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Theorem dfgrp3lem

Description: Lemma for dfgrp3 . (Contributed by AV, 28-Aug-2021)

Ref Expression
Hypotheses dfgrp3.b ⊢ B = Base G
dfgrp3.p ⊢ + ˙ = + G
Assertion dfgrp3lem ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y → ∃ u ∈ B ∀ a ∈ B u + ˙ a = a ∧ ∃ i ∈ B i + ˙ a = u

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 dfgrp3.b ⊢ B = Base G
2 dfgrp3.p ⊢ + ˙ = + G
3 simp2 ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y → B ≠ ∅
4 n0 ⊢ B ≠ ∅ ↔ ∃ w w ∈ B
5 3 4 sylib ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y → ∃ w w ∈ B
6 oveq2 ⊢ x = w → l + ˙ x = l + ˙ w
7 6 eqeq1d ⊢ x = w → l + ˙ x = y ↔ l + ˙ w = y
8 7 rexbidv ⊢ x = w → ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ↔ ∃ l ∈ B l + ˙ w = y
9 oveq1 ⊢ x = w → x + ˙ r = w + ˙ r
10 9 eqeq1d ⊢ x = w → x + ˙ r = y ↔ w + ˙ r = y
11 10 rexbidv ⊢ x = w → ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ↔ ∃ r ∈ B w + ˙ r = y
12 8 11 anbi12d ⊢ x = w → ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ↔ ∃ l ∈ B l + ˙ w = y ∧ ∃ r ∈ B w + ˙ r = y
13 12 ralbidv ⊢ x = w → ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ↔ ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ w = y ∧ ∃ r ∈ B w + ˙ r = y
14 13 rspcv ⊢ w ∈ B → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y → ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ w = y ∧ ∃ r ∈ B w + ˙ r = y
15 eqeq2 ⊢ y = w → l + ˙ w = y ↔ l + ˙ w = w
16 15 rexbidv ⊢ y = w → ∃ l ∈ B l + ˙ w = y ↔ ∃ l ∈ B l + ˙ w = w
17 eqeq2 ⊢ y = w → w + ˙ r = y ↔ w + ˙ r = w
18 17 rexbidv ⊢ y = w → ∃ r ∈ B w + ˙ r = y ↔ ∃ r ∈ B w + ˙ r = w
19 16 18 anbi12d ⊢ y = w → ∃ l ∈ B l + ˙ w = y ∧ ∃ r ∈ B w + ˙ r = y ↔ ∃ l ∈ B l + ˙ w = w ∧ ∃ r ∈ B w + ˙ r = w
20 19 rspcva ⊢ w ∈ B ∧ ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ w = y ∧ ∃ r ∈ B w + ˙ r = y → ∃ l ∈ B l + ˙ w = w ∧ ∃ r ∈ B w + ˙ r = w
21 oveq1 ⊢ l = u → l + ˙ w = u + ˙ w
22 21 eqeq1d ⊢ l = u → l + ˙ w = w ↔ u + ˙ w = w
23 22 cbvrexvw ⊢ ∃ l ∈ B l + ˙ w = w ↔ ∃ u ∈ B u + ˙ w = w
24 23 birani ⊢ ∃ l ∈ B l + ˙ w = w ∧ ∃ r ∈ B w + ˙ r = w → ∃ u ∈ B u + ˙ w = w
25 20 24 syl ⊢ w ∈ B ∧ ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ w = y ∧ ∃ r ∈ B w + ˙ r = y → ∃ u ∈ B u + ˙ w = w
26 25 ex ⊢ w ∈ B → ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ w = y ∧ ∃ r ∈ B w + ˙ r = y → ∃ u ∈ B u + ˙ w = w
27 14 26 syldc ⊢ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y → w ∈ B → ∃ u ∈ B u + ˙ w = w
28 27 3ad2ant3 ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y → w ∈ B → ∃ u ∈ B u + ˙ w = w
29 28 imp ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B → ∃ u ∈ B u + ˙ w = w
30 eqeq2 ⊢ y = a → l + ˙ w = y ↔ l + ˙ w = a
31 30 rexbidv ⊢ y = a → ∃ l ∈ B l + ˙ w = y ↔ ∃ l ∈ B l + ˙ w = a
32 eqeq2 ⊢ y = a → w + ˙ r = y ↔ w + ˙ r = a
33 32 rexbidv ⊢ y = a → ∃ r ∈ B w + ˙ r = y ↔ ∃ r ∈ B w + ˙ r = a
34 31 33 anbi12d ⊢ y = a → ∃ l ∈ B l + ˙ w = y ∧ ∃ r ∈ B w + ˙ r = y ↔ ∃ l ∈ B l + ˙ w = a ∧ ∃ r ∈ B w + ˙ r = a
35 12 34 rspc2va ⊢ w ∈ B ∧ a ∈ B ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y → ∃ l ∈ B l + ˙ w = a ∧ ∃ r ∈ B w + ˙ r = a
36 35 simprd ⊢ w ∈ B ∧ a ∈ B ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y → ∃ r ∈ B w + ˙ r = a
37 36 expcom ⊢ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y → w ∈ B ∧ a ∈ B → ∃ r ∈ B w + ˙ r = a
38 37 3ad2ant3 ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y → w ∈ B ∧ a ∈ B → ∃ r ∈ B w + ˙ r = a
39 38 impl ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ a ∈ B → ∃ r ∈ B w + ˙ r = a
40 39 ad2ant2r ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ u ∈ B ∧ a ∈ B ∧ u + ˙ w = w → ∃ r ∈ B w + ˙ r = a
41 oveq2 ⊢ r = z → w + ˙ r = w + ˙ z
42 41 eqeq1d ⊢ r = z → w + ˙ r = a ↔ w + ˙ z = a
43 42 cbvrexvw ⊢ ∃ r ∈ B w + ˙ r = a ↔ ∃ z ∈ B w + ˙ z = a
44 simpll1 ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ u ∈ B → G ∈ Smgrp
45 44 adantr ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ u ∈ B ∧ u + ˙ w = w ∧ z ∈ B → G ∈ Smgrp
46 simplr ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ u ∈ B ∧ u + ˙ w = w ∧ z ∈ B → u ∈ B
47 simpllr ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ u ∈ B ∧ u + ˙ w = w ∧ z ∈ B → w ∈ B
48 simprr ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ u ∈ B ∧ u + ˙ w = w ∧ z ∈ B → z ∈ B
49 1 2 sgrpass ⊢ G ∈ Smgrp ∧ u ∈ B ∧ w ∈ B ∧ z ∈ B → u + ˙ w + ˙ z = u + ˙ w + ˙ z
50 45 46 47 48 49 syl13anc ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ u ∈ B ∧ u + ˙ w = w ∧ z ∈ B → u + ˙ w + ˙ z = u + ˙ w + ˙ z
51 simprl ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ u ∈ B ∧ u + ˙ w = w ∧ z ∈ B → u + ˙ w = w
52 51 oveq1d ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ u ∈ B ∧ u + ˙ w = w ∧ z ∈ B → u + ˙ w + ˙ z = w + ˙ z
53 50 52 eqtr3d ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ u ∈ B ∧ u + ˙ w = w ∧ z ∈ B → u + ˙ w + ˙ z = w + ˙ z
54 53 anassrs ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ u ∈ B ∧ u + ˙ w = w ∧ z ∈ B → u + ˙ w + ˙ z = w + ˙ z
55 oveq2 ⊢ w + ˙ z = a → u + ˙ w + ˙ z = u + ˙ a
56 id ⊢ w + ˙ z = a → w + ˙ z = a
57 55 56 eqeq12d ⊢ w + ˙ z = a → u + ˙ w + ˙ z = w + ˙ z ↔ u + ˙ a = a
58 54 57 syl5ibcom ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ u ∈ B ∧ u + ˙ w = w ∧ z ∈ B → w + ˙ z = a → u + ˙ a = a
59 58 rexlimdva ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ u ∈ B ∧ u + ˙ w = w → ∃ z ∈ B w + ˙ z = a → u + ˙ a = a
60 43 59 biimtrid ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ u ∈ B ∧ u + ˙ w = w → ∃ r ∈ B w + ˙ r = a → u + ˙ a = a
61 60 adantrl ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ u ∈ B ∧ a ∈ B ∧ u + ˙ w = w → ∃ r ∈ B w + ˙ r = a → u + ˙ a = a
62 40 61 mpd ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ u ∈ B ∧ a ∈ B ∧ u + ˙ w = w → u + ˙ a = a
63 oveq2 ⊢ x = a → l + ˙ x = l + ˙ a
64 63 eqeq1d ⊢ x = a → l + ˙ x = y ↔ l + ˙ a = y
65 64 rexbidv ⊢ x = a → ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ↔ ∃ l ∈ B l + ˙ a = y
66 oveq1 ⊢ x = a → x + ˙ r = a + ˙ r
67 66 eqeq1d ⊢ x = a → x + ˙ r = y ↔ a + ˙ r = y
68 67 rexbidv ⊢ x = a → ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ↔ ∃ r ∈ B a + ˙ r = y
69 65 68 anbi12d ⊢ x = a → ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ↔ ∃ l ∈ B l + ˙ a = y ∧ ∃ r ∈ B a + ˙ r = y
70 eqeq2 ⊢ y = u → l + ˙ a = y ↔ l + ˙ a = u
71 70 rexbidv ⊢ y = u → ∃ l ∈ B l + ˙ a = y ↔ ∃ l ∈ B l + ˙ a = u
72 eqeq2 ⊢ y = u → a + ˙ r = y ↔ a + ˙ r = u
73 72 rexbidv ⊢ y = u → ∃ r ∈ B a + ˙ r = y ↔ ∃ r ∈ B a + ˙ r = u
74 71 73 anbi12d ⊢ y = u → ∃ l ∈ B l + ˙ a = y ∧ ∃ r ∈ B a + ˙ r = y ↔ ∃ l ∈ B l + ˙ a = u ∧ ∃ r ∈ B a + ˙ r = u
75 69 74 rspc2va ⊢ a ∈ B ∧ u ∈ B ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y → ∃ l ∈ B l + ˙ a = u ∧ ∃ r ∈ B a + ˙ r = u
76 75 simpld ⊢ a ∈ B ∧ u ∈ B ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y → ∃ l ∈ B l + ˙ a = u
77 76 ex ⊢ a ∈ B ∧ u ∈ B → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y → ∃ l ∈ B l + ˙ a = u
78 77 ancoms ⊢ u ∈ B ∧ a ∈ B → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y → ∃ l ∈ B l + ˙ a = u
79 78 com12 ⊢ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y → u ∈ B ∧ a ∈ B → ∃ l ∈ B l + ˙ a = u
80 79 3ad2ant3 ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y → u ∈ B ∧ a ∈ B → ∃ l ∈ B l + ˙ a = u
81 80 impl ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ u ∈ B ∧ a ∈ B → ∃ l ∈ B l + ˙ a = u
82 oveq1 ⊢ l = i → l + ˙ a = i + ˙ a
83 82 eqeq1d ⊢ l = i → l + ˙ a = u ↔ i + ˙ a = u
84 83 cbvrexvw ⊢ ∃ l ∈ B l + ˙ a = u ↔ ∃ i ∈ B i + ˙ a = u
85 81 84 sylib ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ u ∈ B ∧ a ∈ B → ∃ i ∈ B i + ˙ a = u
86 85 adantllr ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ u ∈ B ∧ a ∈ B → ∃ i ∈ B i + ˙ a = u
87 86 adantrr ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ u ∈ B ∧ a ∈ B ∧ u + ˙ w = w → ∃ i ∈ B i + ˙ a = u
88 62 87 jca ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ u ∈ B ∧ a ∈ B ∧ u + ˙ w = w → u + ˙ a = a ∧ ∃ i ∈ B i + ˙ a = u
89 88 expr ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ u ∈ B ∧ a ∈ B → u + ˙ w = w → u + ˙ a = a ∧ ∃ i ∈ B i + ˙ a = u
90 89 ralrimdva ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B ∧ u ∈ B → u + ˙ w = w → ∀ a ∈ B u + ˙ a = a ∧ ∃ i ∈ B i + ˙ a = u
91 90 reximdva ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B → ∃ u ∈ B u + ˙ w = w → ∃ u ∈ B ∀ a ∈ B u + ˙ a = a ∧ ∃ i ∈ B i + ˙ a = u
92 29 91 mpd ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y ∧ w ∈ B → ∃ u ∈ B ∀ a ∈ B u + ˙ a = a ∧ ∃ i ∈ B i + ˙ a = u
93 5 92 exlimddv ⊢ G ∈ Smgrp ∧ B ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B ∃ l ∈ B l + ˙ x = y ∧ ∃ r ∈ B x + ˙ r = y → ∃ u ∈ B ∀ a ∈ B u + ˙ a = a ∧ ∃ i ∈ B i + ˙ a = u