Theorem mulgsubcl 17602

Description: Closure of the group multiple (exponentiation) operation in a subgroup. (Contributed by Mario Carneiro, 10-Jan-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
mulgnnsubcl.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
mulgnnsubcl.t	⊢ · = (.g‘𝐺)
mulgnnsubcl.p	⊢ + = (+g‘𝐺)
mulgnnsubcl.g	⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ 𝑉)
mulgnnsubcl.s	⊢ (𝜑 → 𝑆 ⊆ 𝐵)
mulgnnsubcl.c	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆) → (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆)
mulgnn0subcl.z	⊢ 0 = (0g‘𝐺)
mulgnn0subcl.c	⊢ (𝜑 → 0 ∈ 𝑆)
mulgsubcl.i	⊢ 𝐼 = (invg‘𝐺)
mulgsubcl.c	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → (𝐼‘𝑥) ∈ 𝑆)

Assertion

Ref	Expression
mulgsubcl	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → (𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)

Distinct variable groups:   𝑥,𝑦, +   𝑥,𝐵,𝑦   𝑥,𝐺,𝑦   𝑥,𝐼   𝑥,𝑁,𝑦   𝑥,𝑆,𝑦   𝜑,𝑥,𝑦   𝑥, ·   𝑥,𝑋,𝑦

Allowed substitution hints:   · (𝑦)   𝐼(𝑦)   𝑉(𝑥,𝑦)   0 (𝑥,𝑦)

Proof of Theorem mulgsubcl

Step	Hyp	Ref	Expression
1		mulgnnsubcl.b	. . . . . 6 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
2		mulgnnsubcl.t	. . . . . 6 ⊢ · = (.g‘𝐺)
3		mulgnnsubcl.p	. . . . . 6 ⊢ + = (+g‘𝐺)
4		mulgnnsubcl.g	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ 𝑉)
5		mulgnnsubcl.s	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ⊆ 𝐵)
6		mulgnnsubcl.c	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆) → (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆)
7		mulgnn0subcl.z	. . . . . 6 ⊢ 0 = (0g‘𝐺)
8		mulgnn0subcl.c	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ 𝑆)
9	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8	mulgnn0subcl 17601	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → (𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)
10	9	3expa 1284	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → (𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)
11	10	an32s 863	. . 3 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)
12	11	3adantl2 1238	. 2 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)
13		simp2 1082	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → 𝑁 ∈ ℤ)
14	13	adantr 480	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → 𝑁 ∈ ℤ)
15	14	zcnd 11521	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → 𝑁 ∈ ℂ)
16	15	negnegd 10421	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → --𝑁 = 𝑁)
17	16	oveq1d 6705	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → (--𝑁 · 𝑋) = (𝑁 · 𝑋))
18		id 22	. . . . . 6 ⊢ (-𝑁 ∈ ℕ → -𝑁 ∈ ℕ)
19	5	3ad2ant1 1102	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → 𝑆 ⊆ 𝐵)
20		simp3 1083	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → 𝑋 ∈ 𝑆)
21	19, 20	sseldd 3637	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → 𝑋 ∈ 𝐵)
22		mulgsubcl.i	. . . . . . 7 ⊢ 𝐼 = (invg‘𝐺)
23	1, 2, 22	mulgnegnn 17598	. . . . . 6 ⊢ ((-𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝐵) → (--𝑁 · 𝑋) = (𝐼‘(-𝑁 · 𝑋)))
24	18, 21, 23	syl2anr 494	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → (--𝑁 · 𝑋) = (𝐼‘(-𝑁 · 𝑋)))
25	17, 24	eqtr3d 2687	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → (𝑁 · 𝑋) = (𝐼‘(-𝑁 · 𝑋)))
26	1, 2, 3, 4, 5, 6	mulgnnsubcl 17600	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ -𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → (-𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)
27	26	3expa 1284	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ -𝑁 ∈ ℕ) ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → (-𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)
28	27	an32s 863	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → (-𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)
29	28	3adantl2 1238	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → (-𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)
30		mulgsubcl.c	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → (𝐼‘𝑥) ∈ 𝑆)
31	30	ralrimiva 2995	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ 𝑆 (𝐼‘𝑥) ∈ 𝑆)
32	31	3ad2ant1 1102	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → ∀𝑥 ∈ 𝑆 (𝐼‘𝑥) ∈ 𝑆)
33	32	adantr 480	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → ∀𝑥 ∈ 𝑆 (𝐼‘𝑥) ∈ 𝑆)
34		fveq2 6229	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = (-𝑁 · 𝑋) → (𝐼‘𝑥) = (𝐼‘(-𝑁 · 𝑋)))
35	34	eleq1d 2715	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = (-𝑁 · 𝑋) → ((𝐼‘𝑥) ∈ 𝑆 ↔ (𝐼‘(-𝑁 · 𝑋)) ∈ 𝑆))
36	35	rspcv 3336	. . . . 5 ⊢ ((-𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆 → (∀𝑥 ∈ 𝑆 (𝐼‘𝑥) ∈ 𝑆 → (𝐼‘(-𝑁 · 𝑋)) ∈ 𝑆))
37	29, 33, 36	sylc 65	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → (𝐼‘(-𝑁 · 𝑋)) ∈ 𝑆)
38	25, 37	eqeltrd 2730	. . 3 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ -𝑁 ∈ ℕ) → (𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)
39	38	adantrl 752	. 2 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) ∧ (𝑁 ∈ ℝ ∧ -𝑁 ∈ ℕ)) → (𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)
40		elznn0nn 11429	. . 3 ⊢ (𝑁 ∈ ℤ ↔ (𝑁 ∈ ℕ0 ∨ (𝑁 ∈ ℝ ∧ -𝑁 ∈ ℕ)))
41	13, 40	sylib 208	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → (𝑁 ∈ ℕ0 ∨ (𝑁 ∈ ℝ ∧ -𝑁 ∈ ℕ)))
42	12, 39, 41	mpjaodan 844	1 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑋 ∈ 𝑆) → (𝑁 · 𝑋) ∈ 𝑆)

Syntax hints:   → wi 4   ∨ wo 382   ∧ wa 383   ∧ w3a 1054   = wceq 1523   ∈ wcel 2030  ∀wral 2941   ⊆ wss 3607  ‘cfv 5926  (class class class)co 6690  ℝcr 9973  -cneg 10305  ℕcn 11058  ℕ₀cn0 11330  ℤcz 11415  Basecbs 15904  +_gcplusg 15988  0_gc0g 16147  inv_gcminusg 17470  ._gcmg 17587

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1762  ax-4 1777  ax-5 1879  ax-6 1945  ax-7 1981  ax-8 2032  ax-9 2039  ax-10 2059  ax-11 2074  ax-12 2087  ax-13 2282  ax-ext 2631  ax-rep 4804  ax-sep 4814  ax-nul 4822  ax-pow 4873  ax-pr 4936  ax-un 6991  ax-inf2 8576  ax-cnex 10030  ax-resscn 10031  ax-1cn 10032  ax-icn 10033  ax-addcl 10034  ax-addrcl 10035  ax-mulcl 10036  ax-mulrcl 10037  ax-mulcom 10038  ax-addass 10039  ax-mulass 10040  ax-distr 10041  ax-i2m1 10042  ax-1ne0 10043  ax-1rid 10044  ax-rnegex 10045  ax-rrecex 10046  ax-cnre 10047  ax-pre-lttri 10048  ax-pre-lttrn 10049  ax-pre-ltadd 10050  ax-pre-mulgt0 10051

This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1055  df-3an 1056  df-tru 1526  df-ex 1745  df-nf 1750  df-sb 1938  df-eu 2502  df-mo 2503  df-clab 2638  df-cleq 2644  df-clel 2647  df-nfc 2782  df-ne 2824  df-nel 2927  df-ral 2946  df-rex 2947  df-reu 2948  df-rab 2950  df-v 3233  df-sbc 3469  df-csb 3567  df-dif 3610  df-un 3612  df-in 3614  df-ss 3621  df-pss 3623  df-nul 3949  df-if 4120  df-pw 4193  df-sn 4211  df-pr 4213  df-tp 4215  df-op 4217  df-uni 4469  df-iun 4554  df-br 4686  df-opab 4746  df-mpt 4763  df-tr 4786  df-id 5053  df-eprel 5058  df-po 5064  df-so 5065  df-fr 5102  df-we 5104  df-xp 5149  df-rel 5150  df-cnv 5151  df-co 5152  df-dm 5153  df-rn 5154  df-res 5155  df-ima 5156  df-pred 5718  df-ord 5764  df-on 5765  df-lim 5766  df-suc 5767  df-iota 5889  df-fun 5928  df-fn 5929  df-f 5930  df-f1 5931  df-fo 5932  df-f1o 5933  df-fv 5934  df-riota 6651  df-ov 6693  df-oprab 6694  df-mpt2 6695  df-om 7108  df-1st 7210  df-2nd 7211  df-wrecs 7452  df-recs 7513  df-rdg 7551  df-er 7787  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-pnf 10114  df-mnf 10115  df-xr 10116  df-ltxr 10117  df-le 10118  df-sub 10306  df-neg 10307  df-nn 11059  df-n0 11331  df-z 11416  df-uz 11726  df-fz 12365  df-seq 12842  df-mulg 17588

This theorem is referenced by:  mulgcl  17606  subgmulgcl  17654