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Theorem grplmulf1o

Description: Left multiplication by a group element is a bijection on any group. (Contributed by Mario Carneiro, 17-Jan-2015)

Ref Expression
Hypotheses grplmulf1o.b ⊢ B = Base G
grplmulf1o.p ⊢ + ˙ = + G
grplmulf1o.n ⊢ F = x ∈ B ⟼ X + ˙ x
Assertion grplmulf1o ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → F : B ⟶ 1-1 onto B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 grplmulf1o.b ⊢ B = Base G
2 grplmulf1o.p ⊢ + ˙ = + G
3 grplmulf1o.n ⊢ F = x ∈ B ⟼ X + ˙ x
4 1 2 grpcl ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ x ∈ B → X + ˙ x ∈ B
5 4 3expa ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ x ∈ B → X + ˙ x ∈ B
6 eqid ⊢ inv g ⁡ G = inv g ⁡ G
7 1 6 grpinvcl ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → inv g ⁡ G ⁡ X ∈ B
8 1 2 grpcl ⊢ G ∈ Grp ∧ inv g ⁡ G ⁡ X ∈ B ∧ y ∈ B → inv g ⁡ G ⁡ X + ˙ y ∈ B
9 8 3expa ⊢ G ∈ Grp ∧ inv g ⁡ G ⁡ X ∈ B ∧ y ∈ B → inv g ⁡ G ⁡ X + ˙ y ∈ B
10 7 9 syldanl ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ y ∈ B → inv g ⁡ G ⁡ X + ˙ y ∈ B
11 eqcom ⊢ x = inv g ⁡ G ⁡ X + ˙ y ↔ inv g ⁡ G ⁡ X + ˙ y = x
12 simpll ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → G ∈ Grp
13 10 adantrl ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → inv g ⁡ G ⁡ X + ˙ y ∈ B
14 simprl ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x ∈ B
15 simplr ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → X ∈ B
16 1 2 grplcan ⊢ G ∈ Grp ∧ inv g ⁡ G ⁡ X + ˙ y ∈ B ∧ x ∈ B ∧ X ∈ B → X + ˙ inv g ⁡ G ⁡ X + ˙ y = X + ˙ x ↔ inv g ⁡ G ⁡ X + ˙ y = x
17 12 13 14 15 16 syl13anc ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → X + ˙ inv g ⁡ G ⁡ X + ˙ y = X + ˙ x ↔ inv g ⁡ G ⁡ X + ˙ y = x
18 eqid ⊢ 0 G = 0 G
19 1 2 18 6 grprinv ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → X + ˙ inv g ⁡ G ⁡ X = 0 G
20 19 adantr ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → X + ˙ inv g ⁡ G ⁡ X = 0 G
21 20 oveq1d ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → X + ˙ inv g ⁡ G ⁡ X + ˙ y = 0 G + ˙ y
22 7 adantr ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → inv g ⁡ G ⁡ X ∈ B
23 simprr ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → y ∈ B
24 1 2 12 15 22 23 grpassd ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → X + ˙ inv g ⁡ G ⁡ X + ˙ y = X + ˙ inv g ⁡ G ⁡ X + ˙ y
25 1 2 18 grplid ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ B → 0 G + ˙ y = y
26 25 ad2ant2rl ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → 0 G + ˙ y = y
27 21 24 26 3eqtr3d ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → X + ˙ inv g ⁡ G ⁡ X + ˙ y = y
28 27 eqeq1d ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → X + ˙ inv g ⁡ G ⁡ X + ˙ y = X + ˙ x ↔ y = X + ˙ x
29 17 28 bitr3d ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → inv g ⁡ G ⁡ X + ˙ y = x ↔ y = X + ˙ x
30 11 29 bitrid ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x = inv g ⁡ G ⁡ X + ˙ y ↔ y = X + ˙ x
31 3 5 10 30 f1o2d ⊢ G ∈ Grp ∧ X ∈ B → F : B ⟶ 1-1 onto B