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Theorem mndpropd

Description: If two structures have the same base set, and the values of their group (addition) operations are equal for all pairs of elements of the base set, one is a monoid iff the other one is. (Contributed by Mario Carneiro, 6-Jan-2015)

Ref Expression
Hypotheses mndpropd.1 ⊢ φ → B = Base K
mndpropd.2 ⊢ φ → B = Base L
mndpropd.3 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + K y = x + L y
Assertion mndpropd ⊢ φ → K ∈ Mnd ↔ L ∈ Mnd

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mndpropd.1 ⊢ φ → B = Base K
2 mndpropd.2 ⊢ φ → B = Base L
3 mndpropd.3 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + K y = x + L y
4 simplr ⊢ φ ∧ K ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → K ∈ Mnd
5 simprl ⊢ φ ∧ K ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x ∈ B
6 1 ad2antrr ⊢ φ ∧ K ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → B = Base K
7 5 6 eleqtrd ⊢ φ ∧ K ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x ∈ Base K
8 simprr ⊢ φ ∧ K ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → y ∈ B
9 8 6 eleqtrd ⊢ φ ∧ K ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → y ∈ Base K
10 eqid ⊢ Base K = Base K
11 eqid ⊢ + K = + K
12 10 11 mndcl ⊢ K ∈ Mnd ∧ x ∈ Base K ∧ y ∈ Base K → x + K y ∈ Base K
13 4 7 9 12 syl3anc ⊢ φ ∧ K ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + K y ∈ Base K
14 13 6 eleqtrrd ⊢ φ ∧ K ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + K y ∈ B
15 14 ralrimivva ⊢ φ ∧ K ∈ Mnd → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B
16 15 ex ⊢ φ → K ∈ Mnd → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B
17 simplr ⊢ φ ∧ L ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → L ∈ Mnd
18 simprl ⊢ φ ∧ L ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x ∈ B
19 2 ad2antrr ⊢ φ ∧ L ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → B = Base L
20 18 19 eleqtrd ⊢ φ ∧ L ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x ∈ Base L
21 simprr ⊢ φ ∧ L ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → y ∈ B
22 21 19 eleqtrd ⊢ φ ∧ L ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → y ∈ Base L
23 eqid ⊢ Base L = Base L
24 eqid ⊢ + L = + L
25 23 24 mndcl ⊢ L ∈ Mnd ∧ x ∈ Base L ∧ y ∈ Base L → x + L y ∈ Base L
26 17 20 22 25 syl3anc ⊢ φ ∧ L ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + L y ∈ Base L
27 3 adantlr ⊢ φ ∧ L ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + K y = x + L y
28 26 27 19 3eltr4d ⊢ φ ∧ L ∈ Mnd ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + K y ∈ B
29 28 ralrimivva ⊢ φ ∧ L ∈ Mnd → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B
30 29 ex ⊢ φ → L ∈ Mnd → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B
31 3 oveqrspc2v ⊢ φ ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B → u + K v = u + L v
32 31 adantlr ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B → u + K v = u + L v
33 32 eleq1d ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B → u + K v ∈ B ↔ u + L v ∈ B
34 simplll ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → φ
35 simplrl ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → u ∈ B
36 simplrr ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → v ∈ B
37 simpllr ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B
38 ovrspc2v ⊢ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → u + K v ∈ B
39 35 36 37 38 syl21anc ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → u + K v ∈ B
40 simpr ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → w ∈ B
41 3 oveqrspc2v ⊢ φ ∧ u + K v ∈ B ∧ w ∈ B → u + K v + K w = u + K v + L w
42 34 39 40 41 syl12anc ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → u + K v + K w = u + K v + L w
43 34 35 36 31 syl12anc ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → u + K v = u + L v
44 43 oveq1d ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → u + K v + L w = u + L v + L w
45 42 44 eqtrd ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → u + K v + K w = u + L v + L w
46 ovrspc2v ⊢ v ∈ B ∧ w ∈ B ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → v + K w ∈ B
47 36 40 37 46 syl21anc ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → v + K w ∈ B
48 3 oveqrspc2v ⊢ φ ∧ u ∈ B ∧ v + K w ∈ B → u + K v + K w = u + L v + K w
49 34 35 47 48 syl12anc ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → u + K v + K w = u + L v + K w
50 3 oveqrspc2v ⊢ φ ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → v + K w = v + L w
51 34 36 40 50 syl12anc ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → v + K w = v + L w
52 51 oveq2d ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → u + L v + K w = u + L v + L w
53 49 52 eqtrd ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → u + K v + K w = u + L v + L w
54 45 53 eqeq12d ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → u + K v + K w = u + K v + K w ↔ u + L v + L w = u + L v + L w
55 54 ralbidva ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B → ∀ w ∈ B u + K v + K w = u + K v + K w ↔ ∀ w ∈ B u + L v + L w = u + L v + L w
56 33 55 anbi12d ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B → u + K v ∈ B ∧ ∀ w ∈ B u + K v + K w = u + K v + K w ↔ u + L v ∈ B ∧ ∀ w ∈ B u + L v + L w = u + L v + L w
57 56 2ralbidva ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → ∀ u ∈ B ∀ v ∈ B u + K v ∈ B ∧ ∀ w ∈ B u + K v + K w = u + K v + K w ↔ ∀ u ∈ B ∀ v ∈ B u + L v ∈ B ∧ ∀ w ∈ B u + L v + L w = u + L v + L w
58 1 adantr ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → B = Base K
59 58 eleq2d ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → u + K v ∈ B ↔ u + K v ∈ Base K
60 58 raleqdv ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → ∀ w ∈ B u + K v + K w = u + K v + K w ↔ ∀ w ∈ Base K u + K v + K w = u + K v + K w
61 59 60 anbi12d ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → u + K v ∈ B ∧ ∀ w ∈ B u + K v + K w = u + K v + K w ↔ u + K v ∈ Base K ∧ ∀ w ∈ Base K u + K v + K w = u + K v + K w
62 58 61 raleqbidv ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → ∀ v ∈ B u + K v ∈ B ∧ ∀ w ∈ B u + K v + K w = u + K v + K w ↔ ∀ v ∈ Base K u + K v ∈ Base K ∧ ∀ w ∈ Base K u + K v + K w = u + K v + K w
63 58 62 raleqbidv ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → ∀ u ∈ B ∀ v ∈ B u + K v ∈ B ∧ ∀ w ∈ B u + K v + K w = u + K v + K w ↔ ∀ u ∈ Base K ∀ v ∈ Base K u + K v ∈ Base K ∧ ∀ w ∈ Base K u + K v + K w = u + K v + K w
64 2 adantr ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → B = Base L
65 64 eleq2d ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → u + L v ∈ B ↔ u + L v ∈ Base L
66 64 raleqdv ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → ∀ w ∈ B u + L v + L w = u + L v + L w ↔ ∀ w ∈ Base L u + L v + L w = u + L v + L w
67 65 66 anbi12d ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → u + L v ∈ B ∧ ∀ w ∈ B u + L v + L w = u + L v + L w ↔ u + L v ∈ Base L ∧ ∀ w ∈ Base L u + L v + L w = u + L v + L w
68 64 67 raleqbidv ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → ∀ v ∈ B u + L v ∈ B ∧ ∀ w ∈ B u + L v + L w = u + L v + L w ↔ ∀ v ∈ Base L u + L v ∈ Base L ∧ ∀ w ∈ Base L u + L v + L w = u + L v + L w
69 64 68 raleqbidv ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → ∀ u ∈ B ∀ v ∈ B u + L v ∈ B ∧ ∀ w ∈ B u + L v + L w = u + L v + L w ↔ ∀ u ∈ Base L ∀ v ∈ Base L u + L v ∈ Base L ∧ ∀ w ∈ Base L u + L v + L w = u + L v + L w
70 57 63 69 3bitr3d ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → ∀ u ∈ Base K ∀ v ∈ Base K u + K v ∈ Base K ∧ ∀ w ∈ Base K u + K v + K w = u + K v + K w ↔ ∀ u ∈ Base L ∀ v ∈ Base L u + L v ∈ Base L ∧ ∀ w ∈ Base L u + L v + L w = u + L v + L w
71 simplll ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ s ∈ B ∧ u ∈ B → φ
72 simplr ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ s ∈ B ∧ u ∈ B → s ∈ B
73 simpr ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ s ∈ B ∧ u ∈ B → u ∈ B
74 3 oveqrspc2v ⊢ φ ∧ s ∈ B ∧ u ∈ B → s + K u = s + L u
75 71 72 73 74 syl12anc ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ s ∈ B ∧ u ∈ B → s + K u = s + L u
76 75 eqeq1d ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ s ∈ B ∧ u ∈ B → s + K u = u ↔ s + L u = u
77 3 oveqrspc2v ⊢ φ ∧ u ∈ B ∧ s ∈ B → u + K s = u + L s
78 71 73 72 77 syl12anc ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ s ∈ B ∧ u ∈ B → u + K s = u + L s
79 78 eqeq1d ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ s ∈ B ∧ u ∈ B → u + K s = u ↔ u + L s = u
80 76 79 anbi12d ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ s ∈ B ∧ u ∈ B → s + K u = u ∧ u + K s = u ↔ s + L u = u ∧ u + L s = u
81 80 ralbidva ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ s ∈ B → ∀ u ∈ B s + K u = u ∧ u + K s = u ↔ ∀ u ∈ B s + L u = u ∧ u + L s = u
82 81 rexbidva ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → ∃ s ∈ B ∀ u ∈ B s + K u = u ∧ u + K s = u ↔ ∃ s ∈ B ∀ u ∈ B s + L u = u ∧ u + L s = u
83 58 raleqdv ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → ∀ u ∈ B s + K u = u ∧ u + K s = u ↔ ∀ u ∈ Base K s + K u = u ∧ u + K s = u
84 58 83 rexeqbidv ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → ∃ s ∈ B ∀ u ∈ B s + K u = u ∧ u + K s = u ↔ ∃ s ∈ Base K ∀ u ∈ Base K s + K u = u ∧ u + K s = u
85 64 raleqdv ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → ∀ u ∈ B s + L u = u ∧ u + L s = u ↔ ∀ u ∈ Base L s + L u = u ∧ u + L s = u
86 64 85 rexeqbidv ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → ∃ s ∈ B ∀ u ∈ B s + L u = u ∧ u + L s = u ↔ ∃ s ∈ Base L ∀ u ∈ Base L s + L u = u ∧ u + L s = u
87 82 84 86 3bitr3d ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → ∃ s ∈ Base K ∀ u ∈ Base K s + K u = u ∧ u + K s = u ↔ ∃ s ∈ Base L ∀ u ∈ Base L s + L u = u ∧ u + L s = u
88 70 87 anbi12d ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → ∀ u ∈ Base K ∀ v ∈ Base K u + K v ∈ Base K ∧ ∀ w ∈ Base K u + K v + K w = u + K v + K w ∧ ∃ s ∈ Base K ∀ u ∈ Base K s + K u = u ∧ u + K s = u ↔ ∀ u ∈ Base L ∀ v ∈ Base L u + L v ∈ Base L ∧ ∀ w ∈ Base L u + L v + L w = u + L v + L w ∧ ∃ s ∈ Base L ∀ u ∈ Base L s + L u = u ∧ u + L s = u
89 10 11 ismnd ⊢ K ∈ Mnd ↔ ∀ u ∈ Base K ∀ v ∈ Base K u + K v ∈ Base K ∧ ∀ w ∈ Base K u + K v + K w = u + K v + K w ∧ ∃ s ∈ Base K ∀ u ∈ Base K s + K u = u ∧ u + K s = u
90 23 24 ismnd ⊢ L ∈ Mnd ↔ ∀ u ∈ Base L ∀ v ∈ Base L u + L v ∈ Base L ∧ ∀ w ∈ Base L u + L v + L w = u + L v + L w ∧ ∃ s ∈ Base L ∀ u ∈ Base L s + L u = u ∧ u + L s = u
91 88 89 90 3bitr4g ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → K ∈ Mnd ↔ L ∈ Mnd
92 91 ex ⊢ φ → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → K ∈ Mnd ↔ L ∈ Mnd
93 16 30 92 pm5.21ndd ⊢ φ → K ∈ Mnd ↔ L ∈ Mnd