Si G es un grupo y a, b ∈ G, entonces (ab)⁻¹ = b⁻¹a⁻¹
Demostrar con Lean4 que si \(G\) es un grupo y \(a, b \in G\), entonces \((ab)^{-1} = b^{-1}a^{-1}\).
Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:
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import Mathlib.Algebra.Group.Defs variable {G : Type _} [Group G] variable (a b : G) example : (a * b)⁻¹ = b⁻¹ * a⁻¹ := sorry |
Demostración en lenguaje natural
Teniendo en cuenta la propiedad
\[∀ a\ b ∈ R, ab = 1 → a⁻¹ = b,\]
basta demostrar que
\[(a·b)·(b⁻¹·a⁻¹) = 1.\]
La identidad anterior se demuestra mediante la siguiente cadena de igualdades
\begin{align}
(a·b)·(b⁻¹·a⁻¹) &= a·(b·(b⁻¹·a⁻¹)) &&\text{[por la asociativa]} \\
&= a·((b·b⁻¹)·a⁻¹) &&\text{[por la asociativa]} \\
&= a·(1·a⁻¹) &&\text{[por producto con inverso]} \\
&= a·a⁻¹ &&\text{[por producto con uno]} \\
&= 1 &&\text{[por producto con
inverso]}
\end{align}
Demostraciones con Lean4
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import Mathlib.Algebra.Group.Defs variable {G : Type _} [Group G] variable (a b : G) lemma aux : (a * b) * (b⁻¹ * a⁻¹) = 1 := calc (a * b) * (b⁻¹ * a⁻¹) = a * (b * (b⁻¹ * a⁻¹)) := by rw [mul_assoc] _ = a * ((b * b⁻¹) * a⁻¹) := by rw [mul_assoc] _ = a * (1 * a⁻¹) := by rw [mul_right_inv] _ = a * a⁻¹ := by rw [one_mul] _ = 1 := by rw [mul_right_inv] -- 1ª demostración example : (a * b)⁻¹ = b⁻¹ * a⁻¹ := by have h1 : (a * b) * (b⁻¹ * a⁻¹) = 1 := aux a b show (a * b)⁻¹ = b⁻¹ * a⁻¹ exact inv_eq_of_mul_eq_one_right h1 -- 3ª demostración example : (a * b)⁻¹ = b⁻¹ * a⁻¹ := by have h1 : (a * b) * (b⁻¹ * a⁻¹) = 1 := aux a b show (a * b)⁻¹ = b⁻¹ * a⁻¹ simp [h1] -- 4ª demostración example : (a * b)⁻¹ = b⁻¹ * a⁻¹ := by have h1 : (a * b) * (b⁻¹ * a⁻¹) = 1 := aux a b simp [h1] -- 5ª demostración example : (a * b)⁻¹ = b⁻¹ * a⁻¹ := by apply inv_eq_of_mul_eq_one_right rw [aux] -- 6ª demostración example : (a * b)⁻¹ = b⁻¹ * a⁻¹ := by exact mul_inv_rev a b -- 7ª demostración example : (a * b)⁻¹ = b⁻¹ * a⁻¹ := by simp |
Demostraciones interactivas
Se puede interactuar con las demostraciones anteriores en Lean 4 Web.
Referencias
- J. Avigad y P. Massot. Mathematics in Lean, p. 12.
