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{-# OPTIONS --safe #-}
module Cubical.Algebra.Group.Base where
{-
Defines groups and adds the smart constructors [makeGroup-right] and [makeGroup-left]
for constructing groups from less data than the standard [makeGroup] constructor.
-}
open import Cubical.Foundations.Prelude
open import Cubical.Foundations.Structure
open import Cubical.Data.Sigma
open import Cubical.Data.Nat using (ℕ)
open import Cubical.Data.Fin.Inductive.Base
open import Cubical.Algebra.Monoid
open import Cubical.Algebra.Semigroup
open import Cubical.Reflection.RecordEquiv
private
variable
ℓ : Level
record IsGroup {G : Type ℓ}
(1g : G) (_·_ : G → G → G) (inv : G → G) : Type ℓ where
constructor isgroup
field
isMonoid : IsMonoid 1g _·_
·InvR : (x : G) → x · inv x ≡ 1g
·InvL : (x : G) → inv x · x ≡ 1g
open IsMonoid isMonoid public
unquoteDecl IsGroupIsoΣ = declareRecordIsoΣ IsGroupIsoΣ (quote IsGroup)
record GroupStr (G : Type ℓ) : Type ℓ where
constructor groupstr
field
1g : G
_·_ : G → G → G
inv : G → G
isGroup : IsGroup 1g _·_ inv
infixr 7 _·_
open IsGroup isGroup public
unquoteDecl GroupStrIsoΣ = declareRecordIsoΣ GroupStrIsoΣ (quote GroupStr)
Group : ∀ ℓ → Type (ℓ-suc ℓ)
Group ℓ = TypeWithStr ℓ GroupStr
Group₀ : Type₁
Group₀ = Group ℓ-zero
group : (G : Type ℓ) (1g : G) (_·_ : G → G → G) (inv : G → G) (h : IsGroup 1g _·_ inv) → Group ℓ
group G 1g _·_ inv h = G , groupstr 1g _·_ inv h
makeIsGroup : {G : Type ℓ} {e : G} {_·_ : G → G → G} { inv : G → G}
(is-setG : isSet G)
(·Assoc : (x y z : G) → x · (y · z) ≡ (x · y) · z)
(·IdR : (x : G) → x · e ≡ x)
(·IdL : (x : G) → e · x ≡ x)
(·InvR : (x : G) → x · inv x ≡ e)
(·InvL : (x : G) → inv x · x ≡ e)
→ IsGroup e _·_ inv
IsGroup.isMonoid (makeIsGroup is-setG ·Assoc ·IdR ·IdL ·InvR ·InvL) = makeIsMonoid is-setG ·Assoc ·IdR ·IdL
IsGroup.·InvR (makeIsGroup is-setG ·Assoc ·IdR ·IdL ·InvR ·InvL) = ·InvR
IsGroup.·InvL (makeIsGroup is-setG ·Assoc ·IdR ·IdL ·InvR ·InvL) = ·InvL
makeGroup : {G : Type ℓ} (1g : G) (_·_ : G → G → G) (inv : G → G)
(is-setG : isSet G)
(·Assoc : (x y z : G) → x · (y · z) ≡ (x · y) · z)
(·IdR : (x : G) → x · 1g ≡ x)
(·IdL : (x : G) → 1g · x ≡ x)
(·InvR : (x : G) → x · inv x ≡ 1g)
(·InvL : (x : G) → inv x · x ≡ 1g)
→ Group ℓ
makeGroup 1g _·_ inv is-setG ·Assoc ·IdR ·IdL ·InvR ·InvL = _ , helper
where
helper : GroupStr _
GroupStr.1g helper = 1g
GroupStr._·_ helper = _·_
GroupStr.inv helper = inv
GroupStr.isGroup helper = makeIsGroup is-setG ·Assoc ·IdR ·IdL ·InvR ·InvL
Group→Monoid : Group ℓ → Monoid ℓ
Group→Monoid (A , groupstr _ _ _ G) = A , monoidstr _ _ (IsGroup.isMonoid G)
makeGroup-right : {A : Type ℓ}
→ (1g : A)
→ (_·_ : A → A → A)
→ (inv : A → A)
→ (set : isSet A)
→ (·Assoc : ∀ a b c → a · (b · c) ≡ (a · b) · c)
→ (·IdR : ∀ a → a · 1g ≡ a)
→ (·InvR : ∀ a → a · inv a ≡ 1g)
→ Group ℓ
makeGroup-right 1g _·_ inv set ·Assoc ·IdR ·InvR =
makeGroup 1g _·_ inv set ·Assoc ·IdR ·IdL ·InvR ·InvL
where
abstract
·InvL : ∀ a → inv a · a ≡ 1g
·InvL a =
inv a · a
≡⟨ sym (·IdR _) ⟩
(inv a · a) · 1g
≡⟨ cong (_·_ _) (sym (·InvR (inv a))) ⟩
(inv a · a) · (inv a · (inv (inv a)))
≡⟨ ·Assoc _ _ _ ⟩
((inv a · a) · (inv a)) · (inv (inv a))
≡⟨ cong (λ □ → □ · _) (sym (·Assoc _ _ _)) ⟩
(inv a · (a · inv a)) · (inv (inv a))
≡⟨ cong (λ □ → (inv a · □) · (inv (inv a))) (·InvR a) ⟩
(inv a · 1g) · (inv (inv a))
≡⟨ cong (λ □ → □ · (inv (inv a))) (·IdR (inv a)) ⟩
inv a · (inv (inv a))
≡⟨ ·InvR (inv a) ⟩
1g
∎
·IdL : ∀ a → 1g · a ≡ a
·IdL a =
1g · a
≡⟨ cong (λ b → b · a) (sym (·InvR a)) ⟩
(a · inv a) · a
≡⟨ sym (·Assoc _ _ _) ⟩
a · (inv a · a)
≡⟨ cong (a ·_) (·InvL a) ⟩
a · 1g
≡⟨ ·IdR a ⟩
a
∎
makeGroup-left : {A : Type ℓ}
→ (1g : A)
→ (_·_ : A → A → A)
→ (inv : A → A)
→ (set : isSet A)
→ (·Assoc : ∀ a b c → a · (b · c) ≡ (a · b) · c)
→ (·IdL : ∀ a → 1g · a ≡ a)
→ (·InvL : ∀ a → (inv a) · a ≡ 1g)
→ Group ℓ
makeGroup-left 1g _·_ inv set ·Assoc ·IdL ·InvL =
makeGroup 1g _·_ inv set ·Assoc ·IdR ·IdL ·InvR ·InvL
where
abstract
·InvR : ∀ a → a · inv a ≡ 1g
·InvR a =
a · inv a
≡⟨ sym (·IdL _) ⟩
1g · (a · inv a)
≡⟨ cong (λ b → b · (a · inv a)) (sym (·InvL (inv a))) ⟩
(inv (inv a) · inv a) · (a · inv a)
≡⟨ sym (·Assoc (inv (inv a)) (inv a) _) ⟩
inv (inv a) · (inv a · (a · inv a))
≡⟨ cong (inv (inv a) ·_) (·Assoc (inv a) a (inv a)) ⟩
(inv (inv a)) · ((inv a · a) · (inv a))
≡⟨ cong (λ b → (inv (inv a)) · (b · (inv a))) (·InvL a) ⟩
inv (inv a) · (1g · inv a)
≡⟨ cong (inv (inv a) ·_) (·IdL (inv a)) ⟩
inv (inv a) · inv a
≡⟨ ·InvL (inv a) ⟩
1g
∎
·IdR : ∀ a → a · 1g ≡ a
·IdR a =
a · 1g
≡⟨ cong (a ·_) (sym (·InvL a)) ⟩
a · (inv a · a)
≡⟨ ·Assoc a (inv a) a ⟩
(a · inv a) · a
≡⟨ cong (λ b → b · a) (·InvR a) ⟩
1g · a
≡⟨ ·IdL a ⟩
a
∎
sumFinGroup : ∀ {ℓ} (G : Group ℓ) {n : ℕ} (f : Fin n → fst G) → fst G
sumFinGroup G {n = n} f = sumFinGen {n = n} (GroupStr._·_ (snd G)) (GroupStr.1g (snd G)) f