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Theorem rdivmuldivd

Description: Multiplication of two ratios. Theorem I.14 of Apostol p. 18. (Contributed by Thierry Arnoux, 30-Oct-2017)

Ref Expression
Hypotheses dvrdir.b ⊢ B = Base R
dvrdir.u ⊢ U = Unit ⁡ R
dvrdir.p ⊢ + ˙ = + R
dvrdir.t ⊢ × ˙ = / r ⁡ R
rdivmuldivd.p ⊢ · ˙ = ⋅ R
rdivmuldivd.r ⊢ φ → R ∈ CRing
rdivmuldivd.a ⊢ φ → X ∈ B
rdivmuldivd.b ⊢ φ → Y ∈ U
rdivmuldivd.c ⊢ φ → Z ∈ B
rdivmuldivd.d ⊢ φ → W ∈ U
Assertion rdivmuldivd ⊢ φ → X × ˙ Y · ˙ Z × ˙ W = X · ˙ Z × ˙ Y · ˙ W

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 dvrdir.b ⊢ B = Base R
2 dvrdir.u ⊢ U = Unit ⁡ R
3 dvrdir.p ⊢ + ˙ = + R
4 dvrdir.t ⊢ × ˙ = / r ⁡ R
5 rdivmuldivd.p ⊢ · ˙ = ⋅ R
6 rdivmuldivd.r ⊢ φ → R ∈ CRing
7 rdivmuldivd.a ⊢ φ → X ∈ B
8 rdivmuldivd.b ⊢ φ → Y ∈ U
9 rdivmuldivd.c ⊢ φ → Z ∈ B
10 rdivmuldivd.d ⊢ φ → W ∈ U
11 eqid ⊢ inv r ⁡ R = inv r ⁡ R
12 1 5 2 11 4 dvrval ⊢ X ∈ B ∧ Y ∈ U → X × ˙ Y = X · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y
13 12 oveq1d ⊢ X ∈ B ∧ Y ∈ U → X × ˙ Y · ˙ Z × ˙ W = X · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y · ˙ Z × ˙ W
14 7 8 13 syl2anc ⊢ φ → X × ˙ Y · ˙ Z × ˙ W = X · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y · ˙ Z × ˙ W
15 crngring ⊢ R ∈ CRing → R ∈ Ring
16 6 15 syl ⊢ φ → R ∈ Ring
17 1 2 unitss ⊢ U ⊆ B
18 2 11 unitinvcl ⊢ R ∈ Ring ∧ Y ∈ U → inv r ⁡ R ⁡ Y ∈ U
19 16 8 18 syl2anc ⊢ φ → inv r ⁡ R ⁡ Y ∈ U
20 17 19 sselid ⊢ φ → inv r ⁡ R ⁡ Y ∈ B
21 1 2 4 dvrcl ⊢ R ∈ Ring ∧ Z ∈ B ∧ W ∈ U → Z × ˙ W ∈ B
22 16 9 10 21 syl3anc ⊢ φ → Z × ˙ W ∈ B
23 1 5 ringass ⊢ R ∈ Ring ∧ X ∈ B ∧ inv r ⁡ R ⁡ Y ∈ B ∧ Z × ˙ W ∈ B → X · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y · ˙ Z × ˙ W = X · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y · ˙ Z × ˙ W
24 16 7 20 22 23 syl13anc ⊢ φ → X · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y · ˙ Z × ˙ W = X · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y · ˙ Z × ˙ W
25 1 5 crngcom ⊢ R ∈ CRing ∧ inv r ⁡ R ⁡ Y ∈ B ∧ Z × ˙ W ∈ B → inv r ⁡ R ⁡ Y · ˙ Z × ˙ W = Z × ˙ W · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y
26 6 20 22 25 syl3anc ⊢ φ → inv r ⁡ R ⁡ Y · ˙ Z × ˙ W = Z × ˙ W · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y
27 26 oveq2d ⊢ φ → X · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y · ˙ Z × ˙ W = X · ˙ Z × ˙ W · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y
28 14 24 27 3eqtrd ⊢ φ → X × ˙ Y · ˙ Z × ˙ W = X · ˙ Z × ˙ W · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y
29 eqid ⊢ mulGrp R ↾ 𝑠 U = mulGrp R ↾ 𝑠 U
30 2 29 unitgrp ⊢ R ∈ Ring → mulGrp R ↾ 𝑠 U ∈ Grp
31 16 30 syl ⊢ φ → mulGrp R ↾ 𝑠 U ∈ Grp
32 2 29 unitgrpbas ⊢ U = Base mulGrp R ↾ 𝑠 U
33 eqid ⊢ + mulGrp R ↾ 𝑠 U = + mulGrp R ↾ 𝑠 U
34 2 29 11 invrfval ⊢ inv r ⁡ R = inv g ⁡ mulGrp R ↾ 𝑠 U
35 32 33 34 grpinvadd ⊢ mulGrp R ↾ 𝑠 U ∈ Grp ∧ Y ∈ U ∧ W ∈ U → inv r ⁡ R ⁡ Y + mulGrp R ↾ 𝑠 U W = inv r ⁡ R ⁡ W + mulGrp R ↾ 𝑠 U inv r ⁡ R ⁡ Y
36 31 8 10 35 syl3anc ⊢ φ → inv r ⁡ R ⁡ Y + mulGrp R ↾ 𝑠 U W = inv r ⁡ R ⁡ W + mulGrp R ↾ 𝑠 U inv r ⁡ R ⁡ Y
37 eqid ⊢ mulGrp R ↾ 𝑠 U = mulGrp R ↾ 𝑠 U
38 2 fvexi ⊢ U ∈ V
39 eqid ⊢ R ↾ 𝑠 U = R ↾ 𝑠 U
40 39 5 ressmulr ⊢ U ∈ V → · ˙ = ⋅ R ↾ 𝑠 U
41 38 40 ax-mp ⊢ · ˙ = ⋅ R ↾ 𝑠 U
42 37 41 mgpplusg ⊢ · ˙ = + mulGrp R ↾ 𝑠 U
43 eqid ⊢ mulGrp R = mulGrp R
44 39 43 mgpress ⊢ R ∈ Ring ∧ U ∈ V → mulGrp R ↾ 𝑠 U = mulGrp R ↾ 𝑠 U
45 16 38 44 sylancl ⊢ φ → mulGrp R ↾ 𝑠 U = mulGrp R ↾ 𝑠 U
46 45 fveq2d ⊢ φ → + mulGrp R ↾ 𝑠 U = + mulGrp R ↾ 𝑠 U
47 42 46 eqtr4id ⊢ φ → · ˙ = + mulGrp R ↾ 𝑠 U
48 47 oveqd ⊢ φ → Y · ˙ W = Y + mulGrp R ↾ 𝑠 U W
49 48 fveq2d ⊢ φ → inv r ⁡ R ⁡ Y · ˙ W = inv r ⁡ R ⁡ Y + mulGrp R ↾ 𝑠 U W
50 47 oveqd ⊢ φ → inv r ⁡ R ⁡ W · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y = inv r ⁡ R ⁡ W + mulGrp R ↾ 𝑠 U inv r ⁡ R ⁡ Y
51 36 49 50 3eqtr4d ⊢ φ → inv r ⁡ R ⁡ Y · ˙ W = inv r ⁡ R ⁡ W · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y
52 51 oveq2d ⊢ φ → X · ˙ Z · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y · ˙ W = X · ˙ Z · ˙ inv r ⁡ R ⁡ W · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y
53 1 5 ringcl ⊢ R ∈ Ring ∧ X ∈ B ∧ Z ∈ B → X · ˙ Z ∈ B
54 16 7 9 53 syl3anc ⊢ φ → X · ˙ Z ∈ B
55 2 5 unitmulcl ⊢ R ∈ Ring ∧ Y ∈ U ∧ W ∈ U → Y · ˙ W ∈ U
56 16 8 10 55 syl3anc ⊢ φ → Y · ˙ W ∈ U
57 1 5 2 11 4 dvrval ⊢ X · ˙ Z ∈ B ∧ Y · ˙ W ∈ U → X · ˙ Z × ˙ Y · ˙ W = X · ˙ Z · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y · ˙ W
58 54 56 57 syl2anc ⊢ φ → X · ˙ Z × ˙ Y · ˙ W = X · ˙ Z · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y · ˙ W
59 2 11 unitinvcl ⊢ R ∈ Ring ∧ W ∈ U → inv r ⁡ R ⁡ W ∈ U
60 16 10 59 syl2anc ⊢ φ → inv r ⁡ R ⁡ W ∈ U
61 17 60 sselid ⊢ φ → inv r ⁡ R ⁡ W ∈ B
62 1 5 ringass ⊢ R ∈ Ring ∧ X ∈ B ∧ Z ∈ B ∧ inv r ⁡ R ⁡ W ∈ B → X · ˙ Z · ˙ inv r ⁡ R ⁡ W = X · ˙ Z · ˙ inv r ⁡ R ⁡ W
63 16 7 9 61 62 syl13anc ⊢ φ → X · ˙ Z · ˙ inv r ⁡ R ⁡ W = X · ˙ Z · ˙ inv r ⁡ R ⁡ W
64 1 5 2 11 4 dvrval ⊢ Z ∈ B ∧ W ∈ U → Z × ˙ W = Z · ˙ inv r ⁡ R ⁡ W
65 9 10 64 syl2anc ⊢ φ → Z × ˙ W = Z · ˙ inv r ⁡ R ⁡ W
66 65 oveq2d ⊢ φ → X · ˙ Z × ˙ W = X · ˙ Z · ˙ inv r ⁡ R ⁡ W
67 63 66 eqtr4d ⊢ φ → X · ˙ Z · ˙ inv r ⁡ R ⁡ W = X · ˙ Z × ˙ W
68 67 oveq1d ⊢ φ → X · ˙ Z · ˙ inv r ⁡ R ⁡ W · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y = X · ˙ Z × ˙ W · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y
69 1 5 ringass ⊢ R ∈ Ring ∧ X · ˙ Z ∈ B ∧ inv r ⁡ R ⁡ W ∈ B ∧ inv r ⁡ R ⁡ Y ∈ B → X · ˙ Z · ˙ inv r ⁡ R ⁡ W · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y = X · ˙ Z · ˙ inv r ⁡ R ⁡ W · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y
70 16 54 61 20 69 syl13anc ⊢ φ → X · ˙ Z · ˙ inv r ⁡ R ⁡ W · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y = X · ˙ Z · ˙ inv r ⁡ R ⁡ W · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y
71 1 5 ringass ⊢ R ∈ Ring ∧ X ∈ B ∧ Z × ˙ W ∈ B ∧ inv r ⁡ R ⁡ Y ∈ B → X · ˙ Z × ˙ W · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y = X · ˙ Z × ˙ W · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y
72 16 7 22 20 71 syl13anc ⊢ φ → X · ˙ Z × ˙ W · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y = X · ˙ Z × ˙ W · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y
73 68 70 72 3eqtr3rd ⊢ φ → X · ˙ Z × ˙ W · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y = X · ˙ Z · ˙ inv r ⁡ R ⁡ W · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y
74 52 58 73 3eqtr4rd ⊢ φ → X · ˙ Z × ˙ W · ˙ inv r ⁡ R ⁡ Y = X · ˙ Z × ˙ Y · ˙ W
75 28 74 eqtrd ⊢ φ → X × ˙ Y · ˙ Z × ˙ W = X · ˙ Z × ˙ Y · ˙ W