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Theorem frlmup1

Description: Any assignment of unit vectors to target vectors can be extended (uniquely) to a homomorphism from a free module to an arbitrary other module on the same base ring. (Contributed by Stefan O'Rear, 7-Feb-2015) (Proof shortened by AV, 21-Jul-2019)

Ref Expression
Hypotheses frlmup.f F = R freeLMod I
frlmup.b B = Base F
frlmup.c C = Base T
frlmup.v · ˙ = T
frlmup.e E = x B T x · ˙ f A
frlmup.t φ T LMod
frlmup.i φ I X
frlmup.r φ R = Scalar T
frlmup.a φ A : I C
Assertion frlmup1 φ E F LMHom T

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 frlmup.f F = R freeLMod I
2 frlmup.b B = Base F
3 frlmup.c C = Base T
4 frlmup.v · ˙ = T
5 frlmup.e E = x B T x · ˙ f A
6 frlmup.t φ T LMod
7 frlmup.i φ I X
8 frlmup.r φ R = Scalar T
9 frlmup.a φ A : I C
10 eqid F = F
11 eqid Scalar F = Scalar F
12 eqid Scalar T = Scalar T
13 eqid Base Scalar F = Base Scalar F
14 12 lmodring T LMod Scalar T Ring
15 6 14 syl φ Scalar T Ring
16 8 15 eqeltrd φ R Ring
17 1 frlmlmod R Ring I X F LMod
18 16 7 17 syl2anc φ F LMod
19 1 frlmsca R Ring I X R = Scalar F
20 16 7 19 syl2anc φ R = Scalar F
21 8 20 eqtr3d φ Scalar T = Scalar F
22 eqid + F = + F
23 eqid + T = + T
24 lmodgrp F LMod F Grp
25 18 24 syl φ F Grp
26 lmodgrp T LMod T Grp
27 6 26 syl φ T Grp
28 eleq1w z = x z B x B
29 28 anbi2d z = x φ z B φ x B
30 oveq1 z = x z · ˙ f A = x · ˙ f A
31 30 oveq2d z = x T z · ˙ f A = T x · ˙ f A
32 31 eleq1d z = x T z · ˙ f A C T x · ˙ f A C
33 29 32 imbi12d z = x φ z B T z · ˙ f A C φ x B T x · ˙ f A C
34 eqid 0 T = 0 T
35 lmodcmn T LMod T CMnd
36 6 35 syl φ T CMnd
37 36 adantr φ z B T CMnd
38 7 adantr φ z B I X
39 6 ad2antrr φ z B x Base R y C T LMod
40 simprl φ z B x Base R y C x Base R
41 8 fveq2d φ Base R = Base Scalar T
42 41 ad2antrr φ z B x Base R y C Base R = Base Scalar T
43 40 42 eleqtrd φ z B x Base R y C x Base Scalar T
44 simprr φ z B x Base R y C y C
45 eqid Base Scalar T = Base Scalar T
46 3 12 4 45 lmodvscl T LMod x Base Scalar T y C x · ˙ y C
47 39 43 44 46 syl3anc φ z B x Base R y C x · ˙ y C
48 eqid Base R = Base R
49 1 48 2 frlmbasf I X z B z : I Base R
50 7 49 sylan φ z B z : I Base R
51 9 adantr φ z B A : I C
52 inidm I I = I
53 47 50 51 38 38 52 off φ z B z · ˙ f A : I C
54 ovexd φ z B z · ˙ f A V
55 53 ffund φ z B Fun z · ˙ f A
56 fvexd φ z B 0 T V
57 eqid 0 R = 0 R
58 1 57 2 frlmbasfsupp I X z B finSupp 0 R z
59 7 58 sylan φ z B finSupp 0 R z
60 8 fveq2d φ 0 R = 0 Scalar T
61 60 eqcomd φ 0 Scalar T = 0 R
62 61 breq2d φ finSupp 0 Scalar T z finSupp 0 R z
63 62 adantr φ z B finSupp 0 Scalar T z finSupp 0 R z
64 59 63 mpbird φ z B finSupp 0 Scalar T z
65 64 fsuppimpd φ z B z supp 0 Scalar T Fin
66 ssidd φ z B z supp 0 Scalar T z supp 0 Scalar T
67 6 ad2antrr φ z B w C T LMod
68 eqid 0 Scalar T = 0 Scalar T
69 3 12 4 68 34 lmod0vs T LMod w C 0 Scalar T · ˙ w = 0 T
70 67 69 sylancom φ z B w C 0 Scalar T · ˙ w = 0 T
71 fvexd φ z B 0 Scalar T V
72 66 70 50 51 38 71 suppssof1 φ z B z · ˙ f A supp 0 T z supp 0 Scalar T
73 suppssfifsupp z · ˙ f A V Fun z · ˙ f A 0 T V z supp 0 Scalar T Fin z · ˙ f A supp 0 T z supp 0 Scalar T finSupp 0 T z · ˙ f A
74 54 55 56 65 72 73 syl32anc φ z B finSupp 0 T z · ˙ f A
75 3 34 37 38 53 74 gsumcl φ z B T z · ˙ f A C
76 33 75 chvarvv φ x B T x · ˙ f A C
77 76 5 fmptd φ E : B C
78 36 adantr φ y B z B T CMnd
79 7 adantr φ y B z B I X
80 eleq1w z = y z B y B
81 80 anbi2d z = y φ z B φ y B
82 oveq1 z = y z · ˙ f A = y · ˙ f A
83 82 feq1d z = y z · ˙ f A : I C y · ˙ f A : I C
84 81 83 imbi12d z = y φ z B z · ˙ f A : I C φ y B y · ˙ f A : I C
85 84 53 chvarvv φ y B y · ˙ f A : I C
86 85 adantrr φ y B z B y · ˙ f A : I C
87 53 adantrl φ y B z B z · ˙ f A : I C
88 82 breq1d z = y finSupp 0 T z · ˙ f A finSupp 0 T y · ˙ f A
89 81 88 imbi12d z = y φ z B finSupp 0 T z · ˙ f A φ y B finSupp 0 T y · ˙ f A
90 89 74 chvarvv φ y B finSupp 0 T y · ˙ f A
91 90 adantrr φ y B z B finSupp 0 T y · ˙ f A
92 74 adantrl φ y B z B finSupp 0 T z · ˙ f A
93 3 34 23 78 79 86 87 91 92 gsumadd φ y B z B T y · ˙ f A + T f z · ˙ f A = T y · ˙ f A + T T z · ˙ f A
94 2 22 lmodvacl F LMod y B z B y + F z B
95 94 3expb F LMod y B z B y + F z B
96 18 95 sylan φ y B z B y + F z B
97 oveq1 x = y + F z x · ˙ f A = y + F z · ˙ f A
98 97 oveq2d x = y + F z T x · ˙ f A = T y + F z · ˙ f A
99 ovex T y + F z · ˙ f A V
100 98 5 99 fvmpt y + F z B E y + F z = T y + F z · ˙ f A
101 96 100 syl φ y B z B E y + F z = T y + F z · ˙ f A
102 16 adantr φ y B z B R Ring
103 simprl φ y B z B y B
104 simprr φ y B z B z B
105 eqid + R = + R
106 1 2 102 79 103 104 105 22 frlmplusgval φ y B z B y + F z = y + R f z
107 106 oveq1d φ y B z B y + F z · ˙ f A = y + R f z · ˙ f A
108 1 48 2 frlmbasf I X y B y : I Base R
109 7 108 sylan φ y B y : I Base R
110 109 adantrr φ y B z B y : I Base R
111 110 ffnd φ y B z B y Fn I
112 50 adantrl φ y B z B z : I Base R
113 112 ffnd φ y B z B z Fn I
114 111 113 79 79 52 offn φ y B z B y + R f z Fn I
115 9 ffnd φ A Fn I
116 115 adantr φ y B z B A Fn I
117 114 116 79 79 52 offn φ y B z B y + R f z · ˙ f A Fn I
118 85 ffnd φ y B y · ˙ f A Fn I
119 118 adantrr φ y B z B y · ˙ f A Fn I
120 53 ffnd φ z B z · ˙ f A Fn I
121 120 adantrl φ y B z B z · ˙ f A Fn I
122 119 121 79 79 52 offn φ y B z B y · ˙ f A + T f z · ˙ f A Fn I
123 8 fveq2d φ + R = + Scalar T
124 123 ad2antrr φ y B z B x I + R = + Scalar T
125 124 oveqd φ y B z B x I y x + R z x = y x + Scalar T z x
126 125 oveq1d φ y B z B x I y x + R z x · ˙ A x = y x + Scalar T z x · ˙ A x
127 6 ad2antrr φ y B z B x I T LMod
128 110 ffvelrnda φ y B z B x I y x Base R
129 41 ad2antrr φ y B z B x I Base R = Base Scalar T
130 128 129 eleqtrd φ y B z B x I y x Base Scalar T
131 112 ffvelrnda φ y B z B x I z x Base R
132 131 129 eleqtrd φ y B z B x I z x Base Scalar T
133 9 adantr φ y B z B A : I C
134 133 ffvelrnda φ y B z B x I A x C
135 eqid + Scalar T = + Scalar T
136 3 23 12 4 45 135 lmodvsdir T LMod y x Base Scalar T z x Base Scalar T A x C y x + Scalar T z x · ˙ A x = y x · ˙ A x + T z x · ˙ A x
137 127 130 132 134 136 syl13anc φ y B z B x I y x + Scalar T z x · ˙ A x = y x · ˙ A x + T z x · ˙ A x
138 126 137 eqtrd φ y B z B x I y x + R z x · ˙ A x = y x · ˙ A x + T z x · ˙ A x
139 111 adantr φ y B z B x I y Fn I
140 113 adantr φ y B z B x I z Fn I
141 7 ad2antrr φ y B z B x I I X
142 simpr φ y B z B x I x I
143 fnfvof y Fn I z Fn I I X x I y + R f z x = y x + R z x
144 139 140 141 142 143 syl22anc φ y B z B x I y + R f z x = y x + R z x
145 144 oveq1d φ y B z B x I y + R f z x · ˙ A x = y x + R z x · ˙ A x
146 115 ad2antrr φ y B z B x I A Fn I
147 fnfvof y Fn I A Fn I I X x I y · ˙ f A x = y x · ˙ A x
148 139 146 141 142 147 syl22anc φ y B z B x I y · ˙ f A x = y x · ˙ A x
149 fnfvof z Fn I A Fn I I X x I z · ˙ f A x = z x · ˙ A x
150 140 146 141 142 149 syl22anc φ y B z B x I z · ˙ f A x = z x · ˙ A x
151 148 150 oveq12d φ y B z B x I y · ˙ f A x + T z · ˙ f A x = y x · ˙ A x + T z x · ˙ A x
152 138 145 151 3eqtr4d φ y B z B x I y + R f z x · ˙ A x = y · ˙ f A x + T z · ˙ f A x
153 114 adantr φ y B z B x I y + R f z Fn I
154 fnfvof y + R f z Fn I A Fn I I X x I y + R f z · ˙ f A x = y + R f z x · ˙ A x
155 153 146 141 142 154 syl22anc φ y B z B x I y + R f z · ˙ f A x = y + R f z x · ˙ A x
156 119 adantr φ y B z B x I y · ˙ f A Fn I
157 121 adantr φ y B z B x I z · ˙ f A Fn I
158 fnfvof y · ˙ f A Fn I z · ˙ f A Fn I I X x I y · ˙ f A + T f z · ˙ f A x = y · ˙ f A x + T z · ˙ f A x
159 156 157 141 142 158 syl22anc φ y B z B x I y · ˙ f A + T f z · ˙ f A x = y · ˙ f A x + T z · ˙ f A x
160 152 155 159 3eqtr4d φ y B z B x I y + R f z · ˙ f A x = y · ˙ f A + T f z · ˙ f A x
161 117 122 160 eqfnfvd φ y B z B y + R f z · ˙ f A = y · ˙ f A + T f z · ˙ f A
162 107 161 eqtrd φ y B z B y + F z · ˙ f A = y · ˙ f A + T f z · ˙ f A
163 162 oveq2d φ y B z B T y + F z · ˙ f A = T y · ˙ f A + T f z · ˙ f A
164 101 163 eqtrd φ y B z B E y + F z = T y · ˙ f A + T f z · ˙ f A
165 oveq1 x = y x · ˙ f A = y · ˙ f A
166 165 oveq2d x = y T x · ˙ f A = T y · ˙ f A
167 ovex T y · ˙ f A V
168 166 5 167 fvmpt y B E y = T y · ˙ f A
169 168 ad2antrl φ y B z B E y = T y · ˙ f A
170 oveq1 x = z x · ˙ f A = z · ˙ f A
171 170 oveq2d x = z T x · ˙ f A = T z · ˙ f A
172 ovex T z · ˙ f A V
173 171 5 172 fvmpt z B E z = T z · ˙ f A
174 173 ad2antll φ y B z B E z = T z · ˙ f A
175 169 174 oveq12d φ y B z B E y + T E z = T y · ˙ f A + T T z · ˙ f A
176 93 164 175 3eqtr4d φ y B z B E y + F z = E y + T E z
177 2 3 22 23 25 27 77 176 isghmd φ E F GrpHom T
178 6 adantr φ y Base Scalar F z B T LMod
179 7 adantr φ y Base Scalar F z B I X
180 21 fveq2d φ Base Scalar T = Base Scalar F
181 180 eleq2d φ y Base Scalar T y Base Scalar F
182 181 biimpar φ y Base Scalar F y Base Scalar T
183 182 adantrr φ y Base Scalar F z B y Base Scalar T
184 53 adantrl φ y Base Scalar F z B z · ˙ f A : I C
185 184 ffvelrnda φ y Base Scalar F z B x I z · ˙ f A x C
186 53 feqmptd φ z B z · ˙ f A = x I z · ˙ f A x
187 186 74 eqbrtrrd φ z B finSupp 0 T x I z · ˙ f A x
188 187 adantrl φ y Base Scalar F z B finSupp 0 T x I z · ˙ f A x
189 3 12 45 34 23 4 178 179 183 185 188 gsumvsmul φ y Base Scalar F z B T x I y · ˙ z · ˙ f A x = y · ˙ T x I z · ˙ f A x
190 18 adantr φ y Base Scalar F z B F LMod
191 simprl φ y Base Scalar F z B y Base Scalar F
192 simprr φ y Base Scalar F z B z B
193 2 11 10 13 lmodvscl F LMod y Base Scalar F z B y F z B
194 190 191 192 193 syl3anc φ y Base Scalar F z B y F z B
195 1 48 2 frlmbasf I X y F z B y F z : I Base R
196 179 194 195 syl2anc φ y Base Scalar F z B y F z : I Base R
197 196 ffnd φ y Base Scalar F z B y F z Fn I
198 115 adantr φ y Base Scalar F z B A Fn I
199 197 198 179 179 52 offn φ y Base Scalar F z B y F z · ˙ f A Fn I
200 dffn2 y F z · ˙ f A Fn I y F z · ˙ f A : I V
201 199 200 sylib φ y Base Scalar F z B y F z · ˙ f A : I V
202 201 feqmptd φ y Base Scalar F z B y F z · ˙ f A = x I y F z · ˙ f A x
203 8 fveq2d φ R = Scalar T
204 203 ad2antrr φ y Base Scalar F z B x I R = Scalar T
205 204 oveqd φ y Base Scalar F z B x I y R z x = y Scalar T z x
206 205 oveq1d φ y Base Scalar F z B x I y R z x · ˙ A x = y Scalar T z x · ˙ A x
207 6 ad2antrr φ y Base Scalar F z B x I T LMod
208 simplrl φ y Base Scalar F z B x I y Base Scalar F
209 180 ad2antrr φ y Base Scalar F z B x I Base Scalar T = Base Scalar F
210 208 209 eleqtrrd φ y Base Scalar F z B x I y Base Scalar T
211 50 ffvelrnda φ z B x I z x Base R
212 41 ad2antrr φ z B x I Base R = Base Scalar T
213 211 212 eleqtrd φ z B x I z x Base Scalar T
214 213 adantlrl φ y Base Scalar F z B x I z x Base Scalar T
215 9 ffvelrnda φ x I A x C
216 215 adantlr φ y Base Scalar F z B x I A x C
217 eqid Scalar T = Scalar T
218 3 12 4 45 217 lmodvsass T LMod y Base Scalar T z x Base Scalar T A x C y Scalar T z x · ˙ A x = y · ˙ z x · ˙ A x
219 207 210 214 216 218 syl13anc φ y Base Scalar F z B x I y Scalar T z x · ˙ A x = y · ˙ z x · ˙ A x
220 206 219 eqtrd φ y Base Scalar F z B x I y R z x · ˙ A x = y · ˙ z x · ˙ A x
221 197 adantr φ y Base Scalar F z B x I y F z Fn I
222 115 ad2antrr φ y Base Scalar F z B x I A Fn I
223 7 ad2antrr φ y Base Scalar F z B x I I X
224 simpr φ y Base Scalar F z B x I x I
225 fnfvof y F z Fn I A Fn I I X x I y F z · ˙ f A x = y F z x · ˙ A x
226 221 222 223 224 225 syl22anc φ y Base Scalar F z B x I y F z · ˙ f A x = y F z x · ˙ A x
227 20 fveq2d φ Base R = Base Scalar F
228 227 ad2antrr φ y Base Scalar F z B x I Base R = Base Scalar F
229 208 228 eleqtrrd φ y Base Scalar F z B x I y Base R
230 simplrr φ y Base Scalar F z B x I z B
231 eqid R = R
232 1 2 48 223 229 230 224 10 231 frlmvscaval φ y Base Scalar F z B x I y F z x = y R z x
233 232 oveq1d φ y Base Scalar F z B x I y F z x · ˙ A x = y R z x · ˙ A x
234 226 233 eqtrd φ y Base Scalar F z B x I y F z · ˙ f A x = y R z x · ˙ A x
235 50 ffnd φ z B z Fn I
236 235 adantrl φ y Base Scalar F z B z Fn I
237 236 adantr φ y Base Scalar F z B x I z Fn I
238 237 222 223 224 149 syl22anc φ y Base Scalar F z B x I z · ˙ f A x = z x · ˙ A x
239 238 oveq2d φ y Base Scalar F z B x I y · ˙ z · ˙ f A x = y · ˙ z x · ˙ A x
240 220 234 239 3eqtr4d φ y Base Scalar F z B x I y F z · ˙ f A x = y · ˙ z · ˙ f A x
241 240 mpteq2dva φ y Base Scalar F z B x I y F z · ˙ f A x = x I y · ˙ z · ˙ f A x
242 202 241 eqtrd φ y Base Scalar F z B y F z · ˙ f A = x I y · ˙ z · ˙ f A x
243 242 oveq2d φ y Base Scalar F z B T y F z · ˙ f A = T x I y · ˙ z · ˙ f A x
244 184 feqmptd φ y Base Scalar F z B z · ˙ f A = x I z · ˙ f A x
245 244 oveq2d φ y Base Scalar F z B T z · ˙ f A = T x I z · ˙ f A x
246 245 oveq2d φ y Base Scalar F z B y · ˙ T z · ˙ f A = y · ˙ T x I z · ˙ f A x
247 189 243 246 3eqtr4d φ y Base Scalar F z B T y F z · ˙ f A = y · ˙ T z · ˙ f A
248 oveq1 x = y F z x · ˙ f A = y F z · ˙ f A
249 248 oveq2d x = y F z T x · ˙ f A = T y F z · ˙ f A
250 ovex T y F z · ˙ f A V
251 249 5 250 fvmpt y F z B E y F z = T y F z · ˙ f A
252 194 251 syl φ y Base Scalar F z B E y F z = T y F z · ˙ f A
253 173 oveq2d z B y · ˙ E z = y · ˙ T z · ˙ f A
254 253 ad2antll φ y Base Scalar F z B y · ˙ E z = y · ˙ T z · ˙ f A
255 247 252 254 3eqtr4d φ y Base Scalar F z B E y F z = y · ˙ E z
256 2 10 4 11 12 13 18 6 21 177 255 islmhmd φ E F LMHom T