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Theorem srgpcomp

Description: If two elements of a semiring commute, they also commute if one of the elements is raised to a higher power. (Contributed by AV, 23-Aug-2019)

Ref Expression
Hypotheses srgpcomp.s ⊢ S = Base R
srgpcomp.m ⊢ × ˙ = ⋅ R
srgpcomp.g ⊢ G = mulGrp R
srgpcomp.e ⊢ × ˙ = ⋅ G
srgpcomp.r ⊢ φ → R ∈ SRing
srgpcomp.a ⊢ φ → A ∈ S
srgpcomp.b ⊢ φ → B ∈ S
srgpcomp.k ⊢ φ → K ∈ ℕ 0
srgpcomp.c ⊢ φ → A × ˙ B = B × ˙ A
Assertion srgpcomp ⊢ φ → K × ˙ B × ˙ A = A × ˙ K × ˙ B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 srgpcomp.s ⊢ S = Base R
2 srgpcomp.m ⊢ × ˙ = ⋅ R
3 srgpcomp.g ⊢ G = mulGrp R
4 srgpcomp.e ⊢ × ˙ = ⋅ G
5 srgpcomp.r ⊢ φ → R ∈ SRing
6 srgpcomp.a ⊢ φ → A ∈ S
7 srgpcomp.b ⊢ φ → B ∈ S
8 srgpcomp.k ⊢ φ → K ∈ ℕ 0
9 srgpcomp.c ⊢ φ → A × ˙ B = B × ˙ A
10 oveq1 ⊢ x = 0 → x × ˙ B = 0 × ˙ B
11 10 oveq1d ⊢ x = 0 → x × ˙ B × ˙ A = 0 × ˙ B × ˙ A
12 10 oveq2d ⊢ x = 0 → A × ˙ x × ˙ B = A × ˙ 0 × ˙ B
13 11 12 eqeq12d ⊢ x = 0 → x × ˙ B × ˙ A = A × ˙ x × ˙ B ↔ 0 × ˙ B × ˙ A = A × ˙ 0 × ˙ B
14 13 imbi2d ⊢ x = 0 → φ → x × ˙ B × ˙ A = A × ˙ x × ˙ B ↔ φ → 0 × ˙ B × ˙ A = A × ˙ 0 × ˙ B
15 oveq1 ⊢ x = y → x × ˙ B = y × ˙ B
16 15 oveq1d ⊢ x = y → x × ˙ B × ˙ A = y × ˙ B × ˙ A
17 15 oveq2d ⊢ x = y → A × ˙ x × ˙ B = A × ˙ y × ˙ B
18 16 17 eqeq12d ⊢ x = y → x × ˙ B × ˙ A = A × ˙ x × ˙ B ↔ y × ˙ B × ˙ A = A × ˙ y × ˙ B
19 18 imbi2d ⊢ x = y → φ → x × ˙ B × ˙ A = A × ˙ x × ˙ B ↔ φ → y × ˙ B × ˙ A = A × ˙ y × ˙ B
20 oveq1 ⊢ x = y + 1 → x × ˙ B = y + 1 × ˙ B
21 20 oveq1d ⊢ x = y + 1 → x × ˙ B × ˙ A = y + 1 × ˙ B × ˙ A
22 20 oveq2d ⊢ x = y + 1 → A × ˙ x × ˙ B = A × ˙ y + 1 × ˙ B
23 21 22 eqeq12d ⊢ x = y + 1 → x × ˙ B × ˙ A = A × ˙ x × ˙ B ↔ y + 1 × ˙ B × ˙ A = A × ˙ y + 1 × ˙ B
24 23 imbi2d ⊢ x = y + 1 → φ → x × ˙ B × ˙ A = A × ˙ x × ˙ B ↔ φ → y + 1 × ˙ B × ˙ A = A × ˙ y + 1 × ˙ B
25 oveq1 ⊢ x = K → x × ˙ B = K × ˙ B
26 25 oveq1d ⊢ x = K → x × ˙ B × ˙ A = K × ˙ B × ˙ A
27 25 oveq2d ⊢ x = K → A × ˙ x × ˙ B = A × ˙ K × ˙ B
28 26 27 eqeq12d ⊢ x = K → x × ˙ B × ˙ A = A × ˙ x × ˙ B ↔ K × ˙ B × ˙ A = A × ˙ K × ˙ B
29 28 imbi2d ⊢ x = K → φ → x × ˙ B × ˙ A = A × ˙ x × ˙ B ↔ φ → K × ˙ B × ˙ A = A × ˙ K × ˙ B
30 3 1 mgpbas ⊢ S = Base G
31 eqid ⊢ 1 R = 1 R
32 3 31 ringidval ⊢ 1 R = 0 G
33 30 32 4 mulg0 ⊢ B ∈ S → 0 × ˙ B = 1 R
34 7 33 syl ⊢ φ → 0 × ˙ B = 1 R
35 34 oveq1d ⊢ φ → 0 × ˙ B × ˙ A = 1 R × ˙ A
36 1 2 31 srgridm ⊢ R ∈ SRing ∧ A ∈ S → A × ˙ 1 R = A
37 5 6 36 syl2anc ⊢ φ → A × ˙ 1 R = A
38 34 oveq2d ⊢ φ → A × ˙ 0 × ˙ B = A × ˙ 1 R
39 1 2 31 srglidm ⊢ R ∈ SRing ∧ A ∈ S → 1 R × ˙ A = A
40 5 6 39 syl2anc ⊢ φ → 1 R × ˙ A = A
41 37 38 40 3eqtr4rd ⊢ φ → 1 R × ˙ A = A × ˙ 0 × ˙ B
42 35 41 eqtrd ⊢ φ → 0 × ˙ B × ˙ A = A × ˙ 0 × ˙ B
43 3 srgmgp ⊢ R ∈ SRing → G ∈ Mnd
44 5 43 syl ⊢ φ → G ∈ Mnd
45 44 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → G ∈ Mnd
46 simpr ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → y ∈ ℕ 0
47 7 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → B ∈ S
48 3 2 mgpplusg ⊢ × ˙ = + G
49 30 4 48 mulgnn0p1 ⊢ G ∈ Mnd ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ B ∈ S → y + 1 × ˙ B = y × ˙ B × ˙ B
50 45 46 47 49 syl3anc ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → y + 1 × ˙ B = y × ˙ B × ˙ B
51 50 oveq1d ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → y + 1 × ˙ B × ˙ A = y × ˙ B × ˙ B × ˙ A
52 9 eqcomd ⊢ φ → B × ˙ A = A × ˙ B
53 52 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → B × ˙ A = A × ˙ B
54 53 oveq2d ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → y × ˙ B × ˙ B × ˙ A = y × ˙ B × ˙ A × ˙ B
55 5 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → R ∈ SRing
56 30 4 45 46 47 mulgnn0cld ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → y × ˙ B ∈ S
57 6 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → A ∈ S
58 1 2 srgass ⊢ R ∈ SRing ∧ y × ˙ B ∈ S ∧ B ∈ S ∧ A ∈ S → y × ˙ B × ˙ B × ˙ A = y × ˙ B × ˙ B × ˙ A
59 55 56 47 57 58 syl13anc ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → y × ˙ B × ˙ B × ˙ A = y × ˙ B × ˙ B × ˙ A
60 1 2 srgass ⊢ R ∈ SRing ∧ y × ˙ B ∈ S ∧ A ∈ S ∧ B ∈ S → y × ˙ B × ˙ A × ˙ B = y × ˙ B × ˙ A × ˙ B
61 55 56 57 47 60 syl13anc ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → y × ˙ B × ˙ A × ˙ B = y × ˙ B × ˙ A × ˙ B
62 54 59 61 3eqtr4d ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → y × ˙ B × ˙ B × ˙ A = y × ˙ B × ˙ A × ˙ B
63 51 62 eqtrd ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → y + 1 × ˙ B × ˙ A = y × ˙ B × ˙ A × ˙ B
64 63 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ y × ˙ B × ˙ A = A × ˙ y × ˙ B → y + 1 × ˙ B × ˙ A = y × ˙ B × ˙ A × ˙ B
65 oveq1 ⊢ y × ˙ B × ˙ A = A × ˙ y × ˙ B → y × ˙ B × ˙ A × ˙ B = A × ˙ y × ˙ B × ˙ B
66 1 2 srgass ⊢ R ∈ SRing ∧ A ∈ S ∧ y × ˙ B ∈ S ∧ B ∈ S → A × ˙ y × ˙ B × ˙ B = A × ˙ y × ˙ B × ˙ B
67 55 57 56 47 66 syl13anc ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → A × ˙ y × ˙ B × ˙ B = A × ˙ y × ˙ B × ˙ B
68 50 eqcomd ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → y × ˙ B × ˙ B = y + 1 × ˙ B
69 68 oveq2d ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → A × ˙ y × ˙ B × ˙ B = A × ˙ y + 1 × ˙ B
70 67 69 eqtrd ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → A × ˙ y × ˙ B × ˙ B = A × ˙ y + 1 × ˙ B
71 65 70 sylan9eqr ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ y × ˙ B × ˙ A = A × ˙ y × ˙ B → y × ˙ B × ˙ A × ˙ B = A × ˙ y + 1 × ˙ B
72 64 71 eqtrd ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ y × ˙ B × ˙ A = A × ˙ y × ˙ B → y + 1 × ˙ B × ˙ A = A × ˙ y + 1 × ˙ B
73 72 ex ⊢ φ ∧ y ∈ ℕ 0 → y × ˙ B × ˙ A = A × ˙ y × ˙ B → y + 1 × ˙ B × ˙ A = A × ˙ y + 1 × ˙ B
74 73 expcom ⊢ y ∈ ℕ 0 → φ → y × ˙ B × ˙ A = A × ˙ y × ˙ B → y + 1 × ˙ B × ˙ A = A × ˙ y + 1 × ˙ B
75 74 a2d ⊢ y ∈ ℕ 0 → φ → y × ˙ B × ˙ A = A × ˙ y × ˙ B → φ → y + 1 × ˙ B × ˙ A = A × ˙ y + 1 × ˙ B
76 14 19 24 29 42 75 nn0ind ⊢ K ∈ ℕ 0 → φ → K × ˙ B × ˙ A = A × ˙ K × ˙ B
77 8 76 mpcom ⊢ φ → K × ˙ B × ˙ A = A × ˙ K × ˙ B