Theorem srgpcomp 20157

Description: If two elements of a semiring commute, they also commute if one of the elements is raised to a higher power. (Contributed by AV, 23-Aug-2019.)

Hypotheses

Ref	Expression
srgpcomp.s	⊢ 𝑆 = (Base‘𝑅)
srgpcomp.m	⊢ × = (.r‘𝑅)
srgpcomp.g	⊢ 𝐺 = (mulGrp‘𝑅)
srgpcomp.e	⊢ ↑ = (.g‘𝐺)
srgpcomp.r	⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ SRing)
srgpcomp.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ 𝑆)
srgpcomp.b	⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ 𝑆)
srgpcomp.k	⊢ (𝜑 → 𝐾 ∈ ℕ0)
srgpcomp.c	⊢ (𝜑 → (𝐴 × 𝐵) = (𝐵 × 𝐴))

Assertion

Ref	Expression
srgpcomp	⊢ (𝜑 → ((𝐾 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝐾 ↑ 𝐵)))

Proof of Theorem srgpcomp

Dummy variables 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		srgpcomp.k	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ∈ ℕ0)
2		oveq1 7365	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 0 → (𝑥 ↑ 𝐵) = (0 ↑ 𝐵))
3	2	oveq1d 7373	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 0 → ((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = ((0 ↑ 𝐵) × 𝐴))
4	2	oveq2d 7374	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 0 → (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵)) = (𝐴 × (0 ↑ 𝐵)))
5	3, 4	eqeq12d 2753	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 0 → (((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵)) ↔ ((0 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (0 ↑ 𝐵))))
6	5	imbi2d 340	. . 3 ⊢ (𝑥 = 0 → ((𝜑 → ((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵))) ↔ (𝜑 → ((0 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (0 ↑ 𝐵)))))
7		oveq1 7365	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → (𝑥 ↑ 𝐵) = (𝑦 ↑ 𝐵))
8	7	oveq1d 7373	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → ((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴))
9	7	oveq2d 7374	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵)) = (𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵)))
10	8, 9	eqeq12d 2753	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → (((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵)) ↔ ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵))))
11	10	imbi2d 340	. . 3 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → ((𝜑 → ((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵))) ↔ (𝜑 → ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵)))))
12		oveq1 7365	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = (𝑦 + 1) → (𝑥 ↑ 𝐵) = ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵))
13	12	oveq1d 7373	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = (𝑦 + 1) → ((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) × 𝐴))
14	12	oveq2d 7374	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = (𝑦 + 1) → (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵)) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵)))
15	13, 14	eqeq12d 2753	. . . 4 ⊢ (𝑥 = (𝑦 + 1) → (((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵)) ↔ (((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵))))
16	15	imbi2d 340	. . 3 ⊢ (𝑥 = (𝑦 + 1) → ((𝜑 → ((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵))) ↔ (𝜑 → (((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵)))))
17		oveq1 7365	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝐾 → (𝑥 ↑ 𝐵) = (𝐾 ↑ 𝐵))
18	17	oveq1d 7373	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 𝐾 → ((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = ((𝐾 ↑ 𝐵) × 𝐴))
19	17	oveq2d 7374	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 𝐾 → (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵)) = (𝐴 × (𝐾 ↑ 𝐵)))
20	18, 19	eqeq12d 2753	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 𝐾 → (((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵)) ↔ ((𝐾 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝐾 ↑ 𝐵))))
21	20	imbi2d 340	. . 3 ⊢ (𝑥 = 𝐾 → ((𝜑 → ((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵))) ↔ (𝜑 → ((𝐾 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝐾 ↑ 𝐵)))))
22		srgpcomp.b	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ 𝑆)
23		srgpcomp.g	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐺 = (mulGrp‘𝑅)
24		srgpcomp.s	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑆 = (Base‘𝑅)
25	23, 24	mgpbas 20084	. . . . . . 7 ⊢ 𝑆 = (Base‘𝐺)
26		eqid 2737	. . . . . . . 8 ⊢ (1r‘𝑅) = (1r‘𝑅)
27	23, 26	ringidval 20122	. . . . . . 7 ⊢ (1r‘𝑅) = (0g‘𝐺)
28		srgpcomp.e	. . . . . . 7 ⊢ ↑ = (.g‘𝐺)
29	25, 27, 28	mulg0 19008	. . . . . 6 ⊢ (𝐵 ∈ 𝑆 → (0 ↑ 𝐵) = (1r‘𝑅))
30	22, 29	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (0 ↑ 𝐵) = (1r‘𝑅))
31	30	oveq1d 7373	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((0 ↑ 𝐵) × 𝐴) = ((1r‘𝑅) × 𝐴))
32		srgpcomp.r	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ SRing)
33		srgpcomp.a	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ 𝑆)
34		srgpcomp.m	. . . . . . 7 ⊢ × = (.r‘𝑅)
35	24, 34, 26	srgridm 20142	. . . . . 6 ⊢ ((𝑅 ∈ SRing ∧ 𝐴 ∈ 𝑆) → (𝐴 × (1r‘𝑅)) = 𝐴)
36	32, 33, 35	syl2anc 585	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴 × (1r‘𝑅)) = 𝐴)
37	30	oveq2d 7374	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴 × (0 ↑ 𝐵)) = (𝐴 × (1r‘𝑅)))
38	24, 34, 26	srglidm 20141	. . . . . 6 ⊢ ((𝑅 ∈ SRing ∧ 𝐴 ∈ 𝑆) → ((1r‘𝑅) × 𝐴) = 𝐴)
39	32, 33, 38	syl2anc 585	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((1r‘𝑅) × 𝐴) = 𝐴)
40	36, 37, 39	3eqtr4rd 2783	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((1r‘𝑅) × 𝐴) = (𝐴 × (0 ↑ 𝐵)))
41	31, 40	eqtrd 2772	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((0 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (0 ↑ 𝐵)))
42	23	srgmgp 20130	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑅 ∈ SRing → 𝐺 ∈ Mnd)
43	32, 42	syl 17	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ Mnd)
44	43	adantr 480	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → 𝐺 ∈ Mnd)
45		simpr 484	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → 𝑦 ∈ ℕ0)
46	22	adantr 480	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → 𝐵 ∈ 𝑆)
47	23, 34	mgpplusg 20083	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ × = (+g‘𝐺)
48	25, 28, 47	mulgnn0p1 19019	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑦 ∈ ℕ0 ∧ 𝐵 ∈ 𝑆) → ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) = ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐵))
49	44, 45, 46, 48	syl3anc 1374	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) = ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐵))
50	49	oveq1d 7373	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → (((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) × 𝐴) = (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐵) × 𝐴))
51		srgpcomp.c	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝜑 → (𝐴 × 𝐵) = (𝐵 × 𝐴))
52	51	eqcomd 2743	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → (𝐵 × 𝐴) = (𝐴 × 𝐵))
53	52	adantr 480	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → (𝐵 × 𝐴) = (𝐴 × 𝐵))
54	53	oveq2d 7374	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → ((𝑦 ↑ 𝐵) × (𝐵 × 𝐴)) = ((𝑦 ↑ 𝐵) × (𝐴 × 𝐵)))
55	32	adantr 480	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → 𝑅 ∈ SRing)
56	25, 28, 44, 45, 46	mulgnn0cld 19029	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → (𝑦 ↑ 𝐵) ∈ 𝑆)
57	33	adantr 480	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → 𝐴 ∈ 𝑆)
58	24, 34	srgass 20133	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑅 ∈ SRing ∧ ((𝑦 ↑ 𝐵) ∈ 𝑆 ∧ 𝐵 ∈ 𝑆 ∧ 𝐴 ∈ 𝑆)) → (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐵) × 𝐴) = ((𝑦 ↑ 𝐵) × (𝐵 × 𝐴)))
59	55, 56, 46, 57, 58	syl13anc 1375	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐵) × 𝐴) = ((𝑦 ↑ 𝐵) × (𝐵 × 𝐴)))
60	24, 34	srgass 20133	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑅 ∈ SRing ∧ ((𝑦 ↑ 𝐵) ∈ 𝑆 ∧ 𝐴 ∈ 𝑆 ∧ 𝐵 ∈ 𝑆)) → (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) × 𝐵) = ((𝑦 ↑ 𝐵) × (𝐴 × 𝐵)))
61	55, 56, 57, 46, 60	syl13anc 1375	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) × 𝐵) = ((𝑦 ↑ 𝐵) × (𝐴 × 𝐵)))
62	54, 59, 61	3eqtr4d 2782	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐵) × 𝐴) = (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) × 𝐵))
63	50, 62	eqtrd 2772	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → (((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) × 𝐴) = (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) × 𝐵))
64	63	adantr 480	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵))) → (((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) × 𝐴) = (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) × 𝐵))
65		oveq1 7365	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵)) → (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) × 𝐵) = ((𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵)) × 𝐵))
66	24, 34	srgass 20133	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑅 ∈ SRing ∧ (𝐴 ∈ 𝑆 ∧ (𝑦 ↑ 𝐵) ∈ 𝑆 ∧ 𝐵 ∈ 𝑆)) → ((𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵)) × 𝐵) = (𝐴 × ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐵)))
67	55, 57, 56, 46, 66	syl13anc 1375	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → ((𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵)) × 𝐵) = (𝐴 × ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐵)))
68	49	eqcomd 2743	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐵) = ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵))
69	68	oveq2d 7374	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → (𝐴 × ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐵)) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵)))
70	67, 69	eqtrd 2772	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → ((𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵)) × 𝐵) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵)))
71	65, 70	sylan9eqr 2794	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵))) → (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) × 𝐵) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵)))
72	64, 71	eqtrd 2772	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵))) → (((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵)))
73	72	ex 412	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵)) → (((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵))))
74	73	expcom 413	. . . 4 ⊢ (𝑦 ∈ ℕ0 → (𝜑 → (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵)) → (((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵)))))
75	74	a2d 29	. . 3 ⊢ (𝑦 ∈ ℕ0 → ((𝜑 → ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵))) → (𝜑 → (((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵)))))
76	6, 11, 16, 21, 41, 75	nn0ind 12588	. 2 ⊢ (𝐾 ∈ ℕ0 → (𝜑 → ((𝐾 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝐾 ↑ 𝐵))))
77	1, 76	mpcom 38	1 ⊢ (𝜑 → ((𝐾 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝐾 ↑ 𝐵)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1542   ∈ wcel 2114  ‘cfv 6490  (class class class)co 7358  0cc0 11027  1c1 11028   + caddc 11030  ℕ₀cn0 12402  Basecbs 17137  ._rcmulr 17179  Mndcmnd 18660  ._gcmg 19001  mulGrpcmgp 20079  1_rcur 20120  SRingcsrg 20125

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 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5300  ax-pr 5368  ax-un 7680  ax-cnex 11083  ax-resscn 11084  ax-1cn 11085  ax-icn 11086  ax-addcl 11087  ax-addrcl 11088  ax-mulcl 11089  ax-mulrcl 11090  ax-mulcom 11091  ax-addass 11092  ax-mulass 11093  ax-distr 11094  ax-i2m1 11095  ax-1ne0 11096  ax-1rid 11097  ax-rnegex 11098  ax-rrecex 11099  ax-cnre 11100  ax-pre-lttri 11101  ax-pre-lttrn 11102  ax-pre-ltadd 11103  ax-pre-mulgt0 11104

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-rmo 3343  df-reu 3344  df-rab 3391  df-v 3432  df-sbc 3730  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-nul 4275  df-if 4468  df-pw 4544  df-sn 4569  df-pr 4571  df-op 4575  df-uni 4852  df-iun 4936  df-br 5087  df-opab 5149  df-mpt 5168  df-tr 5194  df-id 5517  df-eprel 5522  df-po 5530  df-so 5531  df-fr 5575  df-we 5577  df-xp 5628  df-rel 5629  df-cnv 5630  df-co 5631  df-dm 5632  df-rn 5633  df-res 5634  df-ima 5635  df-pred 6257  df-ord 6318  df-on 6319  df-lim 6320  df-suc 6321  df-iota 6446  df-fun 6492  df-fn 6493  df-f 6494  df-f1 6495  df-fo 6496  df-f1o 6497  df-fv 6498  df-riota 7315  df-ov 7361  df-oprab 7362  df-mpo 7363  df-om 7809  df-1st 7933  df-2nd 7934  df-frecs 8222  df-wrecs 8253  df-recs 8302  df-rdg 8340  df-er 8634  df-en 8885  df-dom 8886  df-sdom 8887  df-pnf 11169  df-mnf 11170  df-xr 11171  df-ltxr 11172  df-le 11173  df-sub 11367  df-neg 11368  df-nn 12147  df-2 12209  df-n0 12403  df-z 12490  df-uz 12753  df-fz 13425  df-seq 13926  df-sets 17092  df-slot 17110  df-ndx 17122  df-base 17138  df-plusg 17191  df-0g 17362  df-mgm 18566  df-sgrp 18645  df-mnd 18661  df-mulg 19002  df-mgp 20080  df-ur 20121  df-srg 20126

This theorem is referenced by:  srgpcompp  20158  mplcoe5lem  21995