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Theorem grpoideu 21799
Description: The left identity element of a group is unique. Lemma 2.2.1(a) of [Herstein] p. 55. (Contributed by NM, 14-Oct-2006.) (New usage is discouraged.)
Hypothesis
Ref Expression
grpfo.1  |-  X  =  ran  G
Assertion
Ref Expression
grpoideu  |-  ( G  e.  GrpOp  ->  E! u  e.  X  A. x  e.  X  ( u G x )  =  x )
Distinct variable groups:    x, u, G    u, X, x

Proof of Theorem grpoideu
Dummy variables  w  y  z are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 grpfo.1 . . . 4  |-  X  =  ran  G
21grpoidinv 21798 . . 3  |-  ( G  e.  GrpOp  ->  E. u  e.  X  A. z  e.  X  ( (
( u G z )  =  z  /\  ( z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  ( ( y G z )  =  u  /\  ( z G y )  =  u ) ) )
3 simpll 732 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( u G z )  =  z  /\  ( z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  ( (
y G z )  =  u  /\  (
z G y )  =  u ) )  ->  ( u G z )  =  z )
43ralimi 2783 . . . . . . . 8  |-  ( A. z  e.  X  (
( ( u G z )  =  z  /\  ( z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  ( (
y G z )  =  u  /\  (
z G y )  =  u ) )  ->  A. z  e.  X  ( u G z )  =  z )
5 oveq2 6091 . . . . . . . . . 10  |-  ( z  =  x  ->  (
u G z )  =  ( u G x ) )
6 id 21 . . . . . . . . . 10  |-  ( z  =  x  ->  z  =  x )
75, 6eqeq12d 2452 . . . . . . . . 9  |-  ( z  =  x  ->  (
( u G z )  =  z  <->  ( u G x )  =  x ) )
87cbvralv 2934 . . . . . . . 8  |-  ( A. z  e.  X  (
u G z )  =  z  <->  A. x  e.  X  ( u G x )  =  x )
94, 8sylib 190 . . . . . . 7  |-  ( A. z  e.  X  (
( ( u G z )  =  z  /\  ( z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  ( (
y G z )  =  u  /\  (
z G y )  =  u ) )  ->  A. x  e.  X  ( u G x )  =  x )
109adantl 454 . . . . . 6  |-  ( ( ( G  e.  GrpOp  /\  u  e.  X )  /\  A. z  e.  X  ( ( ( u G z )  =  z  /\  (
z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  ( ( y G z )  =  u  /\  ( z G y )  =  u ) ) )  ->  A. x  e.  X  ( u G x )  =  x )
119ad2antlr 709 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( G  e. 
GrpOp  /\  u  e.  X
)  /\  A. z  e.  X  ( (
( u G z )  =  z  /\  ( z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  ( ( y G z )  =  u  /\  ( z G y )  =  u ) ) )  /\  w  e.  X
)  ->  A. x  e.  X  ( u G x )  =  x )
12 simpr 449 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( ( u G z )  =  z  /\  ( z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  ( (
y G z )  =  u  /\  (
z G y )  =  u ) )  ->  E. y  e.  X  ( ( y G z )  =  u  /\  ( z G y )  =  u ) )
1312ralimi 2783 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( A. z  e.  X  (
( ( u G z )  =  z  /\  ( z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  ( (
y G z )  =  u  /\  (
z G y )  =  u ) )  ->  A. z  e.  X  E. y  e.  X  ( ( y G z )  =  u  /\  ( z G y )  =  u ) )
14 oveq2 6091 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( z  =  w  ->  (
y G z )  =  ( y G w ) )
1514eqeq1d 2446 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( z  =  w  ->  (
( y G z )  =  u  <->  ( y G w )  =  u ) )
16 oveq1 6090 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( z  =  w  ->  (
z G y )  =  ( w G y ) )
1716eqeq1d 2446 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( z  =  w  ->  (
( z G y )  =  u  <->  ( w G y )  =  u ) )
1815, 17anbi12d 693 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( z  =  w  ->  (
( ( y G z )  =  u  /\  ( z G y )  =  u )  <->  ( ( y G w )  =  u  /\  ( w G y )  =  u ) ) )
1918rexbidv 2728 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( z  =  w  ->  ( E. y  e.  X  ( ( y G z )  =  u  /\  ( z G y )  =  u )  <->  E. y  e.  X  ( ( y G w )  =  u  /\  ( w G y )  =  u ) ) )
2019rspcva 3052 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( w  e.  X  /\  A. z  e.  X  E. y  e.  X  (
( y G z )  =  u  /\  ( z G y )  =  u ) )  ->  E. y  e.  X  ( (
y G w )  =  u  /\  (
w G y )  =  u ) )
2120adantll 696 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( G  e.  GrpOp  /\  w  e.  X )  /\  A. z  e.  X  E. y  e.  X  ( ( y G z )  =  u  /\  ( z G y )  =  u ) )  ->  E. y  e.  X  ( ( y G w )  =  u  /\  ( w G y )  =  u ) )
2213, 21sylan2 462 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( G  e.  GrpOp  /\  w  e.  X )  /\  A. z  e.  X  ( ( ( u G z )  =  z  /\  (
z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  ( ( y G z )  =  u  /\  ( z G y )  =  u ) ) )  ->  E. y  e.  X  ( (
y G w )  =  u  /\  (
w G y )  =  u ) )
231grpoidinvlem4 21797 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( G  e.  GrpOp  /\  w  e.  X )  /\  E. y  e.  X  ( ( y G w )  =  u  /\  ( w G y )  =  u ) )  -> 
( w G u )  =  ( u G w ) )
2422, 23syldan 458 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( G  e.  GrpOp  /\  w  e.  X )  /\  A. z  e.  X  ( ( ( u G z )  =  z  /\  (
z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  ( ( y G z )  =  u  /\  ( z G y )  =  u ) ) )  ->  (
w G u )  =  ( u G w ) )
2524an32s 781 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( G  e.  GrpOp  /\ 
A. z  e.  X  ( ( ( u G z )  =  z  /\  ( z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  (
( y G z )  =  u  /\  ( z G y )  =  u ) ) )  /\  w  e.  X )  ->  (
w G u )  =  ( u G w ) )
2625adantllr 701 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( G  e. 
GrpOp  /\  u  e.  X
)  /\  A. z  e.  X  ( (
( u G z )  =  z  /\  ( z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  ( ( y G z )  =  u  /\  ( z G y )  =  u ) ) )  /\  w  e.  X
)  ->  ( w G u )  =  ( u G w ) )
2726adantr 453 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ( G  e.  GrpOp  /\  u  e.  X )  /\  A. z  e.  X  (
( ( u G z )  =  z  /\  ( z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  ( (
y G z )  =  u  /\  (
z G y )  =  u ) ) )  /\  w  e.  X )  /\  ( A. x  e.  X  ( u G x )  =  x  /\  A. x  e.  X  ( w G x )  =  x ) )  ->  ( w G u )  =  ( u G w ) )
28 oveq2 6091 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x  =  u  ->  (
w G x )  =  ( w G u ) )
29 id 21 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x  =  u  ->  x  =  u )
3028, 29eqeq12d 2452 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( x  =  u  ->  (
( w G x )  =  x  <->  ( w G u )  =  u ) )
3130rspcva 3052 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( u  e.  X  /\  A. x  e.  X  ( w G x )  =  x )  -> 
( w G u )  =  u )
3231adantll 696 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( G  e.  GrpOp  /\  u  e.  X )  /\  A. x  e.  X  ( w G x )  =  x )  ->  ( w G u )  =  u )
3332ad2ant2rl 731 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( G  e. 
GrpOp  /\  u  e.  X
)  /\  w  e.  X )  /\  ( A. x  e.  X  ( u G x )  =  x  /\  A. x  e.  X  ( w G x )  =  x ) )  ->  ( w G u )  =  u )
3433adantllr 701 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ( G  e.  GrpOp  /\  u  e.  X )  /\  A. z  e.  X  (
( ( u G z )  =  z  /\  ( z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  ( (
y G z )  =  u  /\  (
z G y )  =  u ) ) )  /\  w  e.  X )  /\  ( A. x  e.  X  ( u G x )  =  x  /\  A. x  e.  X  ( w G x )  =  x ) )  ->  ( w G u )  =  u )
35 oveq2 6091 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( x  =  w  ->  (
u G x )  =  ( u G w ) )
36 id 21 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( x  =  w  ->  x  =  w )
3735, 36eqeq12d 2452 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( x  =  w  ->  (
( u G x )  =  x  <->  ( u G w )  =  w ) )
3837rspcva 3052 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( w  e.  X  /\  A. x  e.  X  ( u G x )  =  x )  -> 
( u G w )  =  w )
3938ad2ant2lr 730 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ( G  e.  GrpOp  /\  u  e.  X )  /\  A. z  e.  X  (
( ( u G z )  =  z  /\  ( z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  ( (
y G z )  =  u  /\  (
z G y )  =  u ) ) )  /\  w  e.  X )  /\  ( A. x  e.  X  ( u G x )  =  x  /\  A. x  e.  X  ( w G x )  =  x ) )  ->  ( u G w )  =  w )
4027, 34, 393eqtr3d 2478 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( ( G  e.  GrpOp  /\  u  e.  X )  /\  A. z  e.  X  (
( ( u G z )  =  z  /\  ( z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  ( (
y G z )  =  u  /\  (
z G y )  =  u ) ) )  /\  w  e.  X )  /\  ( A. x  e.  X  ( u G x )  =  x  /\  A. x  e.  X  ( w G x )  =  x ) )  ->  u  =  w )
4140ex 425 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( G  e. 
GrpOp  /\  u  e.  X
)  /\  A. z  e.  X  ( (
( u G z )  =  z  /\  ( z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  ( ( y G z )  =  u  /\  ( z G y )  =  u ) ) )  /\  w  e.  X
)  ->  ( ( A. x  e.  X  ( u G x )  =  x  /\  A. x  e.  X  ( w G x )  =  x )  ->  u  =  w )
)
4211, 41mpand 658 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ( G  e. 
GrpOp  /\  u  e.  X
)  /\  A. z  e.  X  ( (
( u G z )  =  z  /\  ( z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  ( ( y G z )  =  u  /\  ( z G y )  =  u ) ) )  /\  w  e.  X
)  ->  ( A. x  e.  X  (
w G x )  =  x  ->  u  =  w ) )
4342ralrimiva 2791 . . . . . 6  |-  ( ( ( G  e.  GrpOp  /\  u  e.  X )  /\  A. z  e.  X  ( ( ( u G z )  =  z  /\  (
z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  ( ( y G z )  =  u  /\  ( z G y )  =  u ) ) )  ->  A. w  e.  X  ( A. x  e.  X  (
w G x )  =  x  ->  u  =  w ) )
4410, 43jca 520 . . . . 5  |-  ( ( ( G  e.  GrpOp  /\  u  e.  X )  /\  A. z  e.  X  ( ( ( u G z )  =  z  /\  (
z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  ( ( y G z )  =  u  /\  ( z G y )  =  u ) ) )  ->  ( A. x  e.  X  ( u G x )  =  x  /\  A. w  e.  X  ( A. x  e.  X  ( w G x )  =  x  ->  u  =  w )
) )
4544ex 425 . . . 4  |-  ( ( G  e.  GrpOp  /\  u  e.  X )  ->  ( A. z  e.  X  ( ( ( u G z )  =  z  /\  ( z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  (
( y G z )  =  u  /\  ( z G y )  =  u ) )  ->  ( A. x  e.  X  (
u G x )  =  x  /\  A. w  e.  X  ( A. x  e.  X  ( w G x )  =  x  ->  u  =  w )
) ) )
4645reximdva 2820 . . 3  |-  ( G  e.  GrpOp  ->  ( E. u  e.  X  A. z  e.  X  (
( ( u G z )  =  z  /\  ( z G u )  =  z )  /\  E. y  e.  X  ( (
y G z )  =  u  /\  (
z G y )  =  u ) )  ->  E. u  e.  X  ( A. x  e.  X  ( u G x )  =  x  /\  A. w  e.  X  ( A. x  e.  X  ( w G x )  =  x  ->  u  =  w )
) ) )
472, 46mpd 15 . 2  |-  ( G  e.  GrpOp  ->  E. u  e.  X  ( A. x  e.  X  (
u G x )  =  x  /\  A. w  e.  X  ( A. x  e.  X  ( w G x )  =  x  ->  u  =  w )
) )
48 oveq1 6090 . . . . 5  |-  ( u  =  w  ->  (
u G x )  =  ( w G x ) )
4948eqeq1d 2446 . . . 4  |-  ( u  =  w  ->  (
( u G x )  =  x  <->  ( w G x )  =  x ) )
5049ralbidv 2727 . . 3  |-  ( u  =  w  ->  ( A. x  e.  X  ( u G x )  =  x  <->  A. x  e.  X  ( w G x )  =  x ) )
5150reu8 3132 . 2  |-  ( E! u  e.  X  A. x  e.  X  (
u G x )  =  x  <->  E. u  e.  X  ( A. x  e.  X  (
u G x )  =  x  /\  A. w  e.  X  ( A. x  e.  X  ( w G x )  =  x  ->  u  =  w )
) )
5247, 51sylibr 205 1  |-  ( G  e.  GrpOp  ->  E! u  e.  X  A. x  e.  X  ( u G x )  =  x )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 360    = wceq 1653    e. wcel 1726   A.wral 2707   E.wrex 2708   E!wreu 2709   ran crn 4881  (class class class)co 6083   GrpOpcgr 21776
This theorem is referenced by:  grpoidval  21806  grpoidcl  21807  grpoidinv2  21808  cnid  21941  mulid  21946  hilid  22665
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1556  ax-5 1567  ax-17 1627  ax-9 1667  ax-8 1688  ax-13 1728  ax-14 1730  ax-6 1745  ax-7 1750  ax-11 1762  ax-12 1951  ax-ext 2419  ax-sep 4332  ax-nul 4340  ax-pr 4405  ax-un 4703
This theorem depends on definitions:  df-bi 179  df-or 361  df-an 362  df-3an 939  df-tru 1329  df-ex 1552  df-nf 1555  df-sb 1660  df-eu 2287  df-mo 2288  df-clab 2425  df-cleq 2431  df-clel 2434  df-nfc 2563  df-ne 2603  df-ral 2712  df-rex 2713  df-reu 2714  df-rab 2716  df-v 2960  df-sbc 3164  df-csb 3254  df-dif 3325  df-un 3327  df-in 3329  df-ss 3336  df-nul 3631  df-if 3742  df-sn 3822  df-pr 3823  df-op 3825  df-uni 4018  df-iun 4097  df-br 4215  df-opab 4269  df-mpt 4270  df-id 4500  df-xp 4886  df-rel 4887  df-cnv 4888  df-co 4889  df-dm 4890  df-rn 4891  df-iota 5420  df-fun 5458  df-fn 5459  df-f 5460  df-fo 5462  df-fv 5464  df-ov 6086  df-grpo 21781
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