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Theorem mulginvcom

Description: The group multiple operator commutes with the group inverse function. (Contributed by Paul Chapman, 17-Apr-2009) (Revised by AV, 31-Aug-2021)

Ref Expression
Hypotheses mulginvcom.b ⊢ B = Base G
mulginvcom.t ⊢ · ˙ = ⋅ G
mulginvcom.i ⊢ I = inv g ⁡ G
Assertion mulginvcom ⊢ G ∈ Grp ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B → N · ˙ I ⁡ X = I ⁡ N · ˙ X

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mulginvcom.b ⊢ B = Base G
2 mulginvcom.t ⊢ · ˙ = ⋅ G
3 mulginvcom.i ⊢ I = inv g ⁡ G
4 oveq1 ⊢ x = 0 → x · ˙ I ⁡ X = 0 · ˙ I ⁡ X
5 fvoveq1 ⊢ x = 0 → I ⁡ x · ˙ X = I ⁡ 0 · ˙ X
6 4 5 eqeq12d ⊢ x = 0 → x · ˙ I ⁡ X = I ⁡ x · ˙ X ↔ 0 · ˙ I ⁡ X = I ⁡ 0 · ˙ X
7 oveq1 ⊢ x = y → x · ˙ I ⁡ X = y · ˙ I ⁡ X
8 fvoveq1 ⊢ x = y → I ⁡ x · ˙ X = I ⁡ y · ˙ X
9 7 8 eqeq12d ⊢ x = y → x · ˙ I ⁡ X = I ⁡ x · ˙ X ↔ y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ X
10 oveq1 ⊢ x = y + 1 → x · ˙ I ⁡ X = y + 1 · ˙ I ⁡ X
11 fvoveq1 ⊢ x = y + 1 → I ⁡ x · ˙ X = I ⁡ y + 1 · ˙ X
12 10 11 eqeq12d ⊢ x = y + 1 → x · ˙ I ⁡ X = I ⁡ x · ˙ X ↔ y + 1 · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y + 1 · ˙ X
13 oveq1 ⊢ x = − y → x · ˙ I ⁡ X = − y · ˙ I ⁡ X
14 fvoveq1 ⊢ x = − y → I ⁡ x · ˙ X = I ⁡ − y · ˙ X
15 13 14 eqeq12d ⊢ x = − y → x · ˙ I ⁡ X = I ⁡ x · ˙ X ↔ − y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ − y · ˙ X
16 oveq1 ⊢ x = N → x · ˙ I ⁡ X = N · ˙ I ⁡ X
17 fvoveq1 ⊢ x = N → I ⁡ x · ˙ X = I ⁡ N · ˙ X
18 16 17 eqeq12d ⊢ x = N → x · ˙ I ⁡ X = I ⁡ x · ˙ X ↔ N · ˙ I ⁡ X = I ⁡ N · ˙ X
19 eqid ⊢ 0 G = 0 G
20 19 3 grpinvid ⊢ G ∈ Grp → I ⁡ 0 G = 0 G
21 20 eqcomd ⊢ G ∈ Grp → 0 G = I ⁡ 0 G
22 21 adantr ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → 0 G = I ⁡ 0 G
23 1 3 grpinvcl ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → I ⁡ X ∈ B
24 1 19 2 mulg0 ⊢ I ⁡ X ∈ B → 0 · ˙ I ⁡ X = 0 G
25 23 24 syl ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → 0 · ˙ I ⁡ X = 0 G
26 1 19 2 mulg0 ⊢ X ∈ B → 0 · ˙ X = 0 G
27 26 adantl ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → 0 · ˙ X = 0 G
28 27 fveq2d ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → I ⁡ 0 · ˙ X = I ⁡ 0 G
29 22 25 28 3eqtr4d ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → 0 · ˙ I ⁡ X = I ⁡ 0 · ˙ X
30 oveq2 ⊢ y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ X → I ⁡ X + G y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ X + G I ⁡ y · ˙ X
31 30 adantl ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ B ∧ y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ X → I ⁡ X + G y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ X + G I ⁡ y · ˙ X
32 grpmnd ⊢ G ∈ Grp → G ∈ Mnd
33 32 3ad2ant1 ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ B → G ∈ Mnd
34 simp2 ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ B → y ∈ ℕ 0
35 23 3adant2 ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ B → I ⁡ X ∈ B
36 eqid ⊢ + G = + G
37 1 2 36 mulgnn0p1 ⊢ G ∈ Mnd ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ I ⁡ X ∈ B → y + 1 · ˙ I ⁡ X = y · ˙ I ⁡ X + G I ⁡ X
38 33 34 35 37 syl3anc ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ B → y + 1 · ˙ I ⁡ X = y · ˙ I ⁡ X + G I ⁡ X
39 simp1 ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ B → G ∈ Grp
40 nn0z ⊢ y ∈ ℕ 0 → y ∈ ℤ
41 40 3ad2ant2 ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ B → y ∈ ℤ
42 1 2 36 mulgaddcom ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℤ ∧ I ⁡ X ∈ B → y · ˙ I ⁡ X + G I ⁡ X = I ⁡ X + G y · ˙ I ⁡ X
43 39 41 35 42 syl3anc ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ B → y · ˙ I ⁡ X + G I ⁡ X = I ⁡ X + G y · ˙ I ⁡ X
44 38 43 eqtrd ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ B → y + 1 · ˙ I ⁡ X = I ⁡ X + G y · ˙ I ⁡ X
45 44 adantr ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ B ∧ y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ X → y + 1 · ˙ I ⁡ X = I ⁡ X + G y · ˙ I ⁡ X
46 1 2 36 mulgnn0p1 ⊢ G ∈ Mnd ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ B → y + 1 · ˙ X = y · ˙ X + G X
47 32 46 syl3an1 ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ B → y + 1 · ˙ X = y · ˙ X + G X
48 47 fveq2d ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ B → I ⁡ y + 1 · ˙ X = I ⁡ y · ˙ X + G X
49 1 2 mulgcl ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℤ ∧ X ∈ B → y · ˙ X ∈ B
50 40 49 syl3an2 ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ B → y · ˙ X ∈ B
51 1 36 3 grpinvadd ⊢ G ∈ Grp ∧ y · ˙ X ∈ B ∧ X ∈ B → I ⁡ y · ˙ X + G X = I ⁡ X + G I ⁡ y · ˙ X
52 50 51 syld3an2 ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ B → I ⁡ y · ˙ X + G X = I ⁡ X + G I ⁡ y · ˙ X
53 48 52 eqtrd ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ B → I ⁡ y + 1 · ˙ X = I ⁡ X + G I ⁡ y · ˙ X
54 53 adantr ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ B ∧ y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ X → I ⁡ y + 1 · ˙ X = I ⁡ X + G I ⁡ y · ˙ X
55 31 45 54 3eqtr4d ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ B ∧ y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ X → y + 1 · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y + 1 · ˙ X
56 55 3exp1 ⊢ G ∈ Grp → y ∈ ℕ 0 → X ∈ B → y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ X → y + 1 · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y + 1 · ˙ X
57 56 com23 ⊢ G ∈ Grp → X ∈ B → y ∈ ℕ 0 → y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ X → y + 1 · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y + 1 · ˙ X
58 57 imp ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → y ∈ ℕ 0 → y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ X → y + 1 · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y + 1 · ˙ X
59 nnz ⊢ y ∈ ℕ → y ∈ ℤ
60 23 3adant2 ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℤ ∧ X ∈ B → I ⁡ X ∈ B
61 1 2 3 mulgneg ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℤ ∧ I ⁡ X ∈ B → − y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ I ⁡ X
62 60 61 syld3an3 ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℤ ∧ X ∈ B → − y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ I ⁡ X
63 62 adantr ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ X → − y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ I ⁡ X
64 1 2 3 mulgneg ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℤ ∧ X ∈ B → − y · ˙ X = I ⁡ y · ˙ X
65 64 adantr ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ X → − y · ˙ X = I ⁡ y · ˙ X
66 simpr ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ X → y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ X
67 65 66 eqtr4d ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ X → − y · ˙ X = y · ˙ I ⁡ X
68 67 fveq2d ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ X → I ⁡ − y · ˙ X = I ⁡ y · ˙ I ⁡ X
69 63 68 eqtr4d ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ ℤ ∧ X ∈ B ∧ y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ X → − y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ − y · ˙ X
70 69 3exp1 ⊢ G ∈ Grp → y ∈ ℤ → X ∈ B → y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ X → − y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ − y · ˙ X
71 70 com23 ⊢ G ∈ Grp → X ∈ B → y ∈ ℤ → y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ X → − y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ − y · ˙ X
72 71 imp ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → y ∈ ℤ → y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ X → − y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ − y · ˙ X
73 59 72 syl5 ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → y ∈ ℕ → y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ y · ˙ X → − y · ˙ I ⁡ X = I ⁡ − y · ˙ X
74 6 9 12 15 18 29 58 73 zindd ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → N ∈ ℤ → N · ˙ I ⁡ X = I ⁡ N · ˙ X
75 74 ex ⊢ G ∈ Grp → X ∈ B → N ∈ ℤ → N · ˙ I ⁡ X = I ⁡ N · ˙ X
76 75 com23 ⊢ G ∈ Grp → N ∈ ℤ → X ∈ B → N · ˙ I ⁡ X = I ⁡ N · ˙ X
77 76 3imp ⊢ G ∈ Grp ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B → N · ˙ I ⁡ X = I ⁡ N · ˙ X