# Modulo Multiplication is Associative

## Theorem

$\forall \left[\!\left[{x}\right]\!\right]_m, \left[\!\left[{y}\right]\!\right]_m, \left[\!\left[{z}\right]\!\right]_m \in \Z_m: \left({\left[\!\left[{x}\right]\!\right]_m \times_m \left[\!\left[{y}\right]\!\right]_m}\right) \times_m \left[\!\left[{z}\right]\!\right]_m = \left[\!\left[{x}\right]\!\right]_m \times_m \left({\left[\!\left[{y}\right]\!\right]_m \times_m \left[\!\left[{z}\right]\!\right]_m}\right)$.

## Proof

Follows directly from the definition of multiplication modulo $m$:

 $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle \left({\left[\!\left[{x}\right]\!\right]_m \times_m \left[\!\left[{y}\right]\!\right]_m}\right) \times_m \left[\!\left[{z}\right]\!\right]_m$$ $$=$$ $$\displaystyle$$  $$\displaystyle$$ $$\displaystyle \left[\!\left[{x y}\right]\!\right]_m \times_m \left[\!\left[{z}\right]\!\right]_m$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$=$$ $$\displaystyle$$  $$\displaystyle$$ $$\displaystyle \left[\!\left[{\left({x y}\right) z}\right]\!\right]_m$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$=$$ $$\displaystyle$$  $$\displaystyle$$ $$\displaystyle \left[\!\left[{x \left({y z}\right)}\right]\!\right]_m$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$=$$ $$\displaystyle$$  $$\displaystyle$$ $$\displaystyle \left[\!\left[{x}\right]\!\right]_m \times_m \left[\!\left[{y z}\right]\!\right]_m$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$ $$=$$ $$\displaystyle$$  $$\displaystyle$$ $$\displaystyle \left[\!\left[{x}\right]\!\right]_m \times_m \left({\left[\!\left[{y}\right]\!\right]_m \times_m \left[\!\left[{z}\right]\!\right]_m}\right)$$ $$\displaystyle$$ $$\displaystyle$$

$\blacksquare$