables 𝑛 𝑣 𝑤 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		frgpadd.w	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑊 = ( I ‘Word (𝐼 × 2o))
2		fviss 6968	. . . . . . . . 9 ⊢ ( I ‘Word (𝐼 × 2o)) ⊆ Word (𝐼 × 2o)
3	1, 2	eqsstri 4016	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑊 ⊆ Word (𝐼 × 2o)
4	3	sseli 3978	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑊 → 𝐴 ∈ Word (𝐼 × 2o))
5		revcl 14715	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ Word (𝐼 × 2o) → (reverse‘𝐴) ∈ Word (𝐼 × 2o))
6	4, 5	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑊 → (reverse‘𝐴) ∈ Word (𝐼 × 2o))
7		frgpinv.m	. . . . . . 7 ⊢ 𝑀 = (𝑦 ∈ 𝐼, 𝑧 ∈ 2o ↦ ⟨𝑦, (1o ∖ 𝑧)⟩)
8	7	efgmf 19622	. . . . . 6 ⊢ 𝑀:(𝐼 × 2o)⟶(𝐼 × 2o)
9		wrdco 14786	. . . . . 6 ⊢ (((reverse‘𝐴) ∈ Word (𝐼 × 2o) ∧ 𝑀:(𝐼 × 2o)⟶(𝐼 × 2o)) → (𝑀 ∘ (reverse‘𝐴)) ∈ Word (𝐼 × 2o))
10	6, 8, 9	sylancl 586	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑊 → (𝑀 ∘ (reverse‘𝐴)) ∈ Word (𝐼 × 2o))
11	1	efgrcl 19624	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑊 → (𝐼 ∈ V ∧ 𝑊 = Word (𝐼 × 2o)))
12	11	simprd 496	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑊 → 𝑊 = Word (𝐼 × 2o))
13	10, 12	eleqtrrd 2836	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑊 → (𝑀 ∘ (reverse‘𝐴)) ∈ 𝑊)
14		frgpadd.g	. . . . 5 ⊢ 𝐺 = (freeGrp‘𝐼)
15		frgpadd.r	. . . . 5 ⊢ ∼ = ( ~FG ‘𝐼)
16		eqid 2732	. . . . 5 ⊢ (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
17	1, 14, 15, 16	frgpadd 19672	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝑊 ∧ (𝑀 ∘ (reverse‘𝐴)) ∈ 𝑊) → ([𝐴] ∼ (+g‘𝐺)[(𝑀 ∘ (reverse‘𝐴))] ∼ ) = [(𝐴 ++ (𝑀 ∘ (reverse‘𝐴)))] ∼ )
18	13, 17	mpdan 685	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑊 → ([𝐴] ∼ (+g‘𝐺)[(𝑀 ∘ (reverse‘𝐴))] ∼ ) = [(𝐴 ++ (𝑀 ∘ (reverse‘𝐴)))] ∼ )
19	1, 15	efger 19627	. . . . 5 ⊢ ∼ Er 𝑊
20	19	a1i 11	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑊 → ∼ Er 𝑊)
21		eqid 2732	. . . . 5 ⊢ (𝑣 ∈ 𝑊 ↦ (𝑛 ∈ (0...(♯‘𝑣)), 𝑤 ∈ (𝐼 × 2o) ↦ (𝑣 splice ⟨𝑛, 𝑛, ⟨“𝑤(𝑀‘𝑤)”⟩⟩))) = (𝑣 ∈ 𝑊 ↦ (𝑛 ∈ (0...(♯‘𝑣)), 𝑤 ∈ (𝐼 × 2o) ↦ (𝑣 splice ⟨𝑛, 𝑛, ⟨“𝑤(𝑀‘𝑤)”⟩⟩)))
22	1, 15, 7, 21	efginvrel2 19636	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑊 → (𝐴 ++ (𝑀 ∘ (reverse‘𝐴))) ∼ ∅)
23	20, 22	erthi 8756	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑊 → [(𝐴 ++ (𝑀 ∘ (reverse‘𝐴)))] ∼ = [∅] ∼ )
24	14, 15	frgp0 19669	. . . . . 6 ⊢ (𝐼 ∈ V → (𝐺 ∈ Grp ∧ [∅] ∼ = (0g‘𝐺)))
25	24	adantr 481	. . . . 5 ⊢ ((𝐼 ∈ V ∧ 𝑊 = Word (𝐼 × 2o)) → (𝐺 ∈ Grp ∧ [∅] ∼ = (0g‘𝐺)))
26	11, 25	syl 17	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑊 → (𝐺 ∈ Grp ∧ [∅] ∼ = (0g‘𝐺)))
27	26	simprd 496	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑊 → [∅] ∼ = (0g‘𝐺))
28	18, 23, 27	3eqtrd 2776	. 2 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑊 → ([𝐴] ∼ (+g‘𝐺)[(𝑀 ∘ (reverse‘𝐴))] ∼ ) = (0g‘𝐺))
29	26	simpld 495	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑊 → 𝐺 ∈ Grp)
30		eqid 2732	. . . 4 ⊢ (Base‘𝐺) = (Base‘𝐺)
31	14, 15, 1, 30	frgpeccl 19670	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑊 → [𝐴] ∼ ∈ (Base‘𝐺))
32	14, 15, 1, 30	frgpeccl 19670	. . . 4 ⊢ ((𝑀 ∘ (reverse‘𝐴)) ∈ 𝑊 → [(𝑀 ∘ (reverse‘𝐴))] ∼ ∈ (Base‘𝐺))
33	13, 32	syl 17	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑊 → [(𝑀 ∘ (reverse‘𝐴))] ∼ ∈ (Base‘𝐺))
34		eqid 2732	. . . 4 ⊢ (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
35		frgpinv.n	. . . 4 ⊢ 𝑁 = (invg‘𝐺)
36	30, 16, 34, 35	grpinvid1 18912	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ [𝐴] ∼ ∈ (Base‘𝐺) ∧ [(𝑀 ∘ (reverse‘𝐴))] ∼ ∈ (Base‘𝐺)) → ((𝑁‘[𝐴] ∼ ) = [(𝑀 ∘ (reverse‘𝐴))] ∼ ↔ ([𝐴] ∼ (+g‘𝐺)[(𝑀 ∘ (reverse‘𝐴))] ∼ ) = (0g‘𝐺)))
37	29, 31, 33, 36	syl3anc 1371	. 2 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑊 → ((𝑁‘[𝐴] ∼ ) = [(𝑀 ∘ (reverse‘𝐴))] ∼ ↔ ([𝐴] ∼ (+g‘𝐺)[(𝑀 ∘ (reverse‘𝐴))] ∼ ) = (0g‘𝐺)))
38	28, 37	mpbird 256	1 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑊 → (𝑁‘[𝐴] ∼ ) = [(𝑀 ∘ (reverse‘𝐴))] ∼ )

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 396   = wceq 1541   ∈ wcel 2106  Vcvv 3474   ∖ cdif 3945  ∅c0 4322  ⟨cop 4634  ⟨cotp 4636   ↦ cmpt 5231   I cid 5573   × cxp 5674   ∘ ccom 5680  ⟶wf 6539  ‘cfv 6543  (class class class)co 7411   ∈ cmpo 7413  1_oc1o 8461  2_oc2o 8462   Er wer 8702  [cec 8703  0cc0 11112  ...cfz 13488  ♯chash 14294  Word cword 14468   ++ cconcat 14524   splice csplice 14703  reversecreverse 14712  ⟨“cs2 14796  Basecbs 17148  +_gcplusg 17201  0_gc0g 17389  Grpcgrp 18855  inv_gcminusg 18856   ~_FG cefg 19615  freeGrpcfrgp 19616

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2703  ax-rep 5285  ax-sep 5299  ax-nul 5306  ax-pow 5363  ax-pr 5427  ax-un 7727  ax-cnex 11168  ax-resscn 11169  ax-1cn 11170  ax-icn 11171  ax-addcl 11172  ax-addrcl 11173  ax-mulcl 11174  ax-mulrcl 11175  ax-mulcom 11176  ax-addass 11177  ax-mulass 11178  ax-distr 11179  ax-i2m1 11180  ax-1ne0 11181  ax-1rid 11182  ax-rnegex 11183  ax-rrecex 11184  ax-cnre 11185  ax-pre-lttri 11186  ax-pre-lttrn 11187  ax-pre-ltadd 11188  ax-pre-mulgt0 11189

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2534  df-eu 2563  df-clab 2710  df-cleq 2724  df-clel 2810  df-nfc 2885  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3062  df-rex 3071  df-rmo 3376  df-reu 3377  df-rab 3433  df-v 3476  df-sbc 3778  df-csb 3894  df-dif 3951  df-un 3953  df-in 3955  df-ss 3965  df-pss 3967  df-nul 4323  df-if 4529  df-pw 4604  df-sn 4629  df-pr 4631  df-tp 4633  df-op 4635  df-ot 4637  df-uni 4909  df-int 4951  df-iun 4999  df-iin 5000  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-tr 5266  df-id 5574  df-eprel 5580  df-po 5588  df-so 5589  df-fr 5631  df-we 5633  df-xp 5682  df-rel 5683  df-cnv 5684  df-co 5685  df-dm 5686  df-rn 5687  df-res 5688  df-ima 5689  df-pred 6300  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6495  df-fun 6545  df-fn 6546  df-f 6547  df-f1 6548  df-fo 6549  df-f1o 6550  df-fv 6551  df-riota 7367  df-ov 7414  df-oprab 7415  df-mpo 7416  df-om 7858  df-1st 7977  df-2nd 7978  df-frecs 8268  df-wrecs 8299  df-recs 8373  df-rdg 8412  df-1o 8468  df-2o 8469  df-er 8705  df-ec 8707  df-qs 8711  df-map 8824  df-en 8942  df-dom 8943  df-sdom 8944  df-fin 8945  df-sup 9439  df-inf 9440  df-card 9936  df-pnf 11254  df-mnf 11255  df-xr 11256  df-ltxr 11257  df-le 11258  df-sub 11450  df-neg 11451  df-nn 12217  df-2 12279  df-3 12280  df-4 12281  df-5 12282  df-6 12283  df-7 12284  df-8 12285  df-9 12286  df-n0 12477  df-xnn0 12549  df-z 12563  df-dec 12682  df-uz 12827  df-fz 13489  df-fzo 13632  df-hash 14295  df-word 14469  df-lsw 14517  df-concat 14525  df-s1 14550  df-substr 14595  df-pfx 14625  df-splice 14704  df-reverse 14713  df-s2 14803  df-struct 17084  df-slot 17119  df-ndx 17131  df-base 17149  df-plusg 17214  df-mulr 17215  df-sca 17217  df-vsca 17218  df-ip 17219  df-tset 17220  df-ple 17221  df-ds 17223  df-0g 17391  df-imas 17458  df-qus 17459  df-mgm 18565  df-sgrp 18644  df-mnd 18660  df-frmd 18766  df-grp 18858  df-minusg 18859  df-efg 19618  df-frgp 19619

This theorem is referenced by:  vrgpinv  19678