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Theorem invghm

Description: The inversion map is a group automorphism if and only if the group is abelian. (In general it is only a group homomorphism into the opposite group, but in an abelian group the opposite group coincides with the group itself.) (Contributed by Mario Carneiro, 4-May-2015)

Ref Expression
Hypotheses invghm.b ⊢ B = Base G
invghm.m ⊢ I = inv g ⁡ G
Assertion invghm ⊢ G ∈ Abel ↔ I ∈ G GrpHom G

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 invghm.b ⊢ B = Base G
2 invghm.m ⊢ I = inv g ⁡ G
3 eqid ⊢ + G = + G
4 ablgrp ⊢ G ∈ Abel → G ∈ Grp
5 1 2 grpinvf ⊢ G ∈ Grp → I : B ⟶ B
6 4 5 syl ⊢ G ∈ Abel → I : B ⟶ B
7 1 3 2 ablinvadd ⊢ G ∈ Abel ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → I ⁡ x + G y = I ⁡ x + G I ⁡ y
8 7 3expb ⊢ G ∈ Abel ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → I ⁡ x + G y = I ⁡ x + G I ⁡ y
9 1 1 3 3 4 4 6 8 isghmd ⊢ G ∈ Abel → I ∈ G GrpHom G
10 ghmgrp1 ⊢ I ∈ G GrpHom G → G ∈ Grp
11 10 adantr ⊢ I ∈ G GrpHom G ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → G ∈ Grp
12 simprr ⊢ I ∈ G GrpHom G ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → y ∈ B
13 simprl ⊢ I ∈ G GrpHom G ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x ∈ B
14 1 3 2 grpinvadd ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ B ∧ x ∈ B → I ⁡ y + G x = I ⁡ x + G I ⁡ y
15 11 12 13 14 syl3anc ⊢ I ∈ G GrpHom G ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → I ⁡ y + G x = I ⁡ x + G I ⁡ y
16 15 fveq2d ⊢ I ∈ G GrpHom G ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → I ⁡ I ⁡ y + G x = I ⁡ I ⁡ x + G I ⁡ y
17 simpl ⊢ I ∈ G GrpHom G ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → I ∈ G GrpHom G
18 1 2 grpinvcl ⊢ G ∈ Grp ∧ x ∈ B → I ⁡ x ∈ B
19 11 13 18 syl2anc ⊢ I ∈ G GrpHom G ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → I ⁡ x ∈ B
20 1 2 grpinvcl ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ B → I ⁡ y ∈ B
21 11 12 20 syl2anc ⊢ I ∈ G GrpHom G ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → I ⁡ y ∈ B
22 1 3 3 ghmlin ⊢ I ∈ G GrpHom G ∧ I ⁡ x ∈ B ∧ I ⁡ y ∈ B → I ⁡ I ⁡ x + G I ⁡ y = I ⁡ I ⁡ x + G I ⁡ I ⁡ y
23 17 19 21 22 syl3anc ⊢ I ∈ G GrpHom G ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → I ⁡ I ⁡ x + G I ⁡ y = I ⁡ I ⁡ x + G I ⁡ I ⁡ y
24 1 2 grpinvinv ⊢ G ∈ Grp ∧ x ∈ B → I ⁡ I ⁡ x = x
25 11 13 24 syl2anc ⊢ I ∈ G GrpHom G ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → I ⁡ I ⁡ x = x
26 1 2 grpinvinv ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ B → I ⁡ I ⁡ y = y
27 11 12 26 syl2anc ⊢ I ∈ G GrpHom G ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → I ⁡ I ⁡ y = y
28 25 27 oveq12d ⊢ I ∈ G GrpHom G ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → I ⁡ I ⁡ x + G I ⁡ I ⁡ y = x + G y
29 16 23 28 3eqtrd ⊢ I ∈ G GrpHom G ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → I ⁡ I ⁡ y + G x = x + G y
30 1 3 grpcl ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ B ∧ x ∈ B → y + G x ∈ B
31 11 12 13 30 syl3anc ⊢ I ∈ G GrpHom G ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → y + G x ∈ B
32 1 2 grpinvinv ⊢ G ∈ Grp ∧ y + G x ∈ B → I ⁡ I ⁡ y + G x = y + G x
33 11 31 32 syl2anc ⊢ I ∈ G GrpHom G ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → I ⁡ I ⁡ y + G x = y + G x
34 29 33 eqtr3d ⊢ I ∈ G GrpHom G ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + G y = y + G x
35 34 ralrimivva ⊢ I ∈ G GrpHom G → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + G y = y + G x
36 1 3 isabl2 ⊢ G ∈ Abel ↔ G ∈ Grp ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + G y = y + G x
37 10 35 36 sylanbrc ⊢ I ∈ G GrpHom G → G ∈ Abel
38 9 37 impbii ⊢ G ∈ Abel ↔ I ∈ G GrpHom G