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Theorem tsmsmhm

Description: Apply a continuous group homomorphism to an infinite group sum. (Contributed by Mario Carneiro, 18-Sep-2015)

Ref Expression
Hypotheses tsmsmhm.b ⊢ B = Base G
tsmsmhm.j ⊢ J = TopOpen ⁡ G
tsmsmhm.k ⊢ K = TopOpen ⁡ H
tsmsmhm.1 ⊢ φ → G ∈ CMnd
tsmsmhm.2 ⊢ φ → G ∈ TopSp
tsmsmhm.3 ⊢ φ → H ∈ CMnd
tsmsmhm.4 ⊢ φ → H ∈ TopSp
tsmsmhm.5 ⊢ φ → C ∈ G MndHom H
tsmsmhm.6 ⊢ φ → C ∈ J Cn K
tsmsmhm.a ⊢ φ → A ∈ V
tsmsmhm.f ⊢ φ → F : A ⟶ B
tsmsmhm.x ⊢ φ → X ∈ G tsums F
Assertion tsmsmhm ⊢ φ → C ⁡ X ∈ H tsums C ∘ F

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 tsmsmhm.b ⊢ B = Base G
2 tsmsmhm.j ⊢ J = TopOpen ⁡ G
3 tsmsmhm.k ⊢ K = TopOpen ⁡ H
4 tsmsmhm.1 ⊢ φ → G ∈ CMnd
5 tsmsmhm.2 ⊢ φ → G ∈ TopSp
6 tsmsmhm.3 ⊢ φ → H ∈ CMnd
7 tsmsmhm.4 ⊢ φ → H ∈ TopSp
8 tsmsmhm.5 ⊢ φ → C ∈ G MndHom H
9 tsmsmhm.6 ⊢ φ → C ∈ J Cn K
10 tsmsmhm.a ⊢ φ → A ∈ V
11 tsmsmhm.f ⊢ φ → F : A ⟶ B
12 tsmsmhm.x ⊢ φ → X ∈ G tsums F
13 1 2 istps ⊢ G ∈ TopSp ↔ J ∈ TopOn ⁡ B
14 5 13 sylib ⊢ φ → J ∈ TopOn ⁡ B
15 eqid ⊢ 𝒫 A ∩ Fin = 𝒫 A ∩ Fin
16 eqid ⊢ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin | y ⊆ z = y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin | y ⊆ z
17 eqid ⊢ ran ⁡ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin | y ⊆ z = ran ⁡ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin | y ⊆ z
18 15 16 17 10 tsmsfbas ⊢ φ → ran ⁡ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin | y ⊆ z ∈ fBas ⁡ 𝒫 A ∩ Fin
19 fgcl ⊢ ran ⁡ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin | y ⊆ z ∈ fBas ⁡ 𝒫 A ∩ Fin → 𝒫 A ∩ Fin filGen ran ⁡ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin | y ⊆ z ∈ Fil ⁡ 𝒫 A ∩ Fin
20 18 19 syl ⊢ φ → 𝒫 A ∩ Fin filGen ran ⁡ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin | y ⊆ z ∈ Fil ⁡ 𝒫 A ∩ Fin
21 1 15 4 10 11 tsmslem1 ⊢ φ ∧ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin → ∑ G F ↾ z ∈ B
22 21 fmpttd ⊢ φ → z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ ∑ G F ↾ z : 𝒫 A ∩ Fin ⟶ B
23 1 2 15 17 5 10 11 tsmsval ⊢ φ → G tsums F = J fLimf 𝒫 A ∩ Fin filGen ran ⁡ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin | y ⊆ z ⁡ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ ∑ G F ↾ z
24 12 23 eleqtrd ⊢ φ → X ∈ J fLimf 𝒫 A ∩ Fin filGen ran ⁡ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin | y ⊆ z ⁡ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ ∑ G F ↾ z
25 1 4 5 10 11 tsmscl ⊢ φ → G tsums F ⊆ B
26 25 12 sseldd ⊢ φ → X ∈ B
27 toponuni ⊢ J ∈ TopOn ⁡ B → B = ⋃ J
28 14 27 syl ⊢ φ → B = ⋃ J
29 26 28 eleqtrd ⊢ φ → X ∈ ⋃ J
30 eqid ⊢ ⋃ J = ⋃ J
31 30 cncnpi ⊢ C ∈ J Cn K ∧ X ∈ ⋃ J → C ∈ J CnP K ⁡ X
32 9 29 31 syl2anc ⊢ φ → C ∈ J CnP K ⁡ X
33 flfcnp ⊢ J ∈ TopOn ⁡ B ∧ 𝒫 A ∩ Fin filGen ran ⁡ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin | y ⊆ z ∈ Fil ⁡ 𝒫 A ∩ Fin ∧ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ ∑ G F ↾ z : 𝒫 A ∩ Fin ⟶ B ∧ X ∈ J fLimf 𝒫 A ∩ Fin filGen ran ⁡ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin | y ⊆ z ⁡ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ ∑ G F ↾ z ∧ C ∈ J CnP K ⁡ X → C ⁡ X ∈ K fLimf 𝒫 A ∩ Fin filGen ran ⁡ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin | y ⊆ z ⁡ C ∘ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ ∑ G F ↾ z
34 14 20 22 24 32 33 syl32anc ⊢ φ → C ⁡ X ∈ K fLimf 𝒫 A ∩ Fin filGen ran ⁡ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin | y ⊆ z ⁡ C ∘ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ ∑ G F ↾ z
35 eqid ⊢ Base H = Base H
36 35 3 istps ⊢ H ∈ TopSp ↔ K ∈ TopOn ⁡ Base H
37 7 36 sylib ⊢ φ → K ∈ TopOn ⁡ Base H
38 cnf2 ⊢ J ∈ TopOn ⁡ B ∧ K ∈ TopOn ⁡ Base H ∧ C ∈ J Cn K → C : B ⟶ Base H
39 14 37 9 38 syl3anc ⊢ φ → C : B ⟶ Base H
40 fco ⊢ C : B ⟶ Base H ∧ F : A ⟶ B → C ∘ F : A ⟶ Base H
41 39 11 40 syl2anc ⊢ φ → C ∘ F : A ⟶ Base H
42 35 3 15 17 6 10 41 tsmsval ⊢ φ → H tsums C ∘ F = K fLimf 𝒫 A ∩ Fin filGen ran ⁡ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin | y ⊆ z ⁡ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ ∑ H C ∘ F ↾ z
43 39 21 cofmpt ⊢ φ → C ∘ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ ∑ G F ↾ z = z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ C ⁡ ∑ G F ↾ z
44 resco ⊢ C ∘ F ↾ z = C ∘ F ↾ z
45 44 oveq2i ⊢ ∑ H C ∘ F ↾ z = ∑ H C ∘ F ↾ z
46 eqid ⊢ 0 G = 0 G
47 4 adantr ⊢ φ ∧ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin → G ∈ CMnd
48 6 adantr ⊢ φ ∧ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin → H ∈ CMnd
49 cmnmnd ⊢ H ∈ CMnd → H ∈ Mnd
50 48 49 syl ⊢ φ ∧ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin → H ∈ Mnd
51 elinel2 ⊢ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin → z ∈ Fin
52 51 adantl ⊢ φ ∧ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin → z ∈ Fin
53 8 adantr ⊢ φ ∧ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin → C ∈ G MndHom H
54 elfpw ⊢ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ↔ z ⊆ A ∧ z ∈ Fin
55 54 simplbi ⊢ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin → z ⊆ A
56 fssres ⊢ F : A ⟶ B ∧ z ⊆ A → F ↾ z : z ⟶ B
57 11 55 56 syl2an ⊢ φ ∧ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin → F ↾ z : z ⟶ B
58 fvexd ⊢ φ ∧ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin → 0 G ∈ V
59 57 52 58 fdmfifsupp ⊢ φ ∧ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin → finSupp 0 G⁡ F ↾ z
60 1 46 47 50 52 53 57 59 gsummhm ⊢ φ ∧ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin → ∑ H C ∘ F ↾ z = C ⁡ ∑ G F ↾ z
61 45 60 eqtrid ⊢ φ ∧ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin → ∑ H C ∘ F ↾ z = C ⁡ ∑ G F ↾ z
62 61 mpteq2dva ⊢ φ → z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ ∑ H C ∘ F ↾ z = z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ C ⁡ ∑ G F ↾ z
63 43 62 eqtr4d ⊢ φ → C ∘ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ ∑ G F ↾ z = z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ ∑ H C ∘ F ↾ z
64 63 fveq2d ⊢ φ → K fLimf 𝒫 A ∩ Fin filGen ran ⁡ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin | y ⊆ z ⁡ C ∘ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ ∑ G F ↾ z = K fLimf 𝒫 A ∩ Fin filGen ran ⁡ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin | y ⊆ z ⁡ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ ∑ H C ∘ F ↾ z
65 42 64 eqtr4d ⊢ φ → H tsums C ∘ F = K fLimf 𝒫 A ∩ Fin filGen ran ⁡ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin | y ⊆ z ⁡ C ∘ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ⟼ ∑ G F ↾ z
66 34 65 eleqtrrd ⊢ φ → C ⁡ X ∈ H tsums C ∘ F