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Theorem pmtr3ncom

Description: Transpositions over sets with at least 3 elements are not commutative, see also the remark in Rotman p. 28. (Contributed by AV, 21-Mar-2019)

Ref Expression
Hypothesis pmtr3ncom.t ⊢ T = pmTrsp ⁡ D
Assertion pmtr3ncom ⊢ D ∈ V ∧ 3 ≤ D → ∃ f ∈ ran ⁡ T ∃ g ∈ ran ⁡ T g ∘ f ≠ f ∘ g

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pmtr3ncom.t ⊢ T = pmTrsp ⁡ D
2 hashge3el3dif ⊢ D ∈ V ∧ 3 ≤ D → ∃ x ∈ D ∃ y ∈ D ∃ z ∈ D x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z
3 simprl ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D ∧ x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z ∧ D ∈ V ∧ 3 ≤ D → D ∈ V
4 prssi ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D → x y ⊆ D
5 4 adantr ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D → x y ⊆ D
6 5 ad2antrr ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D ∧ x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z ∧ D ∈ V ∧ 3 ≤ D → x y ⊆ D
7 simplll ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D ∧ x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z → x ∈ D
8 simplr ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D → y ∈ D
9 8 adantr ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D ∧ x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z → y ∈ D
10 simpr1 ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D ∧ x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z → x ≠ y
11 enpr2 ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ x ≠ y → x y ≈ 2 𝑜
12 7 9 10 11 syl3anc ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D ∧ x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z → x y ≈ 2 𝑜
13 12 adantr ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D ∧ x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z ∧ D ∈ V ∧ 3 ≤ D → x y ≈ 2 𝑜
14 eqid ⊢ ran ⁡ T = ran ⁡ T
15 1 14 pmtrrn ⊢ D ∈ V ∧ x y ⊆ D ∧ x y ≈ 2 𝑜 → T ⁡ x y ∈ ran ⁡ T
16 3 6 13 15 syl3anc ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D ∧ x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z ∧ D ∈ V ∧ 3 ≤ D → T ⁡ x y ∈ ran ⁡ T
17 prssi ⊢ y ∈ D ∧ z ∈ D → y z ⊆ D
18 17 ad5ant23 ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D ∧ x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z ∧ D ∈ V ∧ 3 ≤ D → y z ⊆ D
19 simplr ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D ∧ x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z → z ∈ D
20 simpr3 ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D ∧ x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z → y ≠ z
21 enpr2 ⊢ y ∈ D ∧ z ∈ D ∧ y ≠ z → y z ≈ 2 𝑜
22 9 19 20 21 syl3anc ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D ∧ x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z → y z ≈ 2 𝑜
23 22 adantr ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D ∧ x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z ∧ D ∈ V ∧ 3 ≤ D → y z ≈ 2 𝑜
24 1 14 pmtrrn ⊢ D ∈ V ∧ y z ⊆ D ∧ y z ≈ 2 𝑜 → T ⁡ y z ∈ ran ⁡ T
25 3 18 23 24 syl3anc ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D ∧ x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z ∧ D ∈ V ∧ 3 ≤ D → T ⁡ y z ∈ ran ⁡ T
26 df-3an ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D ↔ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D
27 26 biimpri ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D → x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D
28 27 ad2antrr ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D ∧ x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z ∧ D ∈ V ∧ 3 ≤ D → x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D
29 simplr ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D ∧ x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z ∧ D ∈ V ∧ 3 ≤ D → x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z
30 eqid ⊢ T ⁡ x y = T ⁡ x y
31 eqid ⊢ T ⁡ y z = T ⁡ y z
32 1 30 31 pmtr3ncomlem2 ⊢ D ∈ V ∧ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D ∧ x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z → T ⁡ y z ∘ T ⁡ x y ≠ T ⁡ x y ∘ T ⁡ y z
33 3 28 29 32 syl3anc ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D ∧ x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z ∧ D ∈ V ∧ 3 ≤ D → T ⁡ y z ∘ T ⁡ x y ≠ T ⁡ x y ∘ T ⁡ y z
34 coeq2 ⊢ f = T ⁡ x y → g ∘ f = g ∘ T ⁡ x y
35 coeq1 ⊢ f = T ⁡ x y → f ∘ g = T ⁡ x y ∘ g
36 34 35 neeq12d ⊢ f = T ⁡ x y → g ∘ f ≠ f ∘ g ↔ g ∘ T ⁡ x y ≠ T ⁡ x y ∘ g
37 coeq1 ⊢ g = T ⁡ y z → g ∘ T ⁡ x y = T ⁡ y z ∘ T ⁡ x y
38 coeq2 ⊢ g = T ⁡ y z → T ⁡ x y ∘ g = T ⁡ x y ∘ T ⁡ y z
39 37 38 neeq12d ⊢ g = T ⁡ y z → g ∘ T ⁡ x y ≠ T ⁡ x y ∘ g ↔ T ⁡ y z ∘ T ⁡ x y ≠ T ⁡ x y ∘ T ⁡ y z
40 36 39 rspc2ev ⊢ T ⁡ x y ∈ ran ⁡ T ∧ T ⁡ y z ∈ ran ⁡ T ∧ T ⁡ y z ∘ T ⁡ x y ≠ T ⁡ x y ∘ T ⁡ y z → ∃ f ∈ ran ⁡ T ∃ g ∈ ran ⁡ T g ∘ f ≠ f ∘ g
41 16 25 33 40 syl3anc ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D ∧ x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z ∧ D ∈ V ∧ 3 ≤ D → ∃ f ∈ ran ⁡ T ∃ g ∈ ran ⁡ T g ∘ f ≠ f ∘ g
42 41 exp31 ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D → x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z → D ∈ V ∧ 3 ≤ D → ∃ f ∈ ran ⁡ T ∃ g ∈ ran ⁡ T g ∘ f ≠ f ∘ g
43 42 rexlimdva ⊢ x ∈ D ∧ y ∈ D → ∃ z ∈ D x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z → D ∈ V ∧ 3 ≤ D → ∃ f ∈ ran ⁡ T ∃ g ∈ ran ⁡ T g ∘ f ≠ f ∘ g
44 43 rexlimivv ⊢ ∃ x ∈ D ∃ y ∈ D ∃ z ∈ D x ≠ y ∧ x ≠ z ∧ y ≠ z → D ∈ V ∧ 3 ≤ D → ∃ f ∈ ran ⁡ T ∃ g ∈ ran ⁡ T g ∘ f ≠ f ∘ g
45 2 44 mpcom ⊢ D ∈ V ∧ 3 ≤ D → ∃ f ∈ ran ⁡ T ∃ g ∈ ran ⁡ T g ∘ f ≠ f ∘ g