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Theorem imasvscafn

Description: The image structure's scalar multiplication is a function. (Contributed by Mario Carneiro, 24-Feb-2015)

Ref Expression
Hypotheses imasvscaf.u ⊢ φ → U = F “ 𝑠 R
imasvscaf.v ⊢ φ → V = Base R
imasvscaf.f ⊢ φ → F : V ⟶ onto B
imasvscaf.r ⊢ φ → R ∈ Z
imasvscaf.g ⊢ G = Scalar ⁡ R
imasvscaf.k ⊢ K = Base G
imasvscaf.q ⊢ · ˙ = ⋅ R
imasvscaf.s ⊢ ∙ ˙ = ⋅ U
imasvscaf.e ⊢ φ ∧ p ∈ K ∧ a ∈ V ∧ q ∈ V → F ⁡ a = F ⁡ q → F ⁡ p · ˙ a = F ⁡ p · ˙ q
Assertion imasvscafn ⊢ φ → ∙ ˙ Fn K × B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 imasvscaf.u ⊢ φ → U = F “ 𝑠 R
2 imasvscaf.v ⊢ φ → V = Base R
3 imasvscaf.f ⊢ φ → F : V ⟶ onto B
4 imasvscaf.r ⊢ φ → R ∈ Z
5 imasvscaf.g ⊢ G = Scalar ⁡ R
6 imasvscaf.k ⊢ K = Base G
7 imasvscaf.q ⊢ · ˙ = ⋅ R
8 imasvscaf.s ⊢ ∙ ˙ = ⋅ U
9 imasvscaf.e ⊢ φ ∧ p ∈ K ∧ a ∈ V ∧ q ∈ V → F ⁡ a = F ⁡ q → F ⁡ p · ˙ a = F ⁡ p · ˙ q
10 eqid ⊢ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q = p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q
11 fvex ⊢ F ⁡ p · ˙ q ∈ V
12 10 11 fnmpoi ⊢ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q Fn K × F ⁡ q
13 fnrel ⊢ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q Fn K × F ⁡ q → Rel ⁡ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q
14 12 13 ax-mp ⊢ Rel ⁡ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q
15 14 rgenw ⊢ ∀ q ∈ V Rel ⁡ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q
16 reliun ⊢ Rel ⁡ ⋃ q ∈ V p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ↔ ∀ q ∈ V Rel ⁡ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q
17 15 16 mpbir ⊢ Rel ⁡ ⋃ q ∈ V p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q
18 1 2 3 4 5 6 7 8 imasvsca ⊢ φ → ∙ ˙ = ⋃ q ∈ V p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q
19 18 releqd ⊢ φ → Rel ⁡ ∙ ˙ ↔ Rel ⁡ ⋃ q ∈ V p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q
20 17 19 mpbiri ⊢ φ → Rel ⁡ ∙ ˙
21 dffn2 ⊢ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q Fn K × F ⁡ q ↔ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q : K × F ⁡ q ⟶ V
22 12 21 mpbi ⊢ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q : K × F ⁡ q ⟶ V
23 fssxp ⊢ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q : K × F ⁡ q ⟶ V → p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ⊆ K × F ⁡ q × V
24 22 23 ax-mp ⊢ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ⊆ K × F ⁡ q × V
25 fof ⊢ F : V ⟶ onto B → F : V ⟶ B
26 3 25 syl ⊢ φ → F : V ⟶ B
27 26 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ q ∈ V → F ⁡ q ∈ B
28 27 snssd ⊢ φ ∧ q ∈ V → F ⁡ q ⊆ B
29 xpss2 ⊢ F ⁡ q ⊆ B → K × F ⁡ q ⊆ K × B
30 xpss1 ⊢ K × F ⁡ q ⊆ K × B → K × F ⁡ q × V ⊆ K × B × V
31 28 29 30 3syl ⊢ φ ∧ q ∈ V → K × F ⁡ q × V ⊆ K × B × V
32 24 31 sstrid ⊢ φ ∧ q ∈ V → p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ⊆ K × B × V
33 32 ralrimiva ⊢ φ → ∀ q ∈ V p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ⊆ K × B × V
34 iunss ⊢ ⋃ q ∈ V p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ⊆ K × B × V ↔ ∀ q ∈ V p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ⊆ K × B × V
35 33 34 sylibr ⊢ φ → ⋃ q ∈ V p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ⊆ K × B × V
36 18 35 eqsstrd ⊢ φ → ∙ ˙ ⊆ K × B × V
37 dmss ⊢ ∙ ˙ ⊆ K × B × V → dom ⁡ ∙ ˙ ⊆ dom ⁡ K × B × V
38 36 37 syl ⊢ φ → dom ⁡ ∙ ˙ ⊆ dom ⁡ K × B × V
39 vn0 ⊢ V ≠ ∅
40 dmxp ⊢ V ≠ ∅ → dom ⁡ K × B × V = K × B
41 39 40 ax-mp ⊢ dom ⁡ K × B × V = K × B
42 38 41 sseqtrdi ⊢ φ → dom ⁡ ∙ ˙ ⊆ K × B
43 forn ⊢ F : V ⟶ onto B → ran ⁡ F = B
44 3 43 syl ⊢ φ → ran ⁡ F = B
45 44 xpeq2d ⊢ φ → K × ran ⁡ F = K × B
46 42 45 sseqtrrd ⊢ φ → dom ⁡ ∙ ˙ ⊆ K × ran ⁡ F
47 df-br ⊢ p F ⁡ a ∙ ˙ w ↔ p F ⁡ a w ∈ ∙ ˙
48 18 eleq2d ⊢ φ → p F ⁡ a w ∈ ∙ ˙ ↔ p F ⁡ a w ∈ ⋃ q ∈ V p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q
49 48 adantr ⊢ φ ∧ p ∈ K ∧ a ∈ V → p F ⁡ a w ∈ ∙ ˙ ↔ p F ⁡ a w ∈ ⋃ q ∈ V p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q
50 eliun ⊢ p F ⁡ a w ∈ ⋃ q ∈ V p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ↔ ∃ q ∈ V p F ⁡ a w ∈ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q
51 df-3an ⊢ p ∈ K ∧ a ∈ V ∧ q ∈ V ↔ p ∈ K ∧ a ∈ V ∧ q ∈ V
52 10 mpofun ⊢ Fun ⁡ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q
53 funopfv ⊢ Fun ⁡ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q → p F ⁡ a w ∈ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q → p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ⁡ p F ⁡ a = w
54 52 53 ax-mp ⊢ p F ⁡ a w ∈ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q → p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ⁡ p F ⁡ a = w
55 df-ov ⊢ p p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q F ⁡ a = p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ⁡ p F ⁡ a
56 opex ⊢ p F ⁡ a ∈ V
57 vex ⊢ w ∈ V
58 56 57 opeldm ⊢ p F ⁡ a w ∈ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q → p F ⁡ a ∈ dom ⁡ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q
59 10 11 dmmpo ⊢ dom ⁡ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q = K × F ⁡ q
60 58 59 eleqtrdi ⊢ p F ⁡ a w ∈ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q → p F ⁡ a ∈ K × F ⁡ q
61 opelxp ⊢ p F ⁡ a ∈ K × F ⁡ q ↔ p ∈ K ∧ F ⁡ a ∈ F ⁡ q
62 60 61 sylib ⊢ p F ⁡ a w ∈ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q → p ∈ K ∧ F ⁡ a ∈ F ⁡ q
63 fvoveq1 ⊢ z = p → F ⁡ z · ˙ q = F ⁡ p · ˙ q
64 eqidd ⊢ y = F ⁡ a → F ⁡ p · ˙ q = F ⁡ p · ˙ q
65 fvoveq1 ⊢ p = z → F ⁡ p · ˙ q = F ⁡ z · ˙ q
66 eqidd ⊢ x = y → F ⁡ z · ˙ q = F ⁡ z · ˙ q
67 65 66 cbvmpov ⊢ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q = z ∈ K , y ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ z · ˙ q
68 63 64 67 11 ovmpo ⊢ p ∈ K ∧ F ⁡ a ∈ F ⁡ q → p p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q F ⁡ a = F ⁡ p · ˙ q
69 62 68 syl ⊢ p F ⁡ a w ∈ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q → p p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q F ⁡ a = F ⁡ p · ˙ q
70 55 69 eqtr3id ⊢ p F ⁡ a w ∈ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q → p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ⁡ p F ⁡ a = F ⁡ p · ˙ q
71 54 70 eqtr3d ⊢ p F ⁡ a w ∈ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q → w = F ⁡ p · ˙ q
72 71 adantl ⊢ φ ∧ p ∈ K ∧ a ∈ V ∧ q ∈ V ∧ p F ⁡ a w ∈ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q → w = F ⁡ p · ˙ q
73 elsni ⊢ F ⁡ a ∈ F ⁡ q → F ⁡ a = F ⁡ q
74 62 73 simpl2im ⊢ p F ⁡ a w ∈ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q → F ⁡ a = F ⁡ q
75 9 74 impel ⊢ φ ∧ p ∈ K ∧ a ∈ V ∧ q ∈ V ∧ p F ⁡ a w ∈ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q → F ⁡ p · ˙ a = F ⁡ p · ˙ q
76 72 75 eqtr4d ⊢ φ ∧ p ∈ K ∧ a ∈ V ∧ q ∈ V ∧ p F ⁡ a w ∈ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q → w = F ⁡ p · ˙ a
77 76 ex ⊢ φ ∧ p ∈ K ∧ a ∈ V ∧ q ∈ V → p F ⁡ a w ∈ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q → w = F ⁡ p · ˙ a
78 51 77 sylan2br ⊢ φ ∧ p ∈ K ∧ a ∈ V ∧ q ∈ V → p F ⁡ a w ∈ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q → w = F ⁡ p · ˙ a
79 78 anassrs ⊢ φ ∧ p ∈ K ∧ a ∈ V ∧ q ∈ V → p F ⁡ a w ∈ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q → w = F ⁡ p · ˙ a
80 79 rexlimdva ⊢ φ ∧ p ∈ K ∧ a ∈ V → ∃ q ∈ V p F ⁡ a w ∈ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q → w = F ⁡ p · ˙ a
81 50 80 biimtrid ⊢ φ ∧ p ∈ K ∧ a ∈ V → p F ⁡ a w ∈ ⋃ q ∈ V p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q → w = F ⁡ p · ˙ a
82 49 81 sylbid ⊢ φ ∧ p ∈ K ∧ a ∈ V → p F ⁡ a w ∈ ∙ ˙ → w = F ⁡ p · ˙ a
83 47 82 biimtrid ⊢ φ ∧ p ∈ K ∧ a ∈ V → p F ⁡ a ∙ ˙ w → w = F ⁡ p · ˙ a
84 83 alrimiv ⊢ φ ∧ p ∈ K ∧ a ∈ V → ∀ w p F ⁡ a ∙ ˙ w → w = F ⁡ p · ˙ a
85 mo2icl ⊢ ∀ w p F ⁡ a ∙ ˙ w → w = F ⁡ p · ˙ a → ∃* w p F ⁡ a ∙ ˙ w
86 84 85 syl ⊢ φ ∧ p ∈ K ∧ a ∈ V → ∃* w p F ⁡ a ∙ ˙ w
87 86 ralrimivva ⊢ φ → ∀ p ∈ K ∀ a ∈ V ∃* w p F ⁡ a ∙ ˙ w
88 fofn ⊢ F : V ⟶ onto B → F Fn V
89 opeq2 ⊢ y = F ⁡ a → p y = p F ⁡ a
90 89 breq1d ⊢ y = F ⁡ a → p y ∙ ˙ w ↔ p F ⁡ a ∙ ˙ w
91 90 mobidv ⊢ y = F ⁡ a → ∃* w p y ∙ ˙ w ↔ ∃* w p F ⁡ a ∙ ˙ w
92 91 ralrn ⊢ F Fn V → ∀ y ∈ ran ⁡ F ∃* w p y ∙ ˙ w ↔ ∀ a ∈ V ∃* w p F ⁡ a ∙ ˙ w
93 3 88 92 3syl ⊢ φ → ∀ y ∈ ran ⁡ F ∃* w p y ∙ ˙ w ↔ ∀ a ∈ V ∃* w p F ⁡ a ∙ ˙ w
94 93 ralbidv ⊢ φ → ∀ p ∈ K ∀ y ∈ ran ⁡ F ∃* w p y ∙ ˙ w ↔ ∀ p ∈ K ∀ a ∈ V ∃* w p F ⁡ a ∙ ˙ w
95 87 94 mpbird ⊢ φ → ∀ p ∈ K ∀ y ∈ ran ⁡ F ∃* w p y ∙ ˙ w
96 breq1 ⊢ x = p y → x ∙ ˙ w ↔ p y ∙ ˙ w
97 96 mobidv ⊢ x = p y → ∃* w x ∙ ˙ w ↔ ∃* w p y ∙ ˙ w
98 97 ralxp ⊢ ∀ x ∈ K × ran ⁡ F ∃* w x ∙ ˙ w ↔ ∀ p ∈ K ∀ y ∈ ran ⁡ F ∃* w p y ∙ ˙ w
99 95 98 sylibr ⊢ φ → ∀ x ∈ K × ran ⁡ F ∃* w x ∙ ˙ w
100 ssralv ⊢ dom ⁡ ∙ ˙ ⊆ K × ran ⁡ F → ∀ x ∈ K × ran ⁡ F ∃* w x ∙ ˙ w → ∀ x ∈ dom ⁡ ∙ ˙ ∃* w x ∙ ˙ w
101 46 99 100 sylc ⊢ φ → ∀ x ∈ dom ⁡ ∙ ˙ ∃* w x ∙ ˙ w
102 dffun7 ⊢ Fun ⁡ ∙ ˙ ↔ Rel ⁡ ∙ ˙ ∧ ∀ x ∈ dom ⁡ ∙ ˙ ∃* w x ∙ ˙ w
103 20 101 102 sylanbrc ⊢ φ → Fun ⁡ ∙ ˙
104 eqimss2 ⊢ ∙ ˙ = ⋃ q ∈ V p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q → ⋃ q ∈ V p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ⊆ ∙ ˙
105 18 104 syl ⊢ φ → ⋃ q ∈ V p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ⊆ ∙ ˙
106 iunss ⊢ ⋃ q ∈ V p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ⊆ ∙ ˙ ↔ ∀ q ∈ V p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ⊆ ∙ ˙
107 105 106 sylib ⊢ φ → ∀ q ∈ V p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ⊆ ∙ ˙
108 107 r19.21bi ⊢ φ ∧ q ∈ V → p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ⊆ ∙ ˙
109 108 adantrl ⊢ φ ∧ p ∈ K ∧ q ∈ V → p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ⊆ ∙ ˙
110 dmss ⊢ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ⊆ ∙ ˙ → dom ⁡ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ⊆ dom ⁡ ∙ ˙
111 109 110 syl ⊢ φ ∧ p ∈ K ∧ q ∈ V → dom ⁡ p ∈ K , x ∈ F ⁡ q ⟼ F ⁡ p · ˙ q ⊆ dom ⁡ ∙ ˙
112 59 111 eqsstrrid ⊢ φ ∧ p ∈ K ∧ q ∈ V → K × F ⁡ q ⊆ dom ⁡ ∙ ˙
113 simprl ⊢ φ ∧ p ∈ K ∧ q ∈ V → p ∈ K
114 fvex ⊢ F ⁡ q ∈ V
115 114 snid ⊢ F ⁡ q ∈ F ⁡ q
116 opelxpi ⊢ p ∈ K ∧ F ⁡ q ∈ F ⁡ q → p F ⁡ q ∈ K × F ⁡ q
117 113 115 116 sylancl ⊢ φ ∧ p ∈ K ∧ q ∈ V → p F ⁡ q ∈ K × F ⁡ q
118 112 117 sseldd ⊢ φ ∧ p ∈ K ∧ q ∈ V → p F ⁡ q ∈ dom ⁡ ∙ ˙
119 118 ralrimivva ⊢ φ → ∀ p ∈ K ∀ q ∈ V p F ⁡ q ∈ dom ⁡ ∙ ˙
120 opeq2 ⊢ y = F ⁡ q → p y = p F ⁡ q
121 120 eleq1d ⊢ y = F ⁡ q → p y ∈ dom ⁡ ∙ ˙ ↔ p F ⁡ q ∈ dom ⁡ ∙ ˙
122 121 ralrn ⊢ F Fn V → ∀ y ∈ ran ⁡ F p y ∈ dom ⁡ ∙ ˙ ↔ ∀ q ∈ V p F ⁡ q ∈ dom ⁡ ∙ ˙
123 3 88 122 3syl ⊢ φ → ∀ y ∈ ran ⁡ F p y ∈ dom ⁡ ∙ ˙ ↔ ∀ q ∈ V p F ⁡ q ∈ dom ⁡ ∙ ˙
124 123 ralbidv ⊢ φ → ∀ p ∈ K ∀ y ∈ ran ⁡ F p y ∈ dom ⁡ ∙ ˙ ↔ ∀ p ∈ K ∀ q ∈ V p F ⁡ q ∈ dom ⁡ ∙ ˙
125 119 124 mpbird ⊢ φ → ∀ p ∈ K ∀ y ∈ ran ⁡ F p y ∈ dom ⁡ ∙ ˙
126 eleq1 ⊢ x = p y → x ∈ dom ⁡ ∙ ˙ ↔ p y ∈ dom ⁡ ∙ ˙
127 126 ralxp ⊢ ∀ x ∈ K × ran ⁡ F x ∈ dom ⁡ ∙ ˙ ↔ ∀ p ∈ K ∀ y ∈ ran ⁡ F p y ∈ dom ⁡ ∙ ˙
128 125 127 sylibr ⊢ φ → ∀ x ∈ K × ran ⁡ F x ∈ dom ⁡ ∙ ˙
129 dfss3 ⊢ K × ran ⁡ F ⊆ dom ⁡ ∙ ˙ ↔ ∀ x ∈ K × ran ⁡ F x ∈ dom ⁡ ∙ ˙
130 128 129 sylibr ⊢ φ → K × ran ⁡ F ⊆ dom ⁡ ∙ ˙
131 45 130 eqsstrrd ⊢ φ → K × B ⊆ dom ⁡ ∙ ˙
132 42 131 eqssd ⊢ φ → dom ⁡ ∙ ˙ = K × B
133 df-fn ⊢ ∙ ˙ Fn K × B ↔ Fun ⁡ ∙ ˙ ∧ dom ⁡ ∙ ˙ = K × B
134 103 132 133 sylanbrc ⊢ φ → ∙ ˙ Fn K × B