MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  srgpcomp Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem srgpcomp 18740
Description: If two elements of a semiring commute, they also commute if one of the elements is raised to a higher power. (Contributed by AV, 23-Aug-2019.)
Hypotheses
Ref Expression
srgpcomp.s 𝑆 = (Base‘𝑅)
srgpcomp.m × = (.r𝑅)
srgpcomp.g 𝐺 = (mulGrp‘𝑅)
srgpcomp.e = (.g𝐺)
srgpcomp.r (𝜑𝑅 ∈ SRing)
srgpcomp.a (𝜑𝐴𝑆)
srgpcomp.b (𝜑𝐵𝑆)
srgpcomp.k (𝜑𝐾 ∈ ℕ0)
srgpcomp.c (𝜑 → (𝐴 × 𝐵) = (𝐵 × 𝐴))
Assertion
Ref Expression
srgpcomp (𝜑 → ((𝐾 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝐾 𝐵)))

Proof of Theorem srgpcomp
Dummy variables 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 srgpcomp.k . 2 (𝜑𝐾 ∈ ℕ0)
2 oveq1 6800 . . . . . 6 (𝑥 = 0 → (𝑥 𝐵) = (0 𝐵))
32oveq1d 6808 . . . . 5 (𝑥 = 0 → ((𝑥 𝐵) × 𝐴) = ((0 𝐵) × 𝐴))
42oveq2d 6809 . . . . 5 (𝑥 = 0 → (𝐴 × (𝑥 𝐵)) = (𝐴 × (0 𝐵)))
53, 4eqeq12d 2786 . . . 4 (𝑥 = 0 → (((𝑥 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 𝐵)) ↔ ((0 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (0 𝐵))))
65imbi2d 329 . . 3 (𝑥 = 0 → ((𝜑 → ((𝑥 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 𝐵))) ↔ (𝜑 → ((0 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (0 𝐵)))))
7 oveq1 6800 . . . . . 6 (𝑥 = 𝑦 → (𝑥 𝐵) = (𝑦 𝐵))
87oveq1d 6808 . . . . 5 (𝑥 = 𝑦 → ((𝑥 𝐵) × 𝐴) = ((𝑦 𝐵) × 𝐴))
97oveq2d 6809 . . . . 5 (𝑥 = 𝑦 → (𝐴 × (𝑥 𝐵)) = (𝐴 × (𝑦 𝐵)))
108, 9eqeq12d 2786 . . . 4 (𝑥 = 𝑦 → (((𝑥 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 𝐵)) ↔ ((𝑦 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 𝐵))))
1110imbi2d 329 . . 3 (𝑥 = 𝑦 → ((𝜑 → ((𝑥 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 𝐵))) ↔ (𝜑 → ((𝑦 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 𝐵)))))
12 oveq1 6800 . . . . . 6 (𝑥 = (𝑦 + 1) → (𝑥 𝐵) = ((𝑦 + 1) 𝐵))
1312oveq1d 6808 . . . . 5 (𝑥 = (𝑦 + 1) → ((𝑥 𝐵) × 𝐴) = (((𝑦 + 1) 𝐵) × 𝐴))
1412oveq2d 6809 . . . . 5 (𝑥 = (𝑦 + 1) → (𝐴 × (𝑥 𝐵)) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) 𝐵)))
1513, 14eqeq12d 2786 . . . 4 (𝑥 = (𝑦 + 1) → (((𝑥 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 𝐵)) ↔ (((𝑦 + 1) 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) 𝐵))))
1615imbi2d 329 . . 3 (𝑥 = (𝑦 + 1) → ((𝜑 → ((𝑥 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 𝐵))) ↔ (𝜑 → (((𝑦 + 1) 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) 𝐵)))))
17 oveq1 6800 . . . . . 6 (𝑥 = 𝐾 → (𝑥 𝐵) = (𝐾 𝐵))
1817oveq1d 6808 . . . . 5 (𝑥 = 𝐾 → ((𝑥 𝐵) × 𝐴) = ((𝐾 𝐵) × 𝐴))
1917oveq2d 6809 . . . . 5 (𝑥 = 𝐾 → (𝐴 × (𝑥 𝐵)) = (𝐴 × (𝐾 𝐵)))
2018, 19eqeq12d 2786 . . . 4 (𝑥 = 𝐾 → (((𝑥 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 𝐵)) ↔ ((𝐾 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝐾 𝐵))))
2120imbi2d 329 . . 3 (𝑥 = 𝐾 → ((𝜑 → ((𝑥 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑥 𝐵))) ↔ (𝜑 → ((𝐾 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝐾 𝐵)))))
22 srgpcomp.b . . . . . 6 (𝜑𝐵𝑆)
23 srgpcomp.g . . . . . . . 8 𝐺 = (mulGrp‘𝑅)
24 srgpcomp.s . . . . . . . 8 𝑆 = (Base‘𝑅)
2523, 24mgpbas 18703 . . . . . . 7 𝑆 = (Base‘𝐺)
26 eqid 2771 . . . . . . . 8 (1r𝑅) = (1r𝑅)
2723, 26ringidval 18711 . . . . . . 7 (1r𝑅) = (0g𝐺)
28 srgpcomp.e . . . . . . 7 = (.g𝐺)
2925, 27, 28mulg0 17754 . . . . . 6 (𝐵𝑆 → (0 𝐵) = (1r𝑅))
3022, 29syl 17 . . . . 5 (𝜑 → (0 𝐵) = (1r𝑅))
3130oveq1d 6808 . . . 4 (𝜑 → ((0 𝐵) × 𝐴) = ((1r𝑅) × 𝐴))
32 srgpcomp.r . . . . . 6 (𝜑𝑅 ∈ SRing)
33 srgpcomp.a . . . . . 6 (𝜑𝐴𝑆)
34 srgpcomp.m . . . . . . 7 × = (.r𝑅)
3524, 34, 26srgridm 18730 . . . . . 6 ((𝑅 ∈ SRing ∧ 𝐴𝑆) → (𝐴 × (1r𝑅)) = 𝐴)
3632, 33, 35syl2anc 573 . . . . 5 (𝜑 → (𝐴 × (1r𝑅)) = 𝐴)
3730oveq2d 6809 . . . . 5 (𝜑 → (𝐴 × (0 𝐵)) = (𝐴 × (1r𝑅)))
3824, 34, 26srglidm 18729 . . . . . 6 ((𝑅 ∈ SRing ∧ 𝐴𝑆) → ((1r𝑅) × 𝐴) = 𝐴)
3932, 33, 38syl2anc 573 . . . . 5 (𝜑 → ((1r𝑅) × 𝐴) = 𝐴)
4036, 37, 393eqtr4rd 2816 . . . 4 (𝜑 → ((1r𝑅) × 𝐴) = (𝐴 × (0 𝐵)))
4131, 40eqtrd 2805 . . 3 (𝜑 → ((0 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (0 𝐵)))
4223srgmgp 18718 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑅 ∈ SRing → 𝐺 ∈ Mnd)
4332, 42syl 17 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝐺 ∈ Mnd)
4443adantr 466 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) → 𝐺 ∈ Mnd)
45 simpr 471 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) → 𝑦 ∈ ℕ0)
4622adantr 466 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) → 𝐵𝑆)
4723, 34mgpplusg 18701 . . . . . . . . . . . 12 × = (+g𝐺)
4825, 28, 47mulgnn0p1 17760 . . . . . . . . . . 11 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑦 ∈ ℕ0𝐵𝑆) → ((𝑦 + 1) 𝐵) = ((𝑦 𝐵) × 𝐵))
4944, 45, 46, 48syl3anc 1476 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) → ((𝑦 + 1) 𝐵) = ((𝑦 𝐵) × 𝐵))
5049oveq1d 6808 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) → (((𝑦 + 1) 𝐵) × 𝐴) = (((𝑦 𝐵) × 𝐵) × 𝐴))
51 srgpcomp.c . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → (𝐴 × 𝐵) = (𝐵 × 𝐴))
5251eqcomd 2777 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (𝐵 × 𝐴) = (𝐴 × 𝐵))
5352adantr 466 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) → (𝐵 × 𝐴) = (𝐴 × 𝐵))
5453oveq2d 6809 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) → ((𝑦 𝐵) × (𝐵 × 𝐴)) = ((𝑦 𝐵) × (𝐴 × 𝐵)))
5532adantr 466 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) → 𝑅 ∈ SRing)
5625, 28mulgnn0cl 17766 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑦 ∈ ℕ0𝐵𝑆) → (𝑦 𝐵) ∈ 𝑆)
5744, 45, 46, 56syl3anc 1476 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) → (𝑦 𝐵) ∈ 𝑆)
5833adantr 466 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) → 𝐴𝑆)
5924, 34srgass 18721 . . . . . . . . . . 11 ((𝑅 ∈ SRing ∧ ((𝑦 𝐵) ∈ 𝑆𝐵𝑆𝐴𝑆)) → (((𝑦 𝐵) × 𝐵) × 𝐴) = ((𝑦 𝐵) × (𝐵 × 𝐴)))
6055, 57, 46, 58, 59syl13anc 1478 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) → (((𝑦 𝐵) × 𝐵) × 𝐴) = ((𝑦 𝐵) × (𝐵 × 𝐴)))
6124, 34srgass 18721 . . . . . . . . . . 11 ((𝑅 ∈ SRing ∧ ((𝑦 𝐵) ∈ 𝑆𝐴𝑆𝐵𝑆)) → (((𝑦 𝐵) × 𝐴) × 𝐵) = ((𝑦 𝐵) × (𝐴 × 𝐵)))
6255, 57, 58, 46, 61syl13anc 1478 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) → (((𝑦 𝐵) × 𝐴) × 𝐵) = ((𝑦 𝐵) × (𝐴 × 𝐵)))
6354, 60, 623eqtr4d 2815 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) → (((𝑦 𝐵) × 𝐵) × 𝐴) = (((𝑦 𝐵) × 𝐴) × 𝐵))
6450, 63eqtrd 2805 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) → (((𝑦 + 1) 𝐵) × 𝐴) = (((𝑦 𝐵) × 𝐴) × 𝐵))
6564adantr 466 . . . . . . 7 (((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑦 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 𝐵))) → (((𝑦 + 1) 𝐵) × 𝐴) = (((𝑦 𝐵) × 𝐴) × 𝐵))
66 oveq1 6800 . . . . . . . 8 (((𝑦 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 𝐵)) → (((𝑦 𝐵) × 𝐴) × 𝐵) = ((𝐴 × (𝑦 𝐵)) × 𝐵))
6724, 34srgass 18721 . . . . . . . . . 10 ((𝑅 ∈ SRing ∧ (𝐴𝑆 ∧ (𝑦 𝐵) ∈ 𝑆𝐵𝑆)) → ((𝐴 × (𝑦 𝐵)) × 𝐵) = (𝐴 × ((𝑦 𝐵) × 𝐵)))
6855, 58, 57, 46, 67syl13anc 1478 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) → ((𝐴 × (𝑦 𝐵)) × 𝐵) = (𝐴 × ((𝑦 𝐵) × 𝐵)))
6949eqcomd 2777 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) → ((𝑦 𝐵) × 𝐵) = ((𝑦 + 1) 𝐵))
7069oveq2d 6809 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) → (𝐴 × ((𝑦 𝐵) × 𝐵)) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) 𝐵)))
7168, 70eqtrd 2805 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) → ((𝐴 × (𝑦 𝐵)) × 𝐵) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) 𝐵)))
7266, 71sylan9eqr 2827 . . . . . . 7 (((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑦 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 𝐵))) → (((𝑦 𝐵) × 𝐴) × 𝐵) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) 𝐵)))
7365, 72eqtrd 2805 . . . . . 6 (((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑦 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 𝐵))) → (((𝑦 + 1) 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) 𝐵)))
7473ex 397 . . . . 5 ((𝜑𝑦 ∈ ℕ0) → (((𝑦 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 𝐵)) → (((𝑦 + 1) 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) 𝐵))))
7574expcom 398 . . . 4 (𝑦 ∈ ℕ0 → (𝜑 → (((𝑦 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 𝐵)) → (((𝑦 + 1) 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) 𝐵)))))
7675a2d 29 . . 3 (𝑦 ∈ ℕ0 → ((𝜑 → ((𝑦 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝑦 𝐵))) → (𝜑 → (((𝑦 + 1) 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × ((𝑦 + 1) 𝐵)))))
776, 11, 16, 21, 41, 76nn0ind 11674 . 2 (𝐾 ∈ ℕ0 → (𝜑 → ((𝐾 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝐾 𝐵))))
781, 77mpcom 38 1 (𝜑 → ((𝐾 𝐵) × 𝐴) = (𝐴 × (𝐾 𝐵)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 382   = wceq 1631  wcel 2145  cfv 6031  (class class class)co 6793  0cc0 10138  1c1 10139   + caddc 10141  0cn0 11494  Basecbs 16064  .rcmulr 16150  Mndcmnd 17502  .gcmg 17748  mulGrpcmgp 18697  1rcur 18709  SRingcsrg 18713
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1870  ax-4 1885  ax-5 1991  ax-6 2057  ax-7 2093  ax-8 2147  ax-9 2154  ax-10 2174  ax-11 2190  ax-12 2203  ax-13 2408  ax-ext 2751  ax-rep 4904  ax-sep 4915  ax-nul 4923  ax-pow 4974  ax-pr 5034  ax-un 7096  ax-inf2 8702  ax-cnex 10194  ax-resscn 10195  ax-1cn 10196  ax-icn 10197  ax-addcl 10198  ax-addrcl 10199  ax-mulcl 10200  ax-mulrcl 10201  ax-mulcom 10202  ax-addass 10203  ax-mulass 10204  ax-distr 10205  ax-i2m1 10206  ax-1ne0 10207  ax-1rid 10208  ax-rnegex 10209  ax-rrecex 10210  ax-cnre 10211  ax-pre-lttri 10212  ax-pre-lttrn 10213  ax-pre-ltadd 10214  ax-pre-mulgt0 10215
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-an 383  df-or 837  df-3or 1072  df-3an 1073  df-tru 1634  df-ex 1853  df-nf 1858  df-sb 2050  df-eu 2622  df-mo 2623  df-clab 2758  df-cleq 2764  df-clel 2767  df-nfc 2902  df-ne 2944  df-nel 3047  df-ral 3066  df-rex 3067  df-reu 3068  df-rmo 3069  df-rab 3070  df-v 3353  df-sbc 3588  df-csb 3683  df-dif 3726  df-un 3728  df-in 3730  df-ss 3737  df-pss 3739  df-nul 4064  df-if 4226  df-pw 4299  df-sn 4317  df-pr 4319  df-tp 4321  df-op 4323  df-uni 4575  df-iun 4656  df-br 4787  df-opab 4847  df-mpt 4864  df-tr 4887  df-id 5157  df-eprel 5162  df-po 5170  df-so 5171  df-fr 5208  df-we 5210  df-xp 5255  df-rel 5256  df-cnv 5257  df-co 5258  df-dm 5259  df-rn 5260  df-res 5261  df-ima 5262  df-pred 5823  df-ord 5869  df-on 5870  df-lim 5871  df-suc 5872  df-iota 5994  df-fun 6033  df-fn 6034  df-f 6035  df-f1 6036  df-fo 6037  df-f1o 6038  df-fv 6039  df-riota 6754  df-ov 6796  df-oprab 6797  df-mpt2 6798  df-om 7213  df-1st 7315  df-2nd 7316  df-wrecs 7559  df-recs 7621  df-rdg 7659  df-er 7896  df-en 8110  df-dom 8111  df-sdom 8112  df-pnf 10278  df-mnf 10279  df-xr 10280  df-ltxr 10281  df-le 10282  df-sub 10470  df-neg 10471  df-nn 11223  df-2 11281  df-n0 11495  df-z 11580  df-uz 11889  df-fz 12534  df-seq 13009  df-ndx 16067  df-slot 16068  df-base 16070  df-sets 16071  df-plusg 16162  df-0g 16310  df-mgm 17450  df-sgrp 17492  df-mnd 17503  df-mulg 17749  df-mgp 18698  df-ur 18710  df-srg 18714
This theorem is referenced by:  srgpcompp  18741  mplcoe5lem  19682
  Copyright terms: Public domain W3C validator