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Theorem sgrppropd

Description: If two structures are sets, 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 semigroup iff the other one is. (Contributed by AV, 15-Feb-2025)

Ref Expression
Hypotheses sgrppropd.k ⊢ φ → K ∈ V
sgrppropd.l ⊢ φ → L ∈ W
sgrppropd.1 ⊢ φ → B = Base K
sgrppropd.2 ⊢ φ → B = Base L
sgrppropd.3 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + K y = x + L y
Assertion sgrppropd ⊢ φ → K ∈ Smgrp ↔ L ∈ Smgrp

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sgrppropd.k ⊢ φ → K ∈ V
2 sgrppropd.l ⊢ φ → L ∈ W
3 sgrppropd.1 ⊢ φ → B = Base K
4 sgrppropd.2 ⊢ φ → B = Base L
5 sgrppropd.3 ⊢ φ ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + K y = x + L y
6 simplr ⊢ φ ∧ K ∈ Smgrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → K ∈ Smgrp
7 simprl ⊢ φ ∧ K ∈ Smgrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x ∈ B
8 3 ad2antrr ⊢ φ ∧ K ∈ Smgrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → B = Base K
9 7 8 eleqtrd ⊢ φ ∧ K ∈ Smgrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x ∈ Base K
10 simprr ⊢ φ ∧ K ∈ Smgrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → y ∈ B
11 10 8 eleqtrd ⊢ φ ∧ K ∈ Smgrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → y ∈ Base K
12 eqid ⊢ Base K = Base K
13 eqid ⊢ + K = + K
14 12 13 sgrpcl ⊢ K ∈ Smgrp ∧ x ∈ Base K ∧ y ∈ Base K → x + K y ∈ Base K
15 6 9 11 14 syl3anc ⊢ φ ∧ K ∈ Smgrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + K y ∈ Base K
16 15 8 eleqtrrd ⊢ φ ∧ K ∈ Smgrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + K y ∈ B
17 16 ralrimivva ⊢ φ ∧ K ∈ Smgrp → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B
18 17 ex ⊢ φ → K ∈ Smgrp → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B
19 simplr ⊢ φ ∧ L ∈ Smgrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → L ∈ Smgrp
20 simprl ⊢ φ ∧ L ∈ Smgrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x ∈ B
21 4 ad2antrr ⊢ φ ∧ L ∈ Smgrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → B = Base L
22 20 21 eleqtrd ⊢ φ ∧ L ∈ Smgrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x ∈ Base L
23 simprr ⊢ φ ∧ L ∈ Smgrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → y ∈ B
24 23 21 eleqtrd ⊢ φ ∧ L ∈ Smgrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → y ∈ Base L
25 eqid ⊢ Base L = Base L
26 eqid ⊢ + L = + L
27 25 26 sgrpcl ⊢ L ∈ Smgrp ∧ x ∈ Base L ∧ y ∈ Base L → x + L y ∈ Base L
28 19 22 24 27 syl3anc ⊢ φ ∧ L ∈ Smgrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + L y ∈ Base L
29 5 adantlr ⊢ φ ∧ L ∈ Smgrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + K y = x + L y
30 28 29 21 3eltr4d ⊢ φ ∧ L ∈ Smgrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → x + K y ∈ B
31 30 ralrimivva ⊢ φ ∧ L ∈ Smgrp → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B
32 31 ex ⊢ φ → L ∈ Smgrp → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B
33 12 13 issgrpv ⊢ K ∈ V → K ∈ Smgrp ↔ ∀ u ∈ Base K ∀ v ∈ Base K u + K v ∈ Base K ∧ ∀ w ∈ Base K u + K v + K w = u + K v + K w
34 1 33 syl ⊢ φ → K ∈ Smgrp ↔ ∀ u ∈ Base K ∀ v ∈ Base K u + K v ∈ Base K ∧ ∀ w ∈ Base K u + K v + K w = u + K v + K w
35 34 adantr ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → K ∈ Smgrp ↔ ∀ u ∈ Base K ∀ v ∈ Base K u + K v ∈ Base K ∧ ∀ w ∈ Base K u + K v + K w = u + K v + K w
36 5 oveqrspc2v ⊢ φ ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B → u + K v = u + L v
37 36 adantlr ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B → u + K v = u + L v
38 37 eleq1d ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B → u + K v ∈ B ↔ u + L v ∈ B
39 simplll ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → φ
40 simplrl ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → u ∈ B
41 simplrr ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → v ∈ B
42 simpllr ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B
43 ovrspc2v ⊢ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → u + K v ∈ B
44 40 41 42 43 syl21anc ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → u + K v ∈ B
45 simpr ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → w ∈ B
46 5 oveqrspc2v ⊢ φ ∧ u + K v ∈ B ∧ w ∈ B → u + K v + K w = u + K v + L w
47 39 44 45 46 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
48 39 40 41 36 syl12anc ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → u + K v = u + L v
49 48 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
50 47 49 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
51 ovrspc2v ⊢ v ∈ B ∧ w ∈ B ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → v + K w ∈ B
52 41 45 42 51 syl21anc ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → v + K w ∈ B
53 5 oveqrspc2v ⊢ φ ∧ u ∈ B ∧ v + K w ∈ B → u + K v + K w = u + L v + K w
54 39 40 52 53 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
55 5 oveqrspc2v ⊢ φ ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → v + K w = v + L w
56 39 41 45 55 syl12anc ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B ∧ u ∈ B ∧ v ∈ B ∧ w ∈ B → v + K w = v + L w
57 56 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
58 54 57 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
59 50 58 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
60 59 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
61 38 60 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
62 61 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
63 3 adantr ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → B = Base K
64 63 eleq2d ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → u + K v ∈ B ↔ u + K v ∈ Base K
65 63 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
66 64 65 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
67 63 66 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
68 63 67 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
69 4 adantr ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → B = Base L
70 69 eleq2d ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → u + L v ∈ B ↔ u + L v ∈ Base L
71 69 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
72 70 71 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
73 69 72 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
74 69 73 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
75 62 68 74 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
76 25 26 issgrpv ⊢ L ∈ W → L ∈ Smgrp ↔ ∀ u ∈ Base L ∀ v ∈ Base L u + L v ∈ Base L ∧ ∀ w ∈ Base L u + L v + L w = u + L v + L w
77 2 76 syl ⊢ φ → L ∈ Smgrp ↔ ∀ u ∈ Base L ∀ v ∈ Base L u + L v ∈ Base L ∧ ∀ w ∈ Base L u + L v + L w = u + L v + L w
78 77 bicomd ⊢ φ → ∀ u ∈ Base L ∀ v ∈ Base L u + L v ∈ Base L ∧ ∀ w ∈ Base L u + L v + L w = u + L v + L w ↔ L ∈ Smgrp
79 78 adantr ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → ∀ u ∈ Base L ∀ v ∈ Base L u + L v ∈ Base L ∧ ∀ w ∈ Base L u + L v + L w = u + L v + L w ↔ L ∈ Smgrp
80 35 75 79 3bitrd ⊢ φ ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → K ∈ Smgrp ↔ L ∈ Smgrp
81 80 ex ⊢ φ → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x + K y ∈ B → K ∈ Smgrp ↔ L ∈ Smgrp
82 18 32 81 pm5.21ndd ⊢ φ → K ∈ Smgrp ↔ L ∈ Smgrp