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Theorem dfgrp3e

Description: Alternate definition of a group as a set with a closed, associative operation, for which solutions x and y of the equations ( a .+ x ) = b and ( x .+ a ) = b exist. Exercise 1 of Herstein p. 57. (Contributed by NM, 5-Dec-2006) (Revised by AV, 28-Aug-2021)

Ref Expression
Hypotheses dfgrp3.b B = Base G
dfgrp3.p + ˙ = + G
Assertion dfgrp3e G Grp B x B y B x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 dfgrp3.b B = Base G
2 dfgrp3.p + ˙ = + G
3 1 2 dfgrp3 G Grp G Smgrp B x B y B l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y
4 simp2 G Smgrp B x B y B l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y B
5 sgrpmgm G Smgrp G Mgm
6 5 adantr G Smgrp x B G Mgm
7 6 adantr G Smgrp x B y B G Mgm
8 simpr G Smgrp x B x B
9 8 adantr G Smgrp x B y B x B
10 simpr G Smgrp x B y B y B
11 1 2 mgmcl G Mgm x B y B x + ˙ y B
12 7 9 10 11 syl3anc G Smgrp x B y B x + ˙ y B
13 12 adantr G Smgrp x B y B l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y x + ˙ y B
14 1 2 sgrpass G Smgrp x B y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z
15 14 3anassrs G Smgrp x B y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z
16 15 ralrimiva G Smgrp x B y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z
17 16 adantr G Smgrp x B y B l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z
18 simpr G Smgrp x B y B l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y
19 13 17 18 3jca G Smgrp x B y B l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y
20 19 ex G Smgrp x B y B l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y
21 20 ralimdva G Smgrp x B y B l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y y B x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y
22 21 ralimdva G Smgrp x B y B l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y x B y B x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y
23 22 a1d G Smgrp B x B y B l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y x B y B x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y
24 23 3imp G Smgrp B x B y B l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y x B y B x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y
25 4 24 jca G Smgrp B x B y B l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y B x B y B x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y
26 n0 B a a B
27 3simpa x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z
28 27 2ralimi x B y B x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y x B y B x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z
29 1 2 issgrpn0 a B G Smgrp x B y B x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z
30 28 29 imbitrrid a B x B y B x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y G Smgrp
31 30 exlimiv a a B x B y B x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y G Smgrp
32 26 31 sylbi B x B y B x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y G Smgrp
33 32 imp B x B y B x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y G Smgrp
34 simpl B x B y B x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y B
35 simp3 x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y
36 35 2ralimi x B y B x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y x B y B l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y
37 36 adantl B x B y B x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y x B y B l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y
38 33 34 37 3jca B x B y B x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y G Smgrp B x B y B l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y
39 25 38 impbii G Smgrp B x B y B l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y B x B y B x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y
40 3 39 bitri G Grp B x B y B x + ˙ y B z B x + ˙ y + ˙ z = x + ˙ y + ˙ z l B l + ˙ x = y r B x + ˙ r = y