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Theorem mulgdir

Description: Sum of group multiples, generalized to ZZ . (Contributed by Mario Carneiro, 13-Dec-2014)

Ref Expression
Hypotheses mulgnndir.b ⊢ B = Base G
mulgnndir.t ⊢ · ˙ = ⋅ G
mulgnndir.p ⊢ + ˙ = + G
Assertion mulgdir ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B → M + N · ˙ X = M · ˙ X + ˙ N · ˙ X

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mulgnndir.b ⊢ B = Base G
2 mulgnndir.t ⊢ · ˙ = ⋅ G
3 mulgnndir.p ⊢ + ˙ = + G
4 1 2 3 mulgdirlem ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ M + N ∈ ℕ 0 → M + N · ˙ X = M · ˙ X + ˙ N · ˙ X
5 4 3expa ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ M + N ∈ ℕ 0 → M + N · ˙ X = M · ˙ X + ˙ N · ˙ X
6 simpll ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → G ∈ Grp
7 simpr2 ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B → N ∈ ℤ
8 7 adantr ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → N ∈ ℤ
9 8 znegcld ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → − N ∈ ℤ
10 simpr1 ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B → M ∈ ℤ
11 10 adantr ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → M ∈ ℤ
12 11 znegcld ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → − M ∈ ℤ
13 simplr3 ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → X ∈ B
14 11 zcnd ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → M ∈ ℂ
15 14 negcld ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → − M ∈ ℂ
16 8 zcnd ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → N ∈ ℂ
17 16 negcld ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → − N ∈ ℂ
18 14 16 negdid ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → − M + N = - M + -N
19 15 17 18 comraddd ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → − M + N = - N + -M
20 simpr ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → − M + N ∈ ℕ 0
21 19 20 eqeltrrd ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → - N + -M ∈ ℕ 0
22 1 2 3 mulgdirlem ⊢ G ∈ Grp ∧ − N ∈ ℤ ∧ − M ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ - N + -M ∈ ℕ 0 → - N + -M · ˙ X = -N · ˙ X + ˙ -M · ˙ X
23 6 9 12 13 21 22 syl131anc ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → - N + -M · ˙ X = -N · ˙ X + ˙ -M · ˙ X
24 19 oveq1d ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → − M + N · ˙ X = - N + -M · ˙ X
25 10 7 zaddcld ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B → M + N ∈ ℤ
26 25 adantr ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → M + N ∈ ℤ
27 eqid ⊢ inv g ⁡ G = inv g ⁡ G
28 1 2 27 mulgneg ⊢ G ∈ Grp ∧ M + N ∈ ℤ ∧ X ∈ B → − M + N · ˙ X = inv g ⁡ G ⁡ M + N · ˙ X
29 6 26 13 28 syl3anc ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → − M + N · ˙ X = inv g ⁡ G ⁡ M + N · ˙ X
30 24 29 eqtr3d ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → - N + -M · ˙ X = inv g ⁡ G ⁡ M + N · ˙ X
31 1 2 27 mulgneg ⊢ G ∈ Grp ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B → -N · ˙ X = inv g ⁡ G ⁡ N · ˙ X
32 6 8 13 31 syl3anc ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → -N · ˙ X = inv g ⁡ G ⁡ N · ˙ X
33 1 2 27 mulgneg ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ X ∈ B → -M · ˙ X = inv g ⁡ G ⁡ M · ˙ X
34 6 11 13 33 syl3anc ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → -M · ˙ X = inv g ⁡ G ⁡ M · ˙ X
35 32 34 oveq12d ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → -N · ˙ X + ˙ -M · ˙ X = inv g ⁡ G ⁡ N · ˙ X + ˙ inv g ⁡ G ⁡ M · ˙ X
36 1 2 mulgcl ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ X ∈ B → M · ˙ X ∈ B
37 6 11 13 36 syl3anc ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → M · ˙ X ∈ B
38 1 2 mulgcl ⊢ G ∈ Grp ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B → N · ˙ X ∈ B
39 6 8 13 38 syl3anc ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → N · ˙ X ∈ B
40 1 3 27 grpinvadd ⊢ G ∈ Grp ∧ M · ˙ X ∈ B ∧ N · ˙ X ∈ B → inv g ⁡ G ⁡ M · ˙ X + ˙ N · ˙ X = inv g ⁡ G ⁡ N · ˙ X + ˙ inv g ⁡ G ⁡ M · ˙ X
41 6 37 39 40 syl3anc ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → inv g ⁡ G ⁡ M · ˙ X + ˙ N · ˙ X = inv g ⁡ G ⁡ N · ˙ X + ˙ inv g ⁡ G ⁡ M · ˙ X
42 35 41 eqtr4d ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → -N · ˙ X + ˙ -M · ˙ X = inv g ⁡ G ⁡ M · ˙ X + ˙ N · ˙ X
43 23 30 42 3eqtr3d ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → inv g ⁡ G ⁡ M + N · ˙ X = inv g ⁡ G ⁡ M · ˙ X + ˙ N · ˙ X
44 43 fveq2d ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → inv g ⁡ G ⁡ inv g ⁡ G ⁡ M + N · ˙ X = inv g ⁡ G ⁡ inv g ⁡ G ⁡ M · ˙ X + ˙ N · ˙ X
45 1 2 mulgcl ⊢ G ∈ Grp ∧ M + N ∈ ℤ ∧ X ∈ B → M + N · ˙ X ∈ B
46 6 26 13 45 syl3anc ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → M + N · ˙ X ∈ B
47 1 27 grpinvinv ⊢ G ∈ Grp ∧ M + N · ˙ X ∈ B → inv g ⁡ G ⁡ inv g ⁡ G ⁡ M + N · ˙ X = M + N · ˙ X
48 6 46 47 syl2anc ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → inv g ⁡ G ⁡ inv g ⁡ G ⁡ M + N · ˙ X = M + N · ˙ X
49 1 3 grpcl ⊢ G ∈ Grp ∧ M · ˙ X ∈ B ∧ N · ˙ X ∈ B → M · ˙ X + ˙ N · ˙ X ∈ B
50 6 37 39 49 syl3anc ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → M · ˙ X + ˙ N · ˙ X ∈ B
51 1 27 grpinvinv ⊢ G ∈ Grp ∧ M · ˙ X + ˙ N · ˙ X ∈ B → inv g ⁡ G ⁡ inv g ⁡ G ⁡ M · ˙ X + ˙ N · ˙ X = M · ˙ X + ˙ N · ˙ X
52 6 50 51 syl2anc ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → inv g ⁡ G ⁡ inv g ⁡ G ⁡ M · ˙ X + ˙ N · ˙ X = M · ˙ X + ˙ N · ˙ X
53 44 48 52 3eqtr3d ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ − M + N ∈ ℕ 0 → M + N · ˙ X = M · ˙ X + ˙ N · ˙ X
54 elznn0 ⊢ M + N ∈ ℤ ↔ M + N ∈ ℝ ∧ M + N ∈ ℕ 0 ∨ − M + N ∈ ℕ 0
55 54 simprbi ⊢ M + N ∈ ℤ → M + N ∈ ℕ 0 ∨ − M + N ∈ ℕ 0
56 25 55 syl ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B → M + N ∈ ℕ 0 ∨ − M + N ∈ ℕ 0
57 5 53 56 mpjaodan ⊢ G ∈ Grp ∧ M ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B → M + N · ˙ X = M · ˙ X + ˙ N · ˙ X