Metamath Proof Explorer


Theorem cycsubmcom

Description: The operation of a monoid is commutative over the set of nonnegative integer powers of an element A of the monoid. (Contributed by AV, 20-Jan-2024)

Ref Expression
Hypotheses cycsubmcom.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐บ )
cycsubmcom.t โŠข ยท = ( .g โ€˜ ๐บ )
cycsubmcom.f โŠข ๐น = ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐‘ฅ ยท ๐ด ) )
cycsubmcom.c โŠข ๐ถ = ran ๐น
cycsubmcom.p โŠข + = ( +g โ€˜ ๐บ )
Assertion cycsubmcom ( ( ( ๐บ โˆˆ Mnd โˆง ๐ด โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘Œ โˆˆ ๐ถ ) ) โ†’ ( ๐‘‹ + ๐‘Œ ) = ( ๐‘Œ + ๐‘‹ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cycsubmcom.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐บ )
2 cycsubmcom.t โŠข ยท = ( .g โ€˜ ๐บ )
3 cycsubmcom.f โŠข ๐น = ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ๐‘ฅ ยท ๐ด ) )
4 cycsubmcom.c โŠข ๐ถ = ran ๐น
5 cycsubmcom.p โŠข + = ( +g โ€˜ ๐บ )
6 1 2 3 4 cycsubmel โŠข ( ๐‘ โˆˆ ๐ถ โ†” โˆƒ ๐‘– โˆˆ โ„•0 ๐‘ = ( ๐‘– ยท ๐ด ) )
7 6 biimpi โŠข ( ๐‘ โˆˆ ๐ถ โ†’ โˆƒ ๐‘– โˆˆ โ„•0 ๐‘ = ( ๐‘– ยท ๐ด ) )
8 7 adantl โŠข ( ( ( ( ๐บ โˆˆ Mnd โˆง ๐ด โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘Œ โˆˆ ๐ถ ) ) โˆง ๐‘ โˆˆ ๐ถ ) โ†’ โˆƒ ๐‘– โˆˆ โ„•0 ๐‘ = ( ๐‘– ยท ๐ด ) )
9 8 ralrimiva โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Mnd โˆง ๐ด โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘Œ โˆˆ ๐ถ ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐ถ โˆƒ ๐‘– โˆˆ โ„•0 ๐‘ = ( ๐‘– ยท ๐ด ) )
10 simplll โŠข ( ( ( ( ๐บ โˆˆ Mnd โˆง ๐ด โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘Œ โˆˆ ๐ถ ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘› โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ๐บ โˆˆ Mnd )
11 simprl โŠข ( ( ( ( ๐บ โˆˆ Mnd โˆง ๐ด โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘Œ โˆˆ ๐ถ ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘› โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ๐‘š โˆˆ โ„•0 )
12 simprr โŠข ( ( ( ( ๐บ โˆˆ Mnd โˆง ๐ด โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘Œ โˆˆ ๐ถ ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘› โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„•0 )
13 simpllr โŠข ( ( ( ( ๐บ โˆˆ Mnd โˆง ๐ด โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘Œ โˆˆ ๐ถ ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘› โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ๐ด โˆˆ ๐ต )
14 1 2 5 mulgnn0dir โŠข ( ( ๐บ โˆˆ Mnd โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘› โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ด โˆˆ ๐ต ) ) โ†’ ( ( ๐‘š + ๐‘› ) ยท ๐ด ) = ( ( ๐‘š ยท ๐ด ) + ( ๐‘› ยท ๐ด ) ) )
15 10 11 12 13 14 syl13anc โŠข ( ( ( ( ๐บ โˆˆ Mnd โˆง ๐ด โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘Œ โˆˆ ๐ถ ) ) โˆง ( ๐‘š โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘› โˆˆ โ„•0 ) ) โ†’ ( ( ๐‘š + ๐‘› ) ยท ๐ด ) = ( ( ๐‘š ยท ๐ด ) + ( ๐‘› ยท ๐ด ) ) )
16 15 ralrimivva โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Mnd โˆง ๐ด โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘Œ โˆˆ ๐ถ ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘š โˆˆ โ„•0 โˆ€ ๐‘› โˆˆ โ„•0 ( ( ๐‘š + ๐‘› ) ยท ๐ด ) = ( ( ๐‘š ยท ๐ด ) + ( ๐‘› ยท ๐ด ) ) )
17 simprl โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Mnd โˆง ๐ด โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘Œ โˆˆ ๐ถ ) ) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐ถ )
18 simprr โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Mnd โˆง ๐ด โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘Œ โˆˆ ๐ถ ) ) โ†’ ๐‘Œ โˆˆ ๐ถ )
19 nn0sscn โŠข โ„•0 โІ โ„‚
20 19 a1i โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Mnd โˆง ๐ด โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘Œ โˆˆ ๐ถ ) ) โ†’ โ„•0 โІ โ„‚ )
21 9 16 17 18 20 cyccom โŠข ( ( ( ๐บ โˆˆ Mnd โˆง ๐ด โˆˆ ๐ต ) โˆง ( ๐‘‹ โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘Œ โˆˆ ๐ถ ) ) โ†’ ( ๐‘‹ + ๐‘Œ ) = ( ๐‘Œ + ๐‘‹ ) )