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Theorem rmodislmodlem

Description: Lemma for rmodislmod . This is the part of the proof of rmodislmod which requires the scalar ring to be commutative. (Contributed by AV, 3-Dec-2021)

Ref Expression
Hypotheses rmodislmod.v ⊢ V = Base R
rmodislmod.a ⊢ + ˙ = + R
rmodislmod.s ⊢ · ˙ = ⋅ R
rmodislmod.f ⊢ F = Scalar ⁡ R
rmodislmod.k ⊢ K = Base F
rmodislmod.p ⊢ ⨣ ˙ = + F
rmodislmod.t ⊢ × ˙ = ⋅ F
rmodislmod.u ⊢ 1 ˙ = 1 F
rmodislmod.r ⊢ R ∈ Grp ∧ F ∈ Ring ∧ ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V ∧ w + ˙ x · ˙ r = w · ˙ r + ˙ x · ˙ r ∧ w · ˙ q ⨣ ˙ r = w · ˙ q + ˙ w · ˙ r ∧ w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r ∧ w · ˙ 1 ˙ = w
rmodislmod.m ⊢ ∗ ˙ = s ∈ K , v ∈ V ⟼ v · ˙ s
rmodislmod.l ⊢ L = R sSet ⋅ ndx ∗ ˙
Assertion rmodislmodlem ⊢ F ∈ CRing ∧ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → a × ˙ b ∗ ˙ c = a ∗ ˙ b ∗ ˙ c

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 rmodislmod.v ⊢ V = Base R
2 rmodislmod.a ⊢ + ˙ = + R
3 rmodislmod.s ⊢ · ˙ = ⋅ R
4 rmodislmod.f ⊢ F = Scalar ⁡ R
5 rmodislmod.k ⊢ K = Base F
6 rmodislmod.p ⊢ ⨣ ˙ = + F
7 rmodislmod.t ⊢ × ˙ = ⋅ F
8 rmodislmod.u ⊢ 1 ˙ = 1 F
9 rmodislmod.r ⊢ R ∈ Grp ∧ F ∈ Ring ∧ ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V ∧ w + ˙ x · ˙ r = w · ˙ r + ˙ x · ˙ r ∧ w · ˙ q ⨣ ˙ r = w · ˙ q + ˙ w · ˙ r ∧ w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r ∧ w · ˙ 1 ˙ = w
10 rmodislmod.m ⊢ ∗ ˙ = s ∈ K , v ∈ V ⟼ v · ˙ s
11 rmodislmod.l ⊢ L = R sSet ⋅ ndx ∗ ˙
12 simprl ⊢ w · ˙ r ∈ V ∧ w + ˙ x · ˙ r = w · ˙ r + ˙ x · ˙ r ∧ w · ˙ q ⨣ ˙ r = w · ˙ q + ˙ w · ˙ r ∧ w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r ∧ w · ˙ 1 ˙ = w → w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r
13 12 2ralimi ⊢ ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V ∧ w + ˙ x · ˙ r = w · ˙ r + ˙ x · ˙ r ∧ w · ˙ q ⨣ ˙ r = w · ˙ q + ˙ w · ˙ r ∧ w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r ∧ w · ˙ 1 ˙ = w → ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r
14 13 2ralimi ⊢ ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V ∧ w + ˙ x · ˙ r = w · ˙ r + ˙ x · ˙ r ∧ w · ˙ q ⨣ ˙ r = w · ˙ q + ˙ w · ˙ r ∧ w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r ∧ w · ˙ 1 ˙ = w → ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r
15 ralrot3 ⊢ ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r ↔ ∀ x ∈ V ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ w ∈ V w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r
16 1 grpbn0 ⊢ R ∈ Grp → V ≠ ∅
17 16 3ad2ant1 ⊢ R ∈ Grp ∧ F ∈ Ring ∧ ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V ∧ w + ˙ x · ˙ r = w · ˙ r + ˙ x · ˙ r ∧ w · ˙ q ⨣ ˙ r = w · ˙ q + ˙ w · ˙ r ∧ w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r ∧ w · ˙ 1 ˙ = w → V ≠ ∅
18 9 17 ax-mp ⊢ V ≠ ∅
19 rspn0 ⊢ V ≠ ∅ → ∀ x ∈ V ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ w ∈ V w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r → ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ w ∈ V w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r
20 18 19 ax-mp ⊢ ∀ x ∈ V ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ w ∈ V w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r → ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ w ∈ V w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r
21 oveq1 ⊢ q = b → q × ˙ r = b × ˙ r
22 21 oveq2d ⊢ q = b → w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ b × ˙ r
23 oveq2 ⊢ q = b → w · ˙ q = w · ˙ b
24 23 oveq1d ⊢ q = b → w · ˙ q · ˙ r = w · ˙ b · ˙ r
25 22 24 eqeq12d ⊢ q = b → w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r ↔ w · ˙ b × ˙ r = w · ˙ b · ˙ r
26 oveq2 ⊢ r = a → b × ˙ r = b × ˙ a
27 26 oveq2d ⊢ r = a → w · ˙ b × ˙ r = w · ˙ b × ˙ a
28 oveq2 ⊢ r = a → w · ˙ b · ˙ r = w · ˙ b · ˙ a
29 27 28 eqeq12d ⊢ r = a → w · ˙ b × ˙ r = w · ˙ b · ˙ r ↔ w · ˙ b × ˙ a = w · ˙ b · ˙ a
30 oveq1 ⊢ w = c → w · ˙ b × ˙ a = c · ˙ b × ˙ a
31 oveq1 ⊢ w = c → w · ˙ b = c · ˙ b
32 31 oveq1d ⊢ w = c → w · ˙ b · ˙ a = c · ˙ b · ˙ a
33 30 32 eqeq12d ⊢ w = c → w · ˙ b × ˙ a = w · ˙ b · ˙ a ↔ c · ˙ b × ˙ a = c · ˙ b · ˙ a
34 25 29 33 rspc3v ⊢ b ∈ K ∧ a ∈ K ∧ c ∈ V → ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ w ∈ V w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r → c · ˙ b × ˙ a = c · ˙ b · ˙ a
35 34 3com12 ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ w ∈ V w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r → c · ˙ b × ˙ a = c · ˙ b · ˙ a
36 20 35 syl5com ⊢ ∀ x ∈ V ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ w ∈ V w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r → a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → c · ˙ b × ˙ a = c · ˙ b · ˙ a
37 15 36 sylbi ⊢ ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r → a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → c · ˙ b × ˙ a = c · ˙ b · ˙ a
38 eqcom ⊢ c · ˙ b · ˙ a = c · ˙ b × ˙ a ↔ c · ˙ b × ˙ a = c · ˙ b · ˙ a
39 37 38 imbitrrdi ⊢ ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r → a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → c · ˙ b · ˙ a = c · ˙ b × ˙ a
40 14 39 syl ⊢ ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V ∧ w + ˙ x · ˙ r = w · ˙ r + ˙ x · ˙ r ∧ w · ˙ q ⨣ ˙ r = w · ˙ q + ˙ w · ˙ r ∧ w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r ∧ w · ˙ 1 ˙ = w → a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → c · ˙ b · ˙ a = c · ˙ b × ˙ a
41 40 3ad2ant3 ⊢ R ∈ Grp ∧ F ∈ Ring ∧ ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V ∧ w + ˙ x · ˙ r = w · ˙ r + ˙ x · ˙ r ∧ w · ˙ q ⨣ ˙ r = w · ˙ q + ˙ w · ˙ r ∧ w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r ∧ w · ˙ 1 ˙ = w → a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → c · ˙ b · ˙ a = c · ˙ b × ˙ a
42 9 41 ax-mp ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → c · ˙ b · ˙ a = c · ˙ b × ˙ a
43 42 adantl ⊢ F ∈ CRing ∧ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → c · ˙ b · ˙ a = c · ˙ b × ˙ a
44 5 7 crngcom ⊢ F ∈ CRing ∧ b ∈ K ∧ a ∈ K → b × ˙ a = a × ˙ b
45 44 3expb ⊢ F ∈ CRing ∧ b ∈ K ∧ a ∈ K → b × ˙ a = a × ˙ b
46 45 expcom ⊢ b ∈ K ∧ a ∈ K → F ∈ CRing → b × ˙ a = a × ˙ b
47 46 ancoms ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K → F ∈ CRing → b × ˙ a = a × ˙ b
48 47 3adant3 ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → F ∈ CRing → b × ˙ a = a × ˙ b
49 48 impcom ⊢ F ∈ CRing ∧ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → b × ˙ a = a × ˙ b
50 49 oveq2d ⊢ F ∈ CRing ∧ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → c · ˙ b × ˙ a = c · ˙ a × ˙ b
51 43 50 eqtrd ⊢ F ∈ CRing ∧ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → c · ˙ b · ˙ a = c · ˙ a × ˙ b
52 10 a1i ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → ∗ ˙ = s ∈ K , v ∈ V ⟼ v · ˙ s
53 oveq12 ⊢ v = c ∧ s = b → v · ˙ s = c · ˙ b
54 53 ancoms ⊢ s = b ∧ v = c → v · ˙ s = c · ˙ b
55 54 adantl ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V ∧ s = b ∧ v = c → v · ˙ s = c · ˙ b
56 simp2 ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → b ∈ K
57 simp3 ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → c ∈ V
58 ovexd ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → c · ˙ b ∈ V
59 52 55 56 57 58 ovmpod ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → b ∗ ˙ c = c · ˙ b
60 59 oveq2d ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → a ∗ ˙ b ∗ ˙ c = a ∗ ˙ c · ˙ b
61 oveq12 ⊢ v = c · ˙ b ∧ s = a → v · ˙ s = c · ˙ b · ˙ a
62 61 ancoms ⊢ s = a ∧ v = c · ˙ b → v · ˙ s = c · ˙ b · ˙ a
63 62 adantl ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V ∧ s = a ∧ v = c · ˙ b → v · ˙ s = c · ˙ b · ˙ a
64 simp1 ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → a ∈ K
65 simpl1 ⊢ w · ˙ r ∈ V ∧ w + ˙ x · ˙ r = w · ˙ r + ˙ x · ˙ r ∧ w · ˙ q ⨣ ˙ r = w · ˙ q + ˙ w · ˙ r ∧ w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r ∧ w · ˙ 1 ˙ = w → w · ˙ r ∈ V
66 65 2ralimi ⊢ ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V ∧ w + ˙ x · ˙ r = w · ˙ r + ˙ x · ˙ r ∧ w · ˙ q ⨣ ˙ r = w · ˙ q + ˙ w · ˙ r ∧ w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r ∧ w · ˙ 1 ˙ = w → ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V
67 66 2ralimi ⊢ ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V ∧ w + ˙ x · ˙ r = w · ˙ r + ˙ x · ˙ r ∧ w · ˙ q ⨣ ˙ r = w · ˙ q + ˙ w · ˙ r ∧ w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r ∧ w · ˙ 1 ˙ = w → ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V
68 ringgrp ⊢ F ∈ Ring → F ∈ Grp
69 5 grpbn0 ⊢ F ∈ Grp → K ≠ ∅
70 68 69 syl ⊢ F ∈ Ring → K ≠ ∅
71 70 3ad2ant2 ⊢ R ∈ Grp ∧ F ∈ Ring ∧ ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V ∧ w + ˙ x · ˙ r = w · ˙ r + ˙ x · ˙ r ∧ w · ˙ q ⨣ ˙ r = w · ˙ q + ˙ w · ˙ r ∧ w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r ∧ w · ˙ 1 ˙ = w → K ≠ ∅
72 9 71 ax-mp ⊢ K ≠ ∅
73 rspn0 ⊢ K ≠ ∅ → ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V → ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V
74 72 73 ax-mp ⊢ ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V → ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V
75 ralcom ⊢ ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V ↔ ∀ x ∈ V ∀ r ∈ K ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V
76 rspn0 ⊢ V ≠ ∅ → ∀ x ∈ V ∀ r ∈ K ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V → ∀ r ∈ K ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V
77 18 76 ax-mp ⊢ ∀ x ∈ V ∀ r ∈ K ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V → ∀ r ∈ K ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V
78 oveq2 ⊢ r = b → w · ˙ r = w · ˙ b
79 78 eleq1d ⊢ r = b → w · ˙ r ∈ V ↔ w · ˙ b ∈ V
80 31 eleq1d ⊢ w = c → w · ˙ b ∈ V ↔ c · ˙ b ∈ V
81 79 80 rspc2v ⊢ b ∈ K ∧ c ∈ V → ∀ r ∈ K ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V → c · ˙ b ∈ V
82 77 81 syl5com ⊢ ∀ x ∈ V ∀ r ∈ K ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V → b ∈ K ∧ c ∈ V → c · ˙ b ∈ V
83 75 82 sylbi ⊢ ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V → b ∈ K ∧ c ∈ V → c · ˙ b ∈ V
84 67 74 83 3syl ⊢ ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V ∧ w + ˙ x · ˙ r = w · ˙ r + ˙ x · ˙ r ∧ w · ˙ q ⨣ ˙ r = w · ˙ q + ˙ w · ˙ r ∧ w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r ∧ w · ˙ 1 ˙ = w → b ∈ K ∧ c ∈ V → c · ˙ b ∈ V
85 84 3ad2ant3 ⊢ R ∈ Grp ∧ F ∈ Ring ∧ ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V ∧ w + ˙ x · ˙ r = w · ˙ r + ˙ x · ˙ r ∧ w · ˙ q ⨣ ˙ r = w · ˙ q + ˙ w · ˙ r ∧ w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r ∧ w · ˙ 1 ˙ = w → b ∈ K ∧ c ∈ V → c · ˙ b ∈ V
86 9 85 ax-mp ⊢ b ∈ K ∧ c ∈ V → c · ˙ b ∈ V
87 86 3adant1 ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → c · ˙ b ∈ V
88 ovexd ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → c · ˙ b · ˙ a ∈ V
89 52 63 64 87 88 ovmpod ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → a ∗ ˙ c · ˙ b = c · ˙ b · ˙ a
90 60 89 eqtrd ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → a ∗ ˙ b ∗ ˙ c = c · ˙ b · ˙ a
91 90 adantl ⊢ F ∈ CRing ∧ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → a ∗ ˙ b ∗ ˙ c = c · ˙ b · ˙ a
92 oveq12 ⊢ v = c ∧ s = a × ˙ b → v · ˙ s = c · ˙ a × ˙ b
93 92 ancoms ⊢ s = a × ˙ b ∧ v = c → v · ˙ s = c · ˙ a × ˙ b
94 93 adantl ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V ∧ s = a × ˙ b ∧ v = c → v · ˙ s = c · ˙ a × ˙ b
95 5 7 ringcl ⊢ F ∈ Ring ∧ a ∈ K ∧ b ∈ K → a × ˙ b ∈ K
96 95 3expib ⊢ F ∈ Ring → a ∈ K ∧ b ∈ K → a × ˙ b ∈ K
97 96 3ad2ant2 ⊢ R ∈ Grp ∧ F ∈ Ring ∧ ∀ q ∈ K ∀ r ∈ K ∀ x ∈ V ∀ w ∈ V w · ˙ r ∈ V ∧ w + ˙ x · ˙ r = w · ˙ r + ˙ x · ˙ r ∧ w · ˙ q ⨣ ˙ r = w · ˙ q + ˙ w · ˙ r ∧ w · ˙ q × ˙ r = w · ˙ q · ˙ r ∧ w · ˙ 1 ˙ = w → a ∈ K ∧ b ∈ K → a × ˙ b ∈ K
98 9 97 ax-mp ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K → a × ˙ b ∈ K
99 98 3adant3 ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → a × ˙ b ∈ K
100 ovexd ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → c · ˙ a × ˙ b ∈ V
101 52 94 99 57 100 ovmpod ⊢ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → a × ˙ b ∗ ˙ c = c · ˙ a × ˙ b
102 101 adantl ⊢ F ∈ CRing ∧ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → a × ˙ b ∗ ˙ c = c · ˙ a × ˙ b
103 51 91 102 3eqtr4rd ⊢ F ∈ CRing ∧ a ∈ K ∧ b ∈ K ∧ c ∈ V → a × ˙ b ∗ ˙ c = a ∗ ˙ b ∗ ˙ c