Theorem grpoideu 24873

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.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		grpfo.1	. . . 4 |- X = ran G
2	1	grpoidinv 24872	. . 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 753	. . . . . . . . 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 )
4	3	ralimi 2850	. . . . . . . 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 6283	. . . . . . . . . 10 |- ( z = x -> ( u G z ) = ( u G x ) )
6		id 22	. . . . . . . . . 10 |- ( z = x -> z = x )
7	5, 6	eqeq12d 2482	. . . . . . . . 9 |- ( z = x -> ( ( u G z ) = z <-> ( u G x ) = x ) )
8	7	cbvralv 3081	. . . . . . . 8 |- ( A. z e. X ( u G z ) = z <-> A. x e. X ( u G x ) = x )
9	4, 8	sylib 196	. . . . . . 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 )
10	9	adantl 466	. . . . . 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 )
11	9	ad2antlr 726	. . . . . . . 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 461	. . . . . . . . . . . . . . . 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 ) )
13	12	ralimi 2850	. . . . . . . . . . . . . . 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 6283	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 |- ( z = w -> ( y G z ) = ( y G w ) )
15	14	eqeq1d 2462	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 |- ( z = w -> ( ( y G z ) = u <-> ( y G w ) = u ) )
16		oveq1 6282	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 |- ( z = w -> ( z G y ) = ( w G y ) )
17	16	eqeq1d 2462	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 |- ( z = w -> ( ( z G y ) = u <-> ( w G y ) = u ) )
18	15, 17	anbi12d 710	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 |- ( z = w -> ( ( ( y G z ) = u /\ ( z G y ) = u ) <-> ( ( y G w ) = u /\ ( w G y ) = u ) ) )
19	18	rexbidv 2966	. . . . . . . . . . . . . . . . 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 ) ) )
20	19	rspcva 3205	. . . . . . . . . . . . . . . 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 ) )
21	20	adantll 713	. . . . . . . . . . . . . . 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 ) )
22	13, 21	sylan2 474	. . . . . . . . . . . . . 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 ) )
23	1	grpoidinvlem4 24871	. . . . . . . . . . . . . 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 ) )
24	22, 23	syldan 470	. . . . . . . . . . . . 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 ) )
25	24	an32s 802	. . . . . . . . . . . 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 ) )
26	25	adantllr 718	. . . . . . . . . . 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 ) )
27	26	adantr 465	. . . . . . . . . 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 6283	. . . . . . . . . . . . . . 15 |- ( x = u -> ( w G x ) = ( w G u ) )
29		id 22	. . . . . . . . . . . . . . 15 |- ( x = u -> x = u )
30	28, 29	eqeq12d 2482	. . . . . . . . . . . . . 14 |- ( x = u -> ( ( w G x ) = x <-> ( w G u ) = u ) )
31	30	rspcva 3205	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( ( u e. X /\ A. x e. X ( w G x ) = x ) -> ( w G u ) = u )
32	31	adantll 713	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( ( G e. GrpOp /\ u e. X ) /\ A. x e. X ( w G x ) = x ) -> ( w G u ) = u )
33	32	ad2ant2rl 748	. . . . . . . . . . 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 )
34	33	adantllr 718	. . . . . . . . . 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 6283	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( x = w -> ( u G x ) = ( u G w ) )
36		id 22	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( x = w -> x = w )
37	35, 36	eqeq12d 2482	. . . . . . . . . . . 12 |- ( x = w -> ( ( u G x ) = x <-> ( u G w ) = w ) )
38	37	rspcva 3205	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( w e. X /\ A. x e. X ( u G x ) = x ) -> ( u G w ) = w )
39	38	ad2ant2lr 747	. . . . . . . . . 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 )
40	27, 34, 39	3eqtr3d 2509	. . . . . . . . 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 )
41	40	ex 434	. . . . . . . 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 ) )
42	11, 41	mpand 675	. . . . . . 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 ) )
43	42	ralrimiva 2871	. . . . . 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 ) )
44	10, 43	jca 532	. . . . 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 ) ) )
45	44	ex 434	. . . 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 ) ) ) )
46	45	reximdva 2931	. . 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 ) ) ) )
47	2, 46	mpd 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 6282	. . . . 5 |- ( u = w -> ( u G x ) = ( w G x ) )
49	48	eqeq1d 2462	. . . 4 |- ( u = w -> ( ( u G x ) = x <-> ( w G x ) = x ) )
50	49	ralbidv 2896	. . 3 |- ( u = w -> ( A. x e. X ( u G x ) = x <-> A. x e. X ( w G x ) = x ) )
51	50	reu8 3292	. 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 ) ) )
52	47, 51	sylibr 212	1 |- ( G e. GrpOp -> E! u e. X A. x e. X ( u G x ) = x )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 369   = wceq 1374   e. wcel 1762   A.wral 2807   E.wrex 2808   E!wreu 2809   ran crn 4993  (class class class)co 6275   GrpOpcgr 24850

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1596  ax-4 1607  ax-5 1675  ax-6 1714  ax-7 1734  ax-8 1764  ax-9 1766  ax-10 1781  ax-11 1786  ax-12 1798  ax-13 1961  ax-ext 2438  ax-sep 4561  ax-nul 4569  ax-pr 4679  ax-un 6567

This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3an 970  df-tru 1377  df-ex 1592  df-nf 1595  df-sb 1707  df-eu 2272  df-mo 2273  df-clab 2446  df-cleq 2452  df-clel 2455  df-nfc 2610  df-ne 2657  df-ral 2812  df-rex 2813  df-reu 2814  df-rab 2816  df-v 3108  df-sbc 3325  df-csb 3429  df-dif 3472  df-un 3474  df-in 3476  df-ss 3483  df-nul 3779  df-if 3933  df-sn 4021  df-pr 4023  df-op 4027  df-uni 4239  df-iun 4320  df-br 4441  df-opab 4499  df-mpt 4500  df-id 4788  df-xp 4998  df-rel 4999  df-cnv 5000  df-co 5001  df-dm 5002  df-rn 5003  df-iota 5542  df-fun 5581  df-fn 5582  df-f 5583  df-fo 5585  df-fv 5587  df-ov 6278  df-grpo 24855

This theorem is referenced by:  grpoidval  24880  grpoidcl  24881  grpoidinv2  24882  cnid  25015  mulid  25020  hilid  25740