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Theorem lmodvsmdi

Description: Multiple distributive law for scalar product (left-distributivity). (Contributed by AV, 5-Sep-2019)

Ref Expression
Hypotheses lmodvsmdi.v ⊢ V = Base W
lmodvsmdi.f ⊢ F = Scalar ⁡ W
lmodvsmdi.s ⊢ · ˙ = ⋅ W
lmodvsmdi.k ⊢ K = Base F
lmodvsmdi.p ⊢ × ˙ = ⋅ W
lmodvsmdi.e ⊢ E = ⋅ F
Assertion lmodvsmdi ⊢ W ∈ LMod ∧ R ∈ K ∧ N ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ V → R · ˙ N × ˙ X = N E R · ˙ X

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lmodvsmdi.v ⊢ V = Base W
2 lmodvsmdi.f ⊢ F = Scalar ⁡ W
3 lmodvsmdi.s ⊢ · ˙ = ⋅ W
4 lmodvsmdi.k ⊢ K = Base F
5 lmodvsmdi.p ⊢ × ˙ = ⋅ W
6 lmodvsmdi.e ⊢ E = ⋅ F
7 oveq1 ⊢ x = 0 → x × ˙ X = 0 × ˙ X
8 7 oveq2d ⊢ x = 0 → R · ˙ x × ˙ X = R · ˙ 0 × ˙ X
9 oveq1 ⊢ x = 0 → x E R = 0 E R
10 9 oveq1d ⊢ x = 0 → x E R · ˙ X = 0 E R · ˙ X
11 8 10 eqeq12d ⊢ x = 0 → R · ˙ x × ˙ X = x E R · ˙ X ↔ R · ˙ 0 × ˙ X = 0 E R · ˙ X
12 11 imbi2d ⊢ x = 0 → R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R · ˙ x × ˙ X = x E R · ˙ X ↔ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R · ˙ 0 × ˙ X = 0 E R · ˙ X
13 oveq1 ⊢ x = y → x × ˙ X = y × ˙ X
14 13 oveq2d ⊢ x = y → R · ˙ x × ˙ X = R · ˙ y × ˙ X
15 oveq1 ⊢ x = y → x E R = y E R
16 15 oveq1d ⊢ x = y → x E R · ˙ X = y E R · ˙ X
17 14 16 eqeq12d ⊢ x = y → R · ˙ x × ˙ X = x E R · ˙ X ↔ R · ˙ y × ˙ X = y E R · ˙ X
18 17 imbi2d ⊢ x = y → R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R · ˙ x × ˙ X = x E R · ˙ X ↔ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R · ˙ y × ˙ X = y E R · ˙ X
19 oveq1 ⊢ x = y + 1 → x × ˙ X = y + 1 × ˙ X
20 19 oveq2d ⊢ x = y + 1 → R · ˙ x × ˙ X = R · ˙ y + 1 × ˙ X
21 oveq1 ⊢ x = y + 1 → x E R = y + 1 E R
22 21 oveq1d ⊢ x = y + 1 → x E R · ˙ X = y + 1 E R · ˙ X
23 20 22 eqeq12d ⊢ x = y + 1 → R · ˙ x × ˙ X = x E R · ˙ X ↔ R · ˙ y + 1 × ˙ X = y + 1 E R · ˙ X
24 23 imbi2d ⊢ x = y + 1 → R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R · ˙ x × ˙ X = x E R · ˙ X ↔ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R · ˙ y + 1 × ˙ X = y + 1 E R · ˙ X
25 oveq1 ⊢ x = N → x × ˙ X = N × ˙ X
26 25 oveq2d ⊢ x = N → R · ˙ x × ˙ X = R · ˙ N × ˙ X
27 oveq1 ⊢ x = N → x E R = N E R
28 27 oveq1d ⊢ x = N → x E R · ˙ X = N E R · ˙ X
29 26 28 eqeq12d ⊢ x = N → R · ˙ x × ˙ X = x E R · ˙ X ↔ R · ˙ N × ˙ X = N E R · ˙ X
30 29 imbi2d ⊢ x = N → R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R · ˙ x × ˙ X = x E R · ˙ X ↔ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R · ˙ N × ˙ X = N E R · ˙ X
31 simpr ⊢ R ∈ K ∧ X ∈ V → X ∈ V
32 31 adantr ⊢ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → X ∈ V
33 eqid ⊢ 0 W = 0 W
34 1 33 5 mulg0 ⊢ X ∈ V → 0 × ˙ X = 0 W
35 32 34 syl ⊢ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → 0 × ˙ X = 0 W
36 35 oveq2d ⊢ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R · ˙ 0 × ˙ X = R · ˙ 0 W
37 simpl ⊢ R ∈ K ∧ X ∈ V → R ∈ K
38 37 anim1i ⊢ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R ∈ K ∧ W ∈ LMod
39 38 ancomd ⊢ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → W ∈ LMod ∧ R ∈ K
40 2 3 4 33 lmodvs0 ⊢ W ∈ LMod ∧ R ∈ K → R · ˙ 0 W = 0 W
41 39 40 syl ⊢ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R · ˙ 0 W = 0 W
42 31 anim1i ⊢ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → X ∈ V ∧ W ∈ LMod
43 42 ancomd ⊢ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → W ∈ LMod ∧ X ∈ V
44 eqid ⊢ 0 F = 0 F
45 1 2 3 44 33 lmod0vs ⊢ W ∈ LMod ∧ X ∈ V → 0 F · ˙ X = 0 W
46 43 45 syl ⊢ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → 0 F · ˙ X = 0 W
47 37 adantr ⊢ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R ∈ K
48 4 44 6 mulg0 ⊢ R ∈ K → 0 E R = 0 F
49 48 eqcomd ⊢ R ∈ K → 0 F = 0 E R
50 47 49 syl ⊢ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → 0 F = 0 E R
51 50 oveq1d ⊢ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → 0 F · ˙ X = 0 E R · ˙ X
52 41 46 51 3eqtr2d ⊢ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R · ˙ 0 W = 0 E R · ˙ X
53 36 52 eqtrd ⊢ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R · ˙ 0 × ˙ X = 0 E R · ˙ X
54 lmodgrp ⊢ W ∈ LMod → W ∈ Grp
55 54 grpmndd ⊢ W ∈ LMod → W ∈ Mnd
56 55 ad2antll ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → W ∈ Mnd
57 simpl ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → y ∈ ℕ 0
58 32 adantl ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → X ∈ V
59 eqid ⊢ + W = + W
60 1 5 59 mulgnn0p1 ⊢ W ∈ Mnd ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ V → y + 1 × ˙ X = y × ˙ X + W X
61 56 57 58 60 syl3anc ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → y + 1 × ˙ X = y × ˙ X + W X
62 61 oveq2d ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R · ˙ y + 1 × ˙ X = R · ˙ y × ˙ X + W X
63 simpr ⊢ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → W ∈ LMod
64 63 adantl ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → W ∈ LMod
65 simprll ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R ∈ K
66 1 5 56 57 58 mulgnn0cld ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → y × ˙ X ∈ V
67 1 59 2 3 4 lmodvsdi ⊢ W ∈ LMod ∧ R ∈ K ∧ y × ˙ X ∈ V ∧ X ∈ V → R · ˙ y × ˙ X + W X = R · ˙ y × ˙ X + W R · ˙ X
68 64 65 66 58 67 syl13anc ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R · ˙ y × ˙ X + W X = R · ˙ y × ˙ X + W R · ˙ X
69 62 68 eqtrd ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R · ˙ y + 1 × ˙ X = R · ˙ y × ˙ X + W R · ˙ X
70 oveq1 ⊢ R · ˙ y × ˙ X = y E R · ˙ X → R · ˙ y × ˙ X + W R · ˙ X = y E R · ˙ X + W R · ˙ X
71 69 70 sylan9eq ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod ∧ R · ˙ y × ˙ X = y E R · ˙ X → R · ˙ y + 1 × ˙ X = y E R · ˙ X + W R · ˙ X
72 2 lmodfgrp ⊢ W ∈ LMod → F ∈ Grp
73 72 grpmndd ⊢ W ∈ LMod → F ∈ Mnd
74 73 ad2antll ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → F ∈ Mnd
75 4 6 74 57 65 mulgnn0cld ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → y E R ∈ K
76 eqid ⊢ + F = + F
77 1 59 2 3 4 76 lmodvsdir ⊢ W ∈ LMod ∧ y E R ∈ K ∧ R ∈ K ∧ X ∈ V → y E R + F R · ˙ X = y E R · ˙ X + W R · ˙ X
78 64 75 65 58 77 syl13anc ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → y E R + F R · ˙ X = y E R · ˙ X + W R · ˙ X
79 4 6 76 mulgnn0p1 ⊢ F ∈ Mnd ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ R ∈ K → y + 1 E R = y E R + F R
80 74 57 65 79 syl3anc ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → y + 1 E R = y E R + F R
81 80 eqcomd ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → y E R + F R = y + 1 E R
82 81 oveq1d ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → y E R + F R · ˙ X = y + 1 E R · ˙ X
83 78 82 eqtr3d ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → y E R · ˙ X + W R · ˙ X = y + 1 E R · ˙ X
84 83 adantr ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod ∧ R · ˙ y × ˙ X = y E R · ˙ X → y E R · ˙ X + W R · ˙ X = y + 1 E R · ˙ X
85 71 84 eqtrd ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod ∧ R · ˙ y × ˙ X = y E R · ˙ X → R · ˙ y + 1 × ˙ X = y + 1 E R · ˙ X
86 85 exp31 ⊢ y ∈ ℕ 0 → R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R · ˙ y × ˙ X = y E R · ˙ X → R · ˙ y + 1 × ˙ X = y + 1 E R · ˙ X
87 86 a2d ⊢ y ∈ ℕ 0 → R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R · ˙ y × ˙ X = y E R · ˙ X → R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R · ˙ y + 1 × ˙ X = y + 1 E R · ˙ X
88 12 18 24 30 53 87 nn0ind ⊢ N ∈ ℕ 0 → R ∈ K ∧ X ∈ V ∧ W ∈ LMod → R · ˙ N × ˙ X = N E R · ˙ X
89 88 exp4c ⊢ N ∈ ℕ 0 → R ∈ K → X ∈ V → W ∈ LMod → R · ˙ N × ˙ X = N E R · ˙ X
90 89 com12 ⊢ R ∈ K → N ∈ ℕ 0 → X ∈ V → W ∈ LMod → R · ˙ N × ˙ X = N E R · ˙ X
91 90 3imp ⊢ R ∈ K ∧ N ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ V → W ∈ LMod → R · ˙ N × ˙ X = N E R · ˙ X
92 91 impcom ⊢ W ∈ LMod ∧ R ∈ K ∧ N ∈ ℕ 0 ∧ X ∈ V → R · ˙ N × ˙ X = N E R · ˙ X