Theorem srgpcomp 20474

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 7450	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 0 → (𝑥 ↑ 𝐵) = (0 ↑ 𝐵))
3	2	oveq1d 7458	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 0 → ((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = ((0 ↑ 𝐵) × 𝐴))
4	2	oveq2d 7459	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 0 → (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵)) = (𝐴 × (0 ↑ 𝐵)))
5	3, 4	eqeq12d 2779	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 0 → (((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵)) ↔ ((0 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (0 ↑ 𝐵))))
6	5	imbi2d 343	. . 3 ⊢ (𝑥 = 0 → ((𝜑 → ((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵))) ↔ (𝜑 → ((0 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (0 ↑ 𝐵)))))
7		oveq1 7450	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → (𝑥 ↑ 𝐵) = (𝑦 ↑ 𝐵))
8	7	oveq1d 7458	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → ((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴))
9	7	oveq2d 7459	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵)) = (𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵)))
10	8, 9	eqeq12d 2779	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → (((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵)) ↔ ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵))))
11	10	imbi2d 343	. . 3 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → ((𝜑 → ((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵))) ↔ (𝜑 → ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵)))))
12		oveq1 7450	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = (𝑦 + 1) → (𝑥 ↑ 𝐵) = ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵))
13	12	oveq1d 7458	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = (𝑦 + 1) → ((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) × 𝐴))
14	12	oveq2d 7459	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = (𝑦 + 1) → (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵)) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵)))
15	13, 14	eqeq12d 2779	. . . 4 ⊢ (𝑥 = (𝑦 + 1) → (((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵)) ↔ (((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵))))
16	15	imbi2d 343	. . 3 ⊢ (𝑥 = (𝑦 + 1) → ((𝜑 → ((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵))) ↔ (𝜑 → (((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵)))))
17		oveq1 7450	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝐾 → (𝑥 ↑ 𝐵) = (𝐾 ↑ 𝐵))
18	17	oveq1d 7458	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 𝐾 → ((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = ((𝐾 ↑ 𝐵) × 𝐴))
19	17	oveq2d 7459	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 𝐾 → (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵)) = (𝐴 × (𝐾 ↑ 𝐵)))
20	18, 19	eqeq12d 2779	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 𝐾 → (((𝑥 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 ↑ 𝐵)) ↔ ((𝐾 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝐾 ↑ 𝐵))))
21	20	imbi2d 343	. . 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 20395	. . . . . . 7 ⊢ 𝑆 = (Base‘𝐺)
26		eqid 2763	. . . . . . . 8 ⊢ (1r‘𝑅) = (1r‘𝑅)
27	23, 26	ringidval 20439	. . . . . . 7 ⊢ (1r‘𝑅) = (0g‘𝐺)
28		srgpcomp.e	. . . . . . 7 ⊢ ↑ = (.g‘𝐺)
29	25, 27, 28	mulg0 19313	. . . . . 6 ⊢ (𝐵 ∈ 𝑆 → (0 ↑ 𝐵) = (1r‘𝑅))
30	22, 29	syl 18	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (0 ↑ 𝐵) = (1r‘𝑅))
31	30	oveq1d 7458	. . . 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 20459	. . . . . 6 ⊢ ((𝑅 ∈ SRing ∧ 𝐴 ∈ 𝑆) → (𝐴 × (1r‘𝑅)) = 𝐴)
36	32, 33, 35	syl2anc 596	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴 × (1r‘𝑅)) = 𝐴)
37	30	oveq2d 7459	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴 × (0 ↑ 𝐵)) = (𝐴 × (1r‘𝑅)))
38	24, 34, 26	srglidm 20458	. . . . . 6 ⊢ ((𝑅 ∈ SRing ∧ 𝐴 ∈ 𝑆) → ((1r‘𝑅) × 𝐴) = 𝐴)
39	32, 33, 38	syl2anc 596	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((1r‘𝑅) × 𝐴) = 𝐴)
40	36, 37, 39	3eqtr4rd 2809	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((1r‘𝑅) × 𝐴) = (𝐴 × (0 ↑ 𝐵)))
41	31, 40	eqtrd 2798	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((0 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (0 ↑ 𝐵)))
42	23	srgmgp 20447	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑅 ∈ SRing → 𝐺 ∈ Mnd)
43	32, 42	syl 18	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ Mnd)
44	43	adantr 486	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → 𝐺 ∈ Mnd)
45		simpr 490	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → 𝑦 ∈ ℕ0)
46	22	adantr 486	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → 𝐵 ∈ 𝑆)
47	23, 34	mgpplusg 20394	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ × = (+g‘𝐺)
48	25, 28, 47	mulgnn0p1 19324	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑦 ∈ ℕ0 ∧ 𝐵 ∈ 𝑆) → ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) = ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐵))
49	44, 45, 46, 48	syl3anc 1399	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) = ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐵))
50	49	oveq1d 7458	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → (((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) × 𝐴) = (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐵) × 𝐴))
51		srgpcomp.c	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝜑 → (𝐴 × 𝐵) = (𝐵 × 𝐴))
52	51	eqcomd 2769	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → (𝐵 × 𝐴) = (𝐴 × 𝐵))
53	52	adantr 486	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → (𝐵 × 𝐴) = (𝐴 × 𝐵))
54	53	oveq2d 7459	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → ((𝑦 ↑ 𝐵) × (𝐵 × 𝐴)) = ((𝑦 ↑ 𝐵) × (𝐴 × 𝐵)))
55	32	adantr 486	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → 𝑅 ∈ SRing)
56	25, 28, 44, 45, 46	mulgnn0cld 19334	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → (𝑦 ↑ 𝐵) ∈ 𝑆)
57	33	adantr 486	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → 𝐴 ∈ 𝑆)
58	24, 34	srgass 20450	. . . . . . . . . . 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 1400	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐵) × 𝐴) = ((𝑦 ↑ 𝐵) × (𝐵 × 𝐴)))
60	24, 34	srgass 20450	. . . . . . . . . . 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 1400	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) × 𝐵) = ((𝑦 ↑ 𝐵) × (𝐴 × 𝐵)))
62	54, 59, 61	3eqtr4d 2808	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐵) × 𝐴) = (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) × 𝐵))
63	50, 62	eqtrd 2798	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → (((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) × 𝐴) = (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) × 𝐵))
64	63	adantr 486	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵))) → (((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) × 𝐴) = (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) × 𝐵))
65		oveq1 7450	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵)) → (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) × 𝐵) = ((𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵)) × 𝐵))
66	24, 34	srgass 20450	. . . . . . . . . 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 1400	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → ((𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵)) × 𝐵) = (𝐴 × ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐵)))
68	49	eqcomd 2769	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐵) = ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵))
69	68	oveq2d 7459	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → (𝐴 × ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐵)) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵)))
70	67, 69	eqtrd 2798	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → ((𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵)) × 𝐵) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵)))
71	65, 70	sylan9eqr 2820	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵))) → (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) × 𝐵) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵)))
72	64, 71	eqtrd 2798	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵))) → (((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵)))
73	72	ex 418	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℕ0) → (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵)) → (((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵))))
74	73	expcom 419	. . . 4 ⊢ (𝑦 ∈ ℕ0 → (𝜑 → (((𝑦 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 ↑ 𝐵)) → (((𝑦 + 1) ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) ↑ 𝐵)))))
75	74	a2d 30	. . 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 12821	. 2 ⊢ (𝐾 ∈ ℕ0 → (𝜑 → ((𝐾 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝐾 ↑ 𝐵))))
77	1, 76	mpcom 39	1 ⊢ (𝜑 → ((𝐾 ↑ 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝐾 ↑ 𝐵)))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2147  ‘cfv 6558  (class class class)co 7443  0cc0 11227  1c1 11228   + caddc 11230  ℕ₀cn0 12633  Basecbs 17416  ._rcmulr 17458  Mndcmnd 18952  ._gcmg 19306  mulGrpcmgp 20390  1_rcur 20437  SRingcsrg 20442

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-sep 5252  ax-nul 5263  ax-pow 5331  ax-pr 5395  ax-un 7775  ax-cnex 11283  ax-resscn 11284  ax-1cn 11285  ax-icn 11286  ax-addcl 11287  ax-addrcl 11288  ax-mulcl 11289  ax-mulrcl 11290  ax-mulcom 11291  ax-addass 11292  ax-mulass 11293  ax-distr 11294  ax-i2m1 11295  ax-1ne0 11296  ax-1rid 11297  ax-rnegex 11298  ax-rrecex 11299  ax-cnre 11300  ax-pre-lttri 11301  ax-pre-lttrn 11302  ax-pre-ltadd 11303  ax-pre-mulgt0 11304

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4839  df-uni 4871  df-iun 4956  df-br 5107  df-opab 5171  df-mpt 5190  df-tr 5216  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6322  df-ord 6383  df-on 6384  df-lim 6385  df-suc 6386  df-iota 6512  df-fun 6560  df-fn 6561  df-f 6562  df-f1 6563  df-fo 6564  df-f1o 6565  df-fv 6566  df-riota 7400  df-ov 7446  df-oprab 7447  df-mpo 7448  df-om 7902  df-1st 8025  df-2nd 8026  df-frecs 8327  df-wrecs 8358  df-recs 8407  df-rdg 8446  df-er 8745  df-en 9002  df-dom 9003  df-sdom 9004  df-pnf 11372  df-mnf 11373  df-xr 11374  df-ltxr 11375  df-le 11376  df-sub 11570  df-neg 11571  df-nn 12363  df-2 12432  df-n0 12634  df-z 12721  df-uz 12993  df-fz 13667  df-seq 14172  df-sets 17371  df-slot 17389  df-ndx 17401  df-base 17417  df-plusg 17470  df-0g 17641  df-mgm 18845  df-sgrp 18937  df-mnd 18953  df-mulg 19307  df-mgp 20391  df-ur 20438  df-srg 20443

This theorem is used by:  srgpcompp  20475  mplcoe5lem  22378