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Theorem psrlidm

Description: The identity element of the ring of power series is a left identity. (Contributed by Mario Carneiro, 29-Dec-2014) (Proof shortened by AV, 8-Jul-2019)

Ref Expression
Hypotheses psrring.s ⊢ S = I mPwSer R
psrring.i ⊢ φ → I ∈ V
psrring.r ⊢ φ → R ∈ Ring
psr1cl.d ⊢ D = f ∈ ℕ 0 I | f -1 ℕ ∈ Fin
psr1cl.z ⊢ 0 ˙ = 0 R
psr1cl.o ⊢ 1 ˙ = 1 R
psr1cl.u ⊢ U = x ∈ D ⟼ if x = I × 0 1 ˙ 0 ˙
psr1cl.b ⊢ B = Base S
psrlidm.t ⊢ · ˙ = ⋅ S
psrlidm.x ⊢ φ → X ∈ B
Assertion psrlidm ⊢ φ → U · ˙ X = X

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 psrring.s ⊢ S = I mPwSer R
2 psrring.i ⊢ φ → I ∈ V
3 psrring.r ⊢ φ → R ∈ Ring
4 psr1cl.d ⊢ D = f ∈ ℕ 0 I | f -1 ℕ ∈ Fin
5 psr1cl.z ⊢ 0 ˙ = 0 R
6 psr1cl.o ⊢ 1 ˙ = 1 R
7 psr1cl.u ⊢ U = x ∈ D ⟼ if x = I × 0 1 ˙ 0 ˙
8 psr1cl.b ⊢ B = Base S
9 psrlidm.t ⊢ · ˙ = ⋅ S
10 psrlidm.x ⊢ φ → X ∈ B
11 eqid ⊢ Base R = Base R
12 1 2 3 4 5 6 7 8 psr1cl ⊢ φ → U ∈ B
13 1 8 9 3 12 10 psrmulcl ⊢ φ → U · ˙ X ∈ B
14 1 11 4 8 13 psrelbas ⊢ φ → U · ˙ X : D ⟶ Base R
15 14 ffnd ⊢ φ → U · ˙ X Fn D
16 1 11 4 8 10 psrelbas ⊢ φ → X : D ⟶ Base R
17 16 ffnd ⊢ φ → X Fn D
18 eqid ⊢ ⋅ R = ⋅ R
19 12 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ D → U ∈ B
20 10 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ D → X ∈ B
21 simpr ⊢ φ ∧ y ∈ D → y ∈ D
22 1 8 18 9 4 19 20 21 psrmulval ⊢ φ ∧ y ∈ D → U · ˙ X ⁡ y = ∑ R z ∈ g ∈ D | g ≤ f y U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z
23 breq1 ⊢ g = I × 0 → g ≤ f y ↔ I × 0 ≤ f y
24 fconstmpt ⊢ I × 0 = x ∈ I ⟼ 0
25 4 fczpsrbag ⊢ I ∈ V → x ∈ I ⟼ 0 ∈ D
26 2 25 syl ⊢ φ → x ∈ I ⟼ 0 ∈ D
27 24 26 eqeltrid ⊢ φ → I × 0 ∈ D
28 27 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ D → I × 0 ∈ D
29 4 psrbagf ⊢ y ∈ D → y : I ⟶ ℕ 0
30 29 adantl ⊢ φ ∧ y ∈ D → y : I ⟶ ℕ 0
31 30 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ x ∈ I → y ⁡ x ∈ ℕ 0
32 31 nn0ge0d ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ x ∈ I → 0 ≤ y ⁡ x
33 32 ralrimiva ⊢ φ ∧ y ∈ D → ∀ x ∈ I 0 ≤ y ⁡ x
34 0nn0 ⊢ 0 ∈ ℕ 0
35 34 fconst6 ⊢ I × 0 : I ⟶ ℕ 0
36 ffn ⊢ I × 0 : I ⟶ ℕ 0 → I × 0 Fn I
37 35 36 mp1i ⊢ φ ∧ y ∈ D → I × 0 Fn I
38 30 ffnd ⊢ φ ∧ y ∈ D → y Fn I
39 2 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ D → I ∈ V
40 inidm ⊢ I ∩ I = I
41 34 a1i ⊢ φ ∧ y ∈ D → 0 ∈ ℕ 0
42 fvconst2g ⊢ 0 ∈ ℕ 0 ∧ x ∈ I → I × 0 ⁡ x = 0
43 41 42 sylan ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ x ∈ I → I × 0 ⁡ x = 0
44 eqidd ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ x ∈ I → y ⁡ x = y ⁡ x
45 37 38 39 39 40 43 44 ofrfval ⊢ φ ∧ y ∈ D → I × 0 ≤ f y ↔ ∀ x ∈ I 0 ≤ y ⁡ x
46 33 45 mpbird ⊢ φ ∧ y ∈ D → I × 0 ≤ f y
47 23 28 46 elrabd ⊢ φ ∧ y ∈ D → I × 0 ∈ g ∈ D | g ≤ f y
48 47 snssd ⊢ φ ∧ y ∈ D → I × 0 ⊆ g ∈ D | g ≤ f y
49 48 resmptd ⊢ φ ∧ y ∈ D → z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ⟼ U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z ↾ I × 0 = z ∈ I × 0 ⟼ U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z
50 49 oveq2d ⊢ φ ∧ y ∈ D → ∑ R z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ⟼ U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z ↾ I × 0 = ∑ R z ∈ I × 0 U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z
51 ringcmn ⊢ R ∈ Ring → R ∈ CMnd
52 3 51 syl ⊢ φ → R ∈ CMnd
53 52 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ D → R ∈ CMnd
54 ovex ⊢ ℕ 0 I ∈ V
55 4 54 rab2ex ⊢ g ∈ D | g ≤ f y ∈ V
56 55 a1i ⊢ φ ∧ y ∈ D → g ∈ D | g ≤ f y ∈ V
57 3 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y → R ∈ Ring
58 breq1 ⊢ g = z → g ≤ f y ↔ z ≤ f y
59 58 elrab ⊢ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ↔ z ∈ D ∧ z ≤ f y
60 59 bilani ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y → z ∈ D ∧ z ≤ f y
61 60 simpld ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y → z ∈ D
62 1 11 4 8 19 psrelbas ⊢ φ ∧ y ∈ D → U : D ⟶ Base R
63 62 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ D → U ⁡ z ∈ Base R
64 61 63 syldan ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y → U ⁡ z ∈ Base R
65 16 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y → X : D ⟶ Base R
66 21 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y → y ∈ D
67 4 psrbagf ⊢ z ∈ D → z : I ⟶ ℕ 0
68 61 67 syl ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y → z : I ⟶ ℕ 0
69 60 simprd ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y → z ≤ f y
70 4 psrbagcon ⊢ y ∈ D ∧ z : I ⟶ ℕ 0 ∧ z ≤ f y → y − f z ∈ D ∧ y − f z ≤ f y
71 66 68 69 70 syl3anc ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y → y − f z ∈ D ∧ y − f z ≤ f y
72 71 simpld ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y → y − f z ∈ D
73 65 72 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y → X ⁡ y − f z ∈ Base R
74 11 18 ringcl ⊢ R ∈ Ring ∧ U ⁡ z ∈ Base R ∧ X ⁡ y − f z ∈ Base R → U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z ∈ Base R
75 57 64 73 74 syl3anc ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y → U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z ∈ Base R
76 75 fmpttd ⊢ φ ∧ y ∈ D → z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ⟼ U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z : g ∈ D | g ≤ f y ⟶ Base R
77 eldifi ⊢ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ∖ I × 0 → z ∈ g ∈ D | g ≤ f y
78 77 60 sylan2 ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ∖ I × 0 → z ∈ D ∧ z ≤ f y
79 78 simpld ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ∖ I × 0 → z ∈ D
80 eqeq1 ⊢ x = z → x = I × 0 ↔ z = I × 0
81 80 ifbid ⊢ x = z → if x = I × 0 1 ˙ 0 ˙ = if z = I × 0 1 ˙ 0 ˙
82 6 fvexi ⊢ 1 ˙ ∈ V
83 5 fvexi ⊢ 0 ˙ ∈ V
84 82 83 ifex ⊢ if z = I × 0 1 ˙ 0 ˙ ∈ V
85 81 7 84 fvmpt ⊢ z ∈ D → U ⁡ z = if z = I × 0 1 ˙ 0 ˙
86 79 85 syl ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ∖ I × 0 → U ⁡ z = if z = I × 0 1 ˙ 0 ˙
87 eldifn ⊢ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ∖ I × 0 → ¬ z ∈ I × 0
88 87 adantl ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ∖ I × 0 → ¬ z ∈ I × 0
89 velsn ⊢ z ∈ I × 0 ↔ z = I × 0
90 88 89 sylnib ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ∖ I × 0 → ¬ z = I × 0
91 90 iffalsed ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ∖ I × 0 → if z = I × 0 1 ˙ 0 ˙ = 0 ˙
92 86 91 eqtrd ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ∖ I × 0 → U ⁡ z = 0 ˙
93 92 oveq1d ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ∖ I × 0 → U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z = 0 ˙ ⋅ R X ⁡ y − f z
94 3 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ∖ I × 0 → R ∈ Ring
95 77 73 sylan2 ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ∖ I × 0 → X ⁡ y − f z ∈ Base R
96 11 18 5 ringlz ⊢ R ∈ Ring ∧ X ⁡ y − f z ∈ Base R → 0 ˙ ⋅ R X ⁡ y − f z = 0 ˙
97 94 95 96 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ∖ I × 0 → 0 ˙ ⋅ R X ⁡ y − f z = 0 ˙
98 93 97 eqtrd ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ∖ I × 0 → U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z = 0 ˙
99 98 56 suppss2 ⊢ φ ∧ y ∈ D → z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ⟼ U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z supp 0 ˙ ⊆ I × 0
100 4 54 rabex2 ⊢ D ∈ V
101 100 mptrabex ⊢ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ⟼ U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z ∈ V
102 101 a1i ⊢ φ ∧ y ∈ D → z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ⟼ U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z ∈ V
103 funmpt ⊢ Fun ⁡ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ⟼ U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z
104 103 a1i ⊢ φ ∧ y ∈ D → Fun ⁡ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ⟼ U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z
105 83 a1i ⊢ φ ∧ y ∈ D → 0 ˙ ∈ V
106 snfi ⊢ I × 0 ∈ Fin
107 106 a1i ⊢ φ ∧ y ∈ D → I × 0 ∈ Fin
108 suppssfifsupp ⊢ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ⟼ U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z ∈ V ∧ Fun ⁡ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ⟼ U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z ∧ 0 ˙ ∈ V ∧ I × 0 ∈ Fin ∧ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ⟼ U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z supp 0 ˙ ⊆ I × 0 → finSupp 0 ˙⁡ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ⟼ U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z
109 102 104 105 107 99 108 syl32anc ⊢ φ ∧ y ∈ D → finSupp 0 ˙⁡ z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ⟼ U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z
110 11 5 53 56 76 99 109 gsumres ⊢ φ ∧ y ∈ D → ∑ R z ∈ g ∈ D | g ≤ f y ⟼ U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z ↾ I × 0 = ∑ R z ∈ g ∈ D | g ≤ f y U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z
111 3 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ D → R ∈ Ring
112 ringmnd ⊢ R ∈ Ring → R ∈ Mnd
113 111 112 syl ⊢ φ ∧ y ∈ D → R ∈ Mnd
114 iftrue ⊢ x = I × 0 → if x = I × 0 1 ˙ 0 ˙ = 1 ˙
115 114 7 82 fvmpt ⊢ I × 0 ∈ D → U ⁡ I × 0 = 1 ˙
116 28 115 syl ⊢ φ ∧ y ∈ D → U ⁡ I × 0 = 1 ˙
117 nn0cn ⊢ z ∈ ℕ 0 → z ∈ ℂ
118 117 subid1d ⊢ z ∈ ℕ 0 → z − 0 = z
119 118 adantl ⊢ φ ∧ y ∈ D ∧ z ∈ ℕ 0 → z − 0 = z
120 39 30 41 119 caofid0r ⊢ φ ∧ y ∈ D → y − f I × 0 = y
121 120 fveq2d ⊢ φ ∧ y ∈ D → X ⁡ y − f I × 0 = X ⁡ y
122 116 121 oveq12d ⊢ φ ∧ y ∈ D → U ⁡ I × 0 ⋅ R X ⁡ y − f I × 0 = 1 ˙ ⋅ R X ⁡ y
123 16 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ y ∈ D → X ⁡ y ∈ Base R
124 11 18 6 ringlidm ⊢ R ∈ Ring ∧ X ⁡ y ∈ Base R → 1 ˙ ⋅ R X ⁡ y = X ⁡ y
125 111 123 124 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ D → 1 ˙ ⋅ R X ⁡ y = X ⁡ y
126 122 125 eqtrd ⊢ φ ∧ y ∈ D → U ⁡ I × 0 ⋅ R X ⁡ y − f I × 0 = X ⁡ y
127 126 123 eqeltrd ⊢ φ ∧ y ∈ D → U ⁡ I × 0 ⋅ R X ⁡ y − f I × 0 ∈ Base R
128 fveq2 ⊢ z = I × 0 → U ⁡ z = U ⁡ I × 0
129 oveq2 ⊢ z = I × 0 → y − f z = y − f I × 0
130 129 fveq2d ⊢ z = I × 0 → X ⁡ y − f z = X ⁡ y − f I × 0
131 128 130 oveq12d ⊢ z = I × 0 → U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z = U ⁡ I × 0 ⋅ R X ⁡ y − f I × 0
132 11 131 gsumsn ⊢ R ∈ Mnd ∧ I × 0 ∈ D ∧ U ⁡ I × 0 ⋅ R X ⁡ y − f I × 0 ∈ Base R → ∑ R z ∈ I × 0 U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z = U ⁡ I × 0 ⋅ R X ⁡ y − f I × 0
133 113 28 127 132 syl3anc ⊢ φ ∧ y ∈ D → ∑ R z ∈ I × 0 U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z = U ⁡ I × 0 ⋅ R X ⁡ y − f I × 0
134 50 110 133 3eqtr3d ⊢ φ ∧ y ∈ D → ∑ R z ∈ g ∈ D | g ≤ f y U ⁡ z ⋅ R X ⁡ y − f z = U ⁡ I × 0 ⋅ R X ⁡ y − f I × 0
135 22 134 126 3eqtrd ⊢ φ ∧ y ∈ D → U · ˙ X ⁡ y = X ⁡ y
136 15 17 135 eqfnfvd ⊢ φ → U · ˙ X = X