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Theorem lmhmfgsplit

Description: If the kernel and range of a homomorphism of left modules are finitely generated, then so is the domain. (Contributed by Stefan O'Rear, 1-Jan-2015) (Revised by Stefan O'Rear, 6-May-2015)

Ref Expression
Hypotheses lmhmfgsplit.z 0˙=0T
lmhmfgsplit.k K=F-10˙
lmhmfgsplit.u U=S𝑠K
lmhmfgsplit.v V=T𝑠ranF
Assertion lmhmfgsplit FSLMHomTULFinGenVLFinGenSLFinGen

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lmhmfgsplit.z 0˙=0T
2 lmhmfgsplit.k K=F-10˙
3 lmhmfgsplit.u U=S𝑠K
4 lmhmfgsplit.v V=T𝑠ranF
5 simp3 FSLMHomTULFinGenVLFinGenVLFinGen
6 lmhmlmod2 FSLMHomTTLMod
7 6 3ad2ant1 FSLMHomTULFinGenVLFinGenTLMod
8 lmhmrnlss FSLMHomTranFLSubSpT
9 8 3ad2ant1 FSLMHomTULFinGenVLFinGenranFLSubSpT
10 eqid LSubSpT=LSubSpT
11 eqid LSpanT=LSpanT
12 4 10 11 islssfg TLModranFLSubSpTVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranF
13 7 9 12 syl2anc FSLMHomTULFinGenVLFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranF
14 5 13 mpbid FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranF
15 simpl1 FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFFSLMHomT
16 eqid BaseS=BaseS
17 eqid BaseT=BaseT
18 16 17 lmhmf FSLMHomTF:BaseSBaseT
19 ffn F:BaseSBaseTFFnBaseS
20 15 18 19 3syl FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFFFnBaseS
21 elpwi a𝒫ranFaranF
22 21 ad2antrl FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFaranF
23 simprrl FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFaFin
24 fipreima FFnBaseSaranFaFinb𝒫BaseSFinFb=a
25 20 22 23 24 syl3anc FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFb𝒫BaseSFinFb=a
26 eqid LSubSpS=LSubSpS
27 eqid LSSumS=LSSumS
28 simpll1 FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFb𝒫BaseSFinFb=aFSLMHomT
29 lmhmlmod1 FSLMHomTSLMod
30 29 3ad2ant1 FSLMHomTULFinGenVLFinGenSLMod
31 30 ad2antrr FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFb𝒫BaseSFinFb=aSLMod
32 inss1 𝒫BaseSFin𝒫BaseS
33 32 sseli b𝒫BaseSFinb𝒫BaseS
34 elpwi b𝒫BaseSbBaseS
35 33 34 syl b𝒫BaseSFinbBaseS
36 35 ad2antrl FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFb𝒫BaseSFinFb=abBaseS
37 eqid LSpanS=LSpanS
38 16 26 37 lspcl SLModbBaseSLSpanSbLSubSpS
39 31 36 38 syl2anc FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFb𝒫BaseSFinFb=aLSpanSbLSubSpS
40 16 37 11 lmhmlsp FSLMHomTbBaseSFLSpanSb=LSpanTFb
41 28 36 40 syl2anc FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFb𝒫BaseSFinFb=aFLSpanSb=LSpanTFb
42 fveq2 Fb=aLSpanTFb=LSpanTa
43 42 ad2antll FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFb𝒫BaseSFinFb=aLSpanTFb=LSpanTa
44 simp2rr FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFb𝒫BaseSFinFb=aLSpanTa=ranF
45 44 3expa FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFb𝒫BaseSFinFb=aLSpanTa=ranF
46 41 43 45 3eqtrd FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFb𝒫BaseSFinFb=aFLSpanSb=ranF
47 26 27 1 2 16 28 39 46 kercvrlsm FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFb𝒫BaseSFinFb=aKLSSumSLSpanSb=BaseS
48 47 oveq2d FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFb𝒫BaseSFinFb=aS𝑠KLSSumSLSpanSb=S𝑠BaseS
49 16 ressid SLModS𝑠BaseS=S
50 30 49 syl FSLMHomTULFinGenVLFinGenS𝑠BaseS=S
51 50 ad2antrr FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFb𝒫BaseSFinFb=aS𝑠BaseS=S
52 48 51 eqtr2d FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFb𝒫BaseSFinFb=aS=S𝑠KLSSumSLSpanSb
53 eqid S𝑠LSpanSb=S𝑠LSpanSb
54 eqid S𝑠KLSSumSLSpanSb=S𝑠KLSSumSLSpanSb
55 2 1 26 lmhmkerlss FSLMHomTKLSubSpS
56 55 3ad2ant1 FSLMHomTULFinGenVLFinGenKLSubSpS
57 56 ad2antrr FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFb𝒫BaseSFinFb=aKLSubSpS
58 simpll2 FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFb𝒫BaseSFinFb=aULFinGen
59 inss2 𝒫BaseSFinFin
60 59 sseli b𝒫BaseSFinbFin
61 60 ad2antrl FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFb𝒫BaseSFinFb=abFin
62 37 16 53 islssfgi SLModbBaseSbFinS𝑠LSpanSbLFinGen
63 31 36 61 62 syl3anc FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFb𝒫BaseSFinFb=aS𝑠LSpanSbLFinGen
64 26 27 3 53 54 31 57 39 58 63 lsmfgcl FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFb𝒫BaseSFinFb=aS𝑠KLSSumSLSpanSbLFinGen
65 52 64 eqeltrd FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFb𝒫BaseSFinFb=aSLFinGen
66 25 65 rexlimddv FSLMHomTULFinGenVLFinGena𝒫ranFaFinLSpanTa=ranFSLFinGen
67 14 66 rexlimddv FSLMHomTULFinGenVLFinGenSLFinGen