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Theorem mulgneg2

Description: Group multiple (exponentiation) operation at a negative integer. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Dec-2014)

Ref Expression
Hypotheses mulgneg2.b ⊢ B = Base G
mulgneg2.m ⊢ · ˙ = ⋅ G
mulgneg2.i ⊢ I = inv g ⁡ G
Assertion mulgneg2 ⊢ G ∈ Grp ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B → -N · ˙ X = N · ˙ I ⁡ X

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mulgneg2.b ⊢ B = Base G
2 mulgneg2.m ⊢ · ˙ = ⋅ G
3 mulgneg2.i ⊢ I = inv g ⁡ G
4 negeq ⊢ x = 0 → − x = − 0
5 neg0 ⊢ − 0 = 0
6 4 5 eqtrdi ⊢ x = 0 → − x = 0
7 6 oveq1d ⊢ x = 0 → − x · ˙ X = 0 · ˙ X
8 oveq1 ⊢ x = 0 → x · ˙ I ⁡ X = 0 · ˙ I ⁡ X
9 7 8 eqeq12d ⊢ x = 0 → − x · ˙ X = x · ˙ I ⁡ X ↔ 0 · ˙ X = 0 · ˙ I ⁡ X
10 negeq ⊢ x = n → − x = − n
11 10 oveq1d ⊢ x = n → − x · ˙ X = − n · ˙ X
12 oveq1 ⊢ x = n → x · ˙ I ⁡ X = n · ˙ I ⁡ X
13 11 12 eqeq12d ⊢ x = n → − x · ˙ X = x · ˙ I ⁡ X ↔ − n · ˙ X = n · ˙ I ⁡ X
14 negeq ⊢ x = n + 1 → − x = − n + 1
15 14 oveq1d ⊢ x = n + 1 → − x · ˙ X = − n + 1 · ˙ X
16 oveq1 ⊢ x = n + 1 → x · ˙ I ⁡ X = n + 1 · ˙ I ⁡ X
17 15 16 eqeq12d ⊢ x = n + 1 → − x · ˙ X = x · ˙ I ⁡ X ↔ − n + 1 · ˙ X = n + 1 · ˙ I ⁡ X
18 negeq ⊢ x = − n → − x = − − n
19 18 oveq1d ⊢ x = − n → − x · ˙ X = − − n · ˙ X
20 oveq1 ⊢ x = − n → x · ˙ I ⁡ X = − n · ˙ I ⁡ X
21 19 20 eqeq12d ⊢ x = − n → − x · ˙ X = x · ˙ I ⁡ X ↔ − − n · ˙ X = − n · ˙ I ⁡ X
22 negeq ⊢ x = N → − x = − N
23 22 oveq1d ⊢ x = N → − x · ˙ X = -N · ˙ X
24 oveq1 ⊢ x = N → x · ˙ I ⁡ X = N · ˙ I ⁡ X
25 23 24 eqeq12d ⊢ x = N → − x · ˙ X = x · ˙ I ⁡ X ↔ -N · ˙ X = N · ˙ I ⁡ X
26 eqid ⊢ 0 G = 0 G
27 1 26 2 mulg0 ⊢ X ∈ B → 0 · ˙ X = 0 G
28 27 adantl ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → 0 · ˙ X = 0 G
29 1 3 grpinvcl ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → I ⁡ X ∈ B
30 1 26 2 mulg0 ⊢ I ⁡ X ∈ B → 0 · ˙ I ⁡ X = 0 G
31 29 30 syl ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → 0 · ˙ I ⁡ X = 0 G
32 28 31 eqtr4d ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → 0 · ˙ X = 0 · ˙ I ⁡ X
33 oveq1 ⊢ − n · ˙ X = n · ˙ I ⁡ X → − n · ˙ X + G I ⁡ X = n · ˙ I ⁡ X + G I ⁡ X
34 nn0cn ⊢ n ∈ ℕ 0 → n ∈ ℂ
35 34 adantl ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ 0 → n ∈ ℂ
36 ax-1cn ⊢ 1 ∈ ℂ
37 negdi ⊢ n ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ → − n + 1 = - n + -1
38 35 36 37 sylancl ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ 0 → − n + 1 = - n + -1
39 38 oveq1d ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ 0 → − n + 1 · ˙ X = - n + -1 · ˙ X
40 simpll ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ 0 → G ∈ Grp
41 nn0negz ⊢ n ∈ ℕ 0 → − n ∈ ℤ
42 41 adantl ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ 0 → − n ∈ ℤ
43 1z ⊢ 1 ∈ ℤ
44 znegcl ⊢ 1 ∈ ℤ → − 1 ∈ ℤ
45 43 44 mp1i ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ 0 → − 1 ∈ ℤ
46 simplr ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ 0 → X ∈ B
47 eqid ⊢ + G = + G
48 1 2 47 mulgdir ⊢ G ∈ Grp ∧ − n ∈ ℤ ∧ − 1 ∈ ℤ ∧ X ∈ B → - n + -1 · ˙ X = − n · ˙ X + G -1 · ˙ X
49 40 42 45 46 48 syl13anc ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ 0 → - n + -1 · ˙ X = − n · ˙ X + G -1 · ˙ X
50 1 2 3 mulgm1 ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → -1 · ˙ X = I ⁡ X
51 50 adantr ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ 0 → -1 · ˙ X = I ⁡ X
52 51 oveq2d ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ 0 → − n · ˙ X + G -1 · ˙ X = − n · ˙ X + G I ⁡ X
53 39 49 52 3eqtrd ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ 0 → − n + 1 · ˙ X = − n · ˙ X + G I ⁡ X
54 grpmnd ⊢ G ∈ Grp → G ∈ Mnd
55 54 ad2antrr ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ 0 → G ∈ Mnd
56 simpr ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ 0 → n ∈ ℕ 0
57 29 adantr ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ 0 → I ⁡ X ∈ B
58 1 2 47 mulgnn0p1 ⊢ G ∈ Mnd ∧ n ∈ ℕ 0 ∧ I ⁡ X ∈ B → n + 1 · ˙ I ⁡ X = n · ˙ I ⁡ X + G I ⁡ X
59 55 56 57 58 syl3anc ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ 0 → n + 1 · ˙ I ⁡ X = n · ˙ I ⁡ X + G I ⁡ X
60 53 59 eqeq12d ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ 0 → − n + 1 · ˙ X = n + 1 · ˙ I ⁡ X ↔ − n · ˙ X + G I ⁡ X = n · ˙ I ⁡ X + G I ⁡ X
61 33 60 imbitrrid ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ 0 → − n · ˙ X = n · ˙ I ⁡ X → − n + 1 · ˙ X = n + 1 · ˙ I ⁡ X
62 61 ex ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → n ∈ ℕ 0 → − n · ˙ X = n · ˙ I ⁡ X → − n + 1 · ˙ X = n + 1 · ˙ I ⁡ X
63 fveq2 ⊢ − n · ˙ X = n · ˙ I ⁡ X → I ⁡ − n · ˙ X = I ⁡ n · ˙ I ⁡ X
64 simpll ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ → G ∈ Grp
65 nnnegz ⊢ n ∈ ℕ → − n ∈ ℤ
66 65 adantl ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ → − n ∈ ℤ
67 simplr ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ → X ∈ B
68 1 2 3 mulgneg ⊢ G ∈ Grp ∧ − n ∈ ℤ ∧ X ∈ B → − − n · ˙ X = I ⁡ − n · ˙ X
69 64 66 67 68 syl3anc ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ → − − n · ˙ X = I ⁡ − n · ˙ X
70 id ⊢ n ∈ ℕ → n ∈ ℕ
71 1 2 3 mulgnegnn ⊢ n ∈ ℕ ∧ I ⁡ X ∈ B → − n · ˙ I ⁡ X = I ⁡ n · ˙ I ⁡ X
72 70 29 71 syl2anr ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ → − n · ˙ I ⁡ X = I ⁡ n · ˙ I ⁡ X
73 69 72 eqeq12d ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ → − − n · ˙ X = − n · ˙ I ⁡ X ↔ I ⁡ − n · ˙ X = I ⁡ n · ˙ I ⁡ X
74 63 73 imbitrrid ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ n ∈ ℕ → − n · ˙ X = n · ˙ I ⁡ X → − − n · ˙ X = − n · ˙ I ⁡ X
75 74 ex ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → n ∈ ℕ → − n · ˙ X = n · ˙ I ⁡ X → − − n · ˙ X = − n · ˙ I ⁡ X
76 9 13 17 21 25 32 62 75 zindd ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → N ∈ ℤ → -N · ˙ X = N · ˙ I ⁡ X
77 76 3impia ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ N ∈ ℤ → -N · ˙ X = N · ˙ I ⁡ X
78 77 3com23 ⊢ G ∈ Grp ∧ N ∈ ℤ ∧ X ∈ B → -N · ˙ X = N · ˙ I ⁡ X