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Theorem mulginvcom 18248
Description: The group multiple operator commutes with the group inverse function. (Contributed by Paul Chapman, 17-Apr-2009.) (Revised by AV, 31-Aug-2021.)
Hypotheses
Ref Expression
mulginvcom.b 𝐵 = (Base‘𝐺)
mulginvcom.t · = (.g𝐺)
mulginvcom.i 𝐼 = (invg𝐺)
Assertion
Ref Expression
mulginvcom ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋𝐵) → (𝑁 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑁 · 𝑋)))

Proof of Theorem mulginvcom
Dummy variables 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 oveq1 7152 . . . . . 6 (𝑥 = 0 → (𝑥 · (𝐼𝑋)) = (0 · (𝐼𝑋)))
2 fvoveq1 7168 . . . . . 6 (𝑥 = 0 → (𝐼‘(𝑥 · 𝑋)) = (𝐼‘(0 · 𝑋)))
31, 2eqeq12d 2840 . . . . 5 (𝑥 = 0 → ((𝑥 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑥 · 𝑋)) ↔ (0 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(0 · 𝑋))))
4 oveq1 7152 . . . . . 6 (𝑥 = 𝑦 → (𝑥 · (𝐼𝑋)) = (𝑦 · (𝐼𝑋)))
5 fvoveq1 7168 . . . . . 6 (𝑥 = 𝑦 → (𝐼‘(𝑥 · 𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋)))
64, 5eqeq12d 2840 . . . . 5 (𝑥 = 𝑦 → ((𝑥 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑥 · 𝑋)) ↔ (𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋))))
7 oveq1 7152 . . . . . 6 (𝑥 = (𝑦 + 1) → (𝑥 · (𝐼𝑋)) = ((𝑦 + 1) · (𝐼𝑋)))
8 fvoveq1 7168 . . . . . 6 (𝑥 = (𝑦 + 1) → (𝐼‘(𝑥 · 𝑋)) = (𝐼‘((𝑦 + 1) · 𝑋)))
97, 8eqeq12d 2840 . . . . 5 (𝑥 = (𝑦 + 1) → ((𝑥 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑥 · 𝑋)) ↔ ((𝑦 + 1) · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘((𝑦 + 1) · 𝑋))))
10 oveq1 7152 . . . . . 6 (𝑥 = -𝑦 → (𝑥 · (𝐼𝑋)) = (-𝑦 · (𝐼𝑋)))
11 fvoveq1 7168 . . . . . 6 (𝑥 = -𝑦 → (𝐼‘(𝑥 · 𝑋)) = (𝐼‘(-𝑦 · 𝑋)))
1210, 11eqeq12d 2840 . . . . 5 (𝑥 = -𝑦 → ((𝑥 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑥 · 𝑋)) ↔ (-𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(-𝑦 · 𝑋))))
13 oveq1 7152 . . . . . 6 (𝑥 = 𝑁 → (𝑥 · (𝐼𝑋)) = (𝑁 · (𝐼𝑋)))
14 fvoveq1 7168 . . . . . 6 (𝑥 = 𝑁 → (𝐼‘(𝑥 · 𝑋)) = (𝐼‘(𝑁 · 𝑋)))
1513, 14eqeq12d 2840 . . . . 5 (𝑥 = 𝑁 → ((𝑥 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑥 · 𝑋)) ↔ (𝑁 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑁 · 𝑋))))
16 eqid 2824 . . . . . . . . 9 (0g𝐺) = (0g𝐺)
17 mulginvcom.i . . . . . . . . 9 𝐼 = (invg𝐺)
1816, 17grpinvid 18156 . . . . . . . 8 (𝐺 ∈ Grp → (𝐼‘(0g𝐺)) = (0g𝐺))
1918eqcomd 2830 . . . . . . 7 (𝐺 ∈ Grp → (0g𝐺) = (𝐼‘(0g𝐺)))
2019adantr 484 . . . . . 6 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (0g𝐺) = (𝐼‘(0g𝐺)))
21 mulginvcom.b . . . . . . . 8 𝐵 = (Base‘𝐺)
2221, 17grpinvcl 18147 . . . . . . 7 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (𝐼𝑋) ∈ 𝐵)
23 mulginvcom.t . . . . . . . 8 · = (.g𝐺)
2421, 16, 23mulg0 18227 . . . . . . 7 ((𝐼𝑋) ∈ 𝐵 → (0 · (𝐼𝑋)) = (0g𝐺))
2522, 24syl 17 . . . . . 6 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (0 · (𝐼𝑋)) = (0g𝐺))
2621, 16, 23mulg0 18227 . . . . . . . 8 (𝑋𝐵 → (0 · 𝑋) = (0g𝐺))
2726adantl 485 . . . . . . 7 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (0 · 𝑋) = (0g𝐺))
2827fveq2d 6662 . . . . . 6 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (𝐼‘(0 · 𝑋)) = (𝐼‘(0g𝐺)))
2920, 25, 283eqtr4d 2869 . . . . 5 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (0 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(0 · 𝑋)))
30 oveq2 7153 . . . . . . . . . 10 ((𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋)) → ((𝐼𝑋)(+g𝐺)(𝑦 · (𝐼𝑋))) = ((𝐼𝑋)(+g𝐺)(𝐼‘(𝑦 · 𝑋))))
3130adantl 485 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℕ0𝑋𝐵) ∧ (𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋))) → ((𝐼𝑋)(+g𝐺)(𝑦 · (𝐼𝑋))) = ((𝐼𝑋)(+g𝐺)(𝐼‘(𝑦 · 𝑋))))
32 grpmnd 18106 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐺 ∈ Grp → 𝐺 ∈ Mnd)
33323ad2ant1 1130 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℕ0𝑋𝐵) → 𝐺 ∈ Mnd)
34 simp2 1134 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℕ0𝑋𝐵) → 𝑦 ∈ ℕ0)
35223adant2 1128 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℕ0𝑋𝐵) → (𝐼𝑋) ∈ 𝐵)
36 eqid 2824 . . . . . . . . . . . . 13 (+g𝐺) = (+g𝐺)
3721, 23, 36mulgnn0p1 18235 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑦 ∈ ℕ0 ∧ (𝐼𝑋) ∈ 𝐵) → ((𝑦 + 1) · (𝐼𝑋)) = ((𝑦 · (𝐼𝑋))(+g𝐺)(𝐼𝑋)))
3833, 34, 35, 37syl3anc 1368 . . . . . . . . . . 11 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℕ0𝑋𝐵) → ((𝑦 + 1) · (𝐼𝑋)) = ((𝑦 · (𝐼𝑋))(+g𝐺)(𝐼𝑋)))
39 simp1 1133 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℕ0𝑋𝐵) → 𝐺 ∈ Grp)
40 nn0z 11998 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 ∈ ℕ0𝑦 ∈ ℤ)
41403ad2ant2 1131 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℕ0𝑋𝐵) → 𝑦 ∈ ℤ)
4221, 23, 36mulgaddcom 18247 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℤ ∧ (𝐼𝑋) ∈ 𝐵) → ((𝑦 · (𝐼𝑋))(+g𝐺)(𝐼𝑋)) = ((𝐼𝑋)(+g𝐺)(𝑦 · (𝐼𝑋))))
4339, 41, 35, 42syl3anc 1368 . . . . . . . . . . 11 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℕ0𝑋𝐵) → ((𝑦 · (𝐼𝑋))(+g𝐺)(𝐼𝑋)) = ((𝐼𝑋)(+g𝐺)(𝑦 · (𝐼𝑋))))
4438, 43eqtrd 2859 . . . . . . . . . 10 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℕ0𝑋𝐵) → ((𝑦 + 1) · (𝐼𝑋)) = ((𝐼𝑋)(+g𝐺)(𝑦 · (𝐼𝑋))))
4544adantr 484 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℕ0𝑋𝐵) ∧ (𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋))) → ((𝑦 + 1) · (𝐼𝑋)) = ((𝐼𝑋)(+g𝐺)(𝑦 · (𝐼𝑋))))
4621, 23, 36mulgnn0p1 18235 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑦 ∈ ℕ0𝑋𝐵) → ((𝑦 + 1) · 𝑋) = ((𝑦 · 𝑋)(+g𝐺)𝑋))
4732, 46syl3an1 1160 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℕ0𝑋𝐵) → ((𝑦 + 1) · 𝑋) = ((𝑦 · 𝑋)(+g𝐺)𝑋))
4847fveq2d 6662 . . . . . . . . . . 11 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℕ0𝑋𝐵) → (𝐼‘((𝑦 + 1) · 𝑋)) = (𝐼‘((𝑦 · 𝑋)(+g𝐺)𝑋)))
4921, 23mulgcl 18241 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℤ ∧ 𝑋𝐵) → (𝑦 · 𝑋) ∈ 𝐵)
5040, 49syl3an2 1161 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℕ0𝑋𝐵) → (𝑦 · 𝑋) ∈ 𝐵)
5121, 36, 17grpinvadd 18173 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑦 · 𝑋) ∈ 𝐵𝑋𝐵) → (𝐼‘((𝑦 · 𝑋)(+g𝐺)𝑋)) = ((𝐼𝑋)(+g𝐺)(𝐼‘(𝑦 · 𝑋))))
5250, 51syld3an2 1408 . . . . . . . . . . 11 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℕ0𝑋𝐵) → (𝐼‘((𝑦 · 𝑋)(+g𝐺)𝑋)) = ((𝐼𝑋)(+g𝐺)(𝐼‘(𝑦 · 𝑋))))
5348, 52eqtrd 2859 . . . . . . . . . 10 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℕ0𝑋𝐵) → (𝐼‘((𝑦 + 1) · 𝑋)) = ((𝐼𝑋)(+g𝐺)(𝐼‘(𝑦 · 𝑋))))
5453adantr 484 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℕ0𝑋𝐵) ∧ (𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋))) → (𝐼‘((𝑦 + 1) · 𝑋)) = ((𝐼𝑋)(+g𝐺)(𝐼‘(𝑦 · 𝑋))))
5531, 45, 543eqtr4d 2869 . . . . . . . 8 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℕ0𝑋𝐵) ∧ (𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋))) → ((𝑦 + 1) · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘((𝑦 + 1) · 𝑋)))
56553exp1 1349 . . . . . . 7 (𝐺 ∈ Grp → (𝑦 ∈ ℕ0 → (𝑋𝐵 → ((𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋)) → ((𝑦 + 1) · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘((𝑦 + 1) · 𝑋))))))
5756com23 86 . . . . . 6 (𝐺 ∈ Grp → (𝑋𝐵 → (𝑦 ∈ ℕ0 → ((𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋)) → ((𝑦 + 1) · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘((𝑦 + 1) · 𝑋))))))
5857imp 410 . . . . 5 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (𝑦 ∈ ℕ0 → ((𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋)) → ((𝑦 + 1) · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘((𝑦 + 1) · 𝑋)))))
59 nnz 11997 . . . . . 6 (𝑦 ∈ ℕ → 𝑦 ∈ ℤ)
60223adant2 1128 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℤ ∧ 𝑋𝐵) → (𝐼𝑋) ∈ 𝐵)
6121, 23, 17mulgneg 18242 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℤ ∧ (𝐼𝑋) ∈ 𝐵) → (-𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · (𝐼𝑋))))
6260, 61syld3an3 1406 . . . . . . . . . . 11 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℤ ∧ 𝑋𝐵) → (-𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · (𝐼𝑋))))
6362adantr 484 . . . . . . . . . 10 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℤ ∧ 𝑋𝐵) ∧ (𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋))) → (-𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · (𝐼𝑋))))
6421, 23, 17mulgneg 18242 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℤ ∧ 𝑋𝐵) → (-𝑦 · 𝑋) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋)))
6564adantr 484 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℤ ∧ 𝑋𝐵) ∧ (𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋))) → (-𝑦 · 𝑋) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋)))
66 simpr 488 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℤ ∧ 𝑋𝐵) ∧ (𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋))) → (𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋)))
6765, 66eqtr4d 2862 . . . . . . . . . . 11 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℤ ∧ 𝑋𝐵) ∧ (𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋))) → (-𝑦 · 𝑋) = (𝑦 · (𝐼𝑋)))
6867fveq2d 6662 . . . . . . . . . 10 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℤ ∧ 𝑋𝐵) ∧ (𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋))) → (𝐼‘(-𝑦 · 𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · (𝐼𝑋))))
6963, 68eqtr4d 2862 . . . . . . . . 9 (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ ℤ ∧ 𝑋𝐵) ∧ (𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋))) → (-𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(-𝑦 · 𝑋)))
70693exp1 1349 . . . . . . . 8 (𝐺 ∈ Grp → (𝑦 ∈ ℤ → (𝑋𝐵 → ((𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋)) → (-𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(-𝑦 · 𝑋))))))
7170com23 86 . . . . . . 7 (𝐺 ∈ Grp → (𝑋𝐵 → (𝑦 ∈ ℤ → ((𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋)) → (-𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(-𝑦 · 𝑋))))))
7271imp 410 . . . . . 6 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (𝑦 ∈ ℤ → ((𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋)) → (-𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(-𝑦 · 𝑋)))))
7359, 72syl5 34 . . . . 5 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (𝑦 ∈ ℕ → ((𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑦 · 𝑋)) → (-𝑦 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(-𝑦 · 𝑋)))))
743, 6, 9, 12, 15, 29, 58, 73zindd 12076 . . . 4 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐵) → (𝑁 ∈ ℤ → (𝑁 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑁 · 𝑋))))
7574ex 416 . . 3 (𝐺 ∈ Grp → (𝑋𝐵 → (𝑁 ∈ ℤ → (𝑁 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑁 · 𝑋)))))
7675com23 86 . 2 (𝐺 ∈ Grp → (𝑁 ∈ ℤ → (𝑋𝐵 → (𝑁 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑁 · 𝑋)))))
77763imp 1108 1 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋𝐵) → (𝑁 · (𝐼𝑋)) = (𝐼‘(𝑁 · 𝑋)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 399  w3a 1084   = wceq 1538  wcel 2115  cfv 6343  (class class class)co 7145  0cc0 10529  1c1 10530   + caddc 10532  -cneg 10863  cn 11630  0cn0 11890  cz 11974  Basecbs 16479  +gcplusg 16561  0gc0g 16709  Mndcmnd 17907  Grpcgrp 18099  invgcminusg 18100  .gcmg 18220
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 1912  ax-6 1971  ax-7 2016  ax-8 2117  ax-9 2125  ax-10 2146  ax-11 2162  ax-12 2179  ax-ext 2796  ax-sep 5189  ax-nul 5196  ax-pow 5253  ax-pr 5317  ax-un 7451  ax-cnex 10585  ax-resscn 10586  ax-1cn 10587  ax-icn 10588  ax-addcl 10589  ax-addrcl 10590  ax-mulcl 10591  ax-mulrcl 10592  ax-mulcom 10593  ax-addass 10594  ax-mulass 10595  ax-distr 10596  ax-i2m1 10597  ax-1ne0 10598  ax-1rid 10599  ax-rnegex 10600  ax-rrecex 10601  ax-cnre 10602  ax-pre-lttri 10603  ax-pre-lttrn 10604  ax-pre-ltadd 10605  ax-pre-mulgt0 10606
This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2071  df-mo 2624  df-eu 2655  df-clab 2803  df-cleq 2817  df-clel 2896  df-nfc 2964  df-ne 3015  df-nel 3119  df-ral 3138  df-rex 3139  df-reu 3140  df-rmo 3141  df-rab 3142  df-v 3482  df-sbc 3759  df-csb 3867  df-dif 3922  df-un 3924  df-in 3926  df-ss 3936  df-pss 3938  df-nul 4276  df-if 4450  df-pw 4523  df-sn 4550  df-pr 4552  df-tp 4554  df-op 4556  df-uni 4825  df-iun 4907  df-br 5053  df-opab 5115  df-mpt 5133  df-tr 5159  df-id 5447  df-eprel 5452  df-po 5461  df-so 5462  df-fr 5501  df-we 5503  df-xp 5548  df-rel 5549  df-cnv 5550  df-co 5551  df-dm 5552  df-rn 5553  df-res 5554  df-ima 5555  df-pred 6135  df-ord 6181  df-on 6182  df-lim 6183  df-suc 6184  df-iota 6302  df-fun 6345  df-fn 6346  df-f 6347  df-f1 6348  df-fo 6349  df-f1o 6350  df-fv 6351  df-riota 7103  df-ov 7148  df-oprab 7149  df-mpo 7150  df-om 7571  df-1st 7679  df-2nd 7680  df-wrecs 7937  df-recs 7998  df-rdg 8036  df-er 8279  df-en 8500  df-dom 8501  df-sdom 8502  df-pnf 10669  df-mnf 10670  df-xr 10671  df-ltxr 10672  df-le 10673  df-sub 10864  df-neg 10865  df-nn 11631  df-n0 11891  df-z 11975  df-uz 12237  df-fz 12891  df-seq 13370  df-0g 16711  df-mgm 17848  df-sgrp 17897  df-mnd 17908  df-grp 18102  df-minusg 18103  df-mulg 18221
This theorem is referenced by:  mulginvinv  18249  mulgsubdi  18946
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