Metamath Proof Explorer


Theorem nnmass

Description: Multiplication of natural numbers is associative. Theorem 4K(4) of Enderton p. 81. (Contributed by NM, 20-Sep-1995) (Revised by Mario Carneiro, 15-Nov-2014)

Ref Expression
Assertion nnmass ( ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐ต โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐ถ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐ถ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ถ โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐‘ฅ ) = ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐ถ ) )
2 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ถ โ†’ ( ๐ต ยทo ๐‘ฅ ) = ( ๐ต ยทo ๐ถ ) )
3 2 oveq2d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ถ โ†’ ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฅ ) ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) )
4 1 3 eqeq12d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ถ โ†’ ( ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐‘ฅ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฅ ) ) โ†” ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐ถ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) ) )
5 4 imbi2d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ถ โ†’ ( ( ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐ต โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐‘ฅ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฅ ) ) ) โ†” ( ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐ต โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐ถ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) ) ) )
6 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = โˆ… โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐‘ฅ ) = ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo โˆ… ) )
7 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = โˆ… โ†’ ( ๐ต ยทo ๐‘ฅ ) = ( ๐ต ยทo โˆ… ) )
8 7 oveq2d โŠข ( ๐‘ฅ = โˆ… โ†’ ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฅ ) ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo โˆ… ) ) )
9 6 8 eqeq12d โŠข ( ๐‘ฅ = โˆ… โ†’ ( ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐‘ฅ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฅ ) ) โ†” ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo โˆ… ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo โˆ… ) ) ) )
10 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐‘ฅ ) = ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐‘ฆ ) )
11 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ ( ๐ต ยทo ๐‘ฅ ) = ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) )
12 11 oveq2d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฅ ) ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) ) )
13 10 12 eqeq12d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ ( ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐‘ฅ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฅ ) ) โ†” ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐‘ฆ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) ) ) )
14 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = suc ๐‘ฆ โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐‘ฅ ) = ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo suc ๐‘ฆ ) )
15 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = suc ๐‘ฆ โ†’ ( ๐ต ยทo ๐‘ฅ ) = ( ๐ต ยทo suc ๐‘ฆ ) )
16 15 oveq2d โŠข ( ๐‘ฅ = suc ๐‘ฆ โ†’ ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฅ ) ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo suc ๐‘ฆ ) ) )
17 14 16 eqeq12d โŠข ( ๐‘ฅ = suc ๐‘ฆ โ†’ ( ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐‘ฅ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฅ ) ) โ†” ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo suc ๐‘ฆ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo suc ๐‘ฆ ) ) ) )
18 nnmcl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐ต โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ๐ด ยทo ๐ต ) โˆˆ ฯ‰ )
19 nnm0 โŠข ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo โˆ… ) = โˆ… )
20 18 19 syl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐ต โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo โˆ… ) = โˆ… )
21 nnm0 โŠข ( ๐ต โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐ต ยทo โˆ… ) = โˆ… )
22 21 oveq2d โŠข ( ๐ต โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo โˆ… ) ) = ( ๐ด ยทo โˆ… ) )
23 nnm0 โŠข ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐ด ยทo โˆ… ) = โˆ… )
24 22 23 sylan9eqr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐ต โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo โˆ… ) ) = โˆ… )
25 20 24 eqtr4d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐ต โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo โˆ… ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo โˆ… ) ) )
26 oveq1 โŠข ( ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐‘ฆ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐‘ฆ ) +o ( ๐ด ยทo ๐ต ) ) = ( ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) ) +o ( ๐ด ยทo ๐ต ) ) )
27 nnmsuc โŠข ( ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo suc ๐‘ฆ ) = ( ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐‘ฆ ) +o ( ๐ด ยทo ๐ต ) ) )
28 18 27 stoic3 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐ต โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo suc ๐‘ฆ ) = ( ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐‘ฆ ) +o ( ๐ด ยทo ๐ต ) ) )
29 nnmsuc โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ๐ต ยทo suc ๐‘ฆ ) = ( ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) +o ๐ต ) )
30 29 3adant1 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐ต โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ๐ต ยทo suc ๐‘ฆ ) = ( ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) +o ๐ต ) )
31 30 oveq2d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐ต โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo suc ๐‘ฆ ) ) = ( ๐ด ยทo ( ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) +o ๐ต ) ) )
32 nnmcl โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) โˆˆ ฯ‰ )
33 nndi โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โˆง ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐ต โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ๐ด ยทo ( ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) +o ๐ต ) ) = ( ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) ) +o ( ๐ด ยทo ๐ต ) ) )
34 32 33 syl3an2 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โˆง ( ๐ต โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ ) โˆง ๐ต โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ๐ด ยทo ( ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) +o ๐ต ) ) = ( ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) ) +o ( ๐ด ยทo ๐ต ) ) )
35 34 3exp โŠข ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ( ๐ต โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ๐ต โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐ด ยทo ( ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) +o ๐ต ) ) = ( ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) ) +o ( ๐ด ยทo ๐ต ) ) ) ) )
36 35 expd โŠข ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐ต โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐ต โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐ด ยทo ( ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) +o ๐ต ) ) = ( ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) ) +o ( ๐ด ยทo ๐ต ) ) ) ) ) )
37 36 com34 โŠข ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐ต โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐ต โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐ด ยทo ( ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) +o ๐ต ) ) = ( ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) ) +o ( ๐ด ยทo ๐ต ) ) ) ) ) )
38 37 pm2.43d โŠข ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐ต โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐ด ยทo ( ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) +o ๐ต ) ) = ( ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) ) +o ( ๐ด ยทo ๐ต ) ) ) ) )
39 38 3imp โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐ต โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ๐ด ยทo ( ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) +o ๐ต ) ) = ( ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) ) +o ( ๐ด ยทo ๐ต ) ) )
40 31 39 eqtrd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐ต โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo suc ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) ) +o ( ๐ด ยทo ๐ต ) ) )
41 28 40 eqeq12d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐ต โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo suc ๐‘ฆ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo suc ๐‘ฆ ) ) โ†” ( ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐‘ฆ ) +o ( ๐ด ยทo ๐ต ) ) = ( ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) ) +o ( ๐ด ยทo ๐ต ) ) ) )
42 26 41 imbitrrid โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐ต โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐‘ฆ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo suc ๐‘ฆ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo suc ๐‘ฆ ) ) ) )
43 42 3exp โŠข ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐ต โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐‘ฆ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo suc ๐‘ฆ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo suc ๐‘ฆ ) ) ) ) ) )
44 43 com3r โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐ต โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐‘ฆ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo suc ๐‘ฆ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo suc ๐‘ฆ ) ) ) ) ) )
45 44 impd โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐ต โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐‘ฆ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo suc ๐‘ฆ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo suc ๐‘ฆ ) ) ) ) )
46 9 13 17 25 45 finds2 โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐ต โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐‘ฅ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐‘ฅ ) ) ) )
47 5 46 vtoclga โŠข ( ๐ถ โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐ต โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐ถ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) ) )
48 47 expdcom โŠข ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐ต โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐ถ โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐ถ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) ) ) )
49 48 3imp โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐ต โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐ถ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐ต ) ยทo ๐ถ ) = ( ๐ด ยทo ( ๐ต ยทo ๐ถ ) ) )