Metamath Proof Explorer


Theorem dchrval

Description: Value of the group of Dirichlet characters. (Contributed by Mario Carneiro, 18-Apr-2016)

Ref Expression
Hypotheses dchrval.g โŠข ๐บ = ( DChr โ€˜ ๐‘ )
dchrval.z โŠข ๐‘ = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘ )
dchrval.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘ )
dchrval.u โŠข ๐‘ˆ = ( Unit โ€˜ ๐‘ )
dchrval.n โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
dchrval.d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ท = { ๐‘ฅ โˆˆ ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ ) MndHom ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) โˆฃ ( ( ๐ต โˆ– ๐‘ˆ ) ร— { 0 } ) โŠ† ๐‘ฅ } )
Assertion dchrval ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ = { โŸจ ( Base โ€˜ ndx ) , ๐ท โŸฉ , โŸจ ( +g โ€˜ ndx ) , ( โˆ˜f ยท โ†พ ( ๐ท ร— ๐ท ) ) โŸฉ } )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 dchrval.g โŠข ๐บ = ( DChr โ€˜ ๐‘ )
2 dchrval.z โŠข ๐‘ = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘ )
3 dchrval.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘ )
4 dchrval.u โŠข ๐‘ˆ = ( Unit โ€˜ ๐‘ )
5 dchrval.n โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
6 dchrval.d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ท = { ๐‘ฅ โˆˆ ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ ) MndHom ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) โˆฃ ( ( ๐ต โˆ– ๐‘ˆ ) ร— { 0 } ) โŠ† ๐‘ฅ } )
7 df-dchr โŠข DChr = ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ โฆ‹ ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) / ๐‘ง โฆŒ โฆ‹ { ๐‘ฅ โˆˆ ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ง ) MndHom ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) โˆฃ ( ( ( Base โ€˜ ๐‘ง ) โˆ– ( Unit โ€˜ ๐‘ง ) ) ร— { 0 } ) โŠ† ๐‘ฅ } / ๐‘ โฆŒ { โŸจ ( Base โ€˜ ndx ) , ๐‘ โŸฉ , โŸจ ( +g โ€˜ ndx ) , ( โˆ˜f ยท โ†พ ( ๐‘ ร— ๐‘ ) ) โŸฉ } )
8 fvexd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โ†’ ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) โˆˆ V )
9 ovex โŠข ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ง ) MndHom ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) โˆˆ V
10 9 rabex โŠข { ๐‘ฅ โˆˆ ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ง ) MndHom ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) โˆฃ ( ( ( Base โ€˜ ๐‘ง ) โˆ– ( Unit โ€˜ ๐‘ง ) ) ร— { 0 } ) โŠ† ๐‘ฅ } โˆˆ V
11 10 a1i โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โ†’ { ๐‘ฅ โˆˆ ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ง ) MndHom ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) โˆฃ ( ( ( Base โ€˜ ๐‘ง ) โˆ– ( Unit โ€˜ ๐‘ง ) ) ร— { 0 } ) โŠ† ๐‘ฅ } โˆˆ V )
12 6 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โ†’ ๐ท = { ๐‘ฅ โˆˆ ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ ) MndHom ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) โˆฃ ( ( ๐ต โˆ– ๐‘ˆ ) ร— { 0 } ) โŠ† ๐‘ฅ } )
13 simpr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โ†’ ๐‘› = ๐‘ )
14 13 fveq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โ†’ ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘ ) )
15 2 14 eqtr4id โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โ†’ ๐‘ = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) )
16 15 eqeq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โ†’ ( ๐‘ง = ๐‘ โ†” ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) )
17 16 biimpar โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โ†’ ๐‘ง = ๐‘ )
18 17 fveq2d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โ†’ ( mulGrp โ€˜ ๐‘ง ) = ( mulGrp โ€˜ ๐‘ ) )
19 18 oveq1d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โ†’ ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ง ) MndHom ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) = ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ ) MndHom ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) )
20 17 fveq2d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โ†’ ( Base โ€˜ ๐‘ง ) = ( Base โ€˜ ๐‘ ) )
21 20 3 eqtr4di โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โ†’ ( Base โ€˜ ๐‘ง ) = ๐ต )
22 17 fveq2d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โ†’ ( Unit โ€˜ ๐‘ง ) = ( Unit โ€˜ ๐‘ ) )
23 22 4 eqtr4di โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โ†’ ( Unit โ€˜ ๐‘ง ) = ๐‘ˆ )
24 21 23 difeq12d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โ†’ ( ( Base โ€˜ ๐‘ง ) โˆ– ( Unit โ€˜ ๐‘ง ) ) = ( ๐ต โˆ– ๐‘ˆ ) )
25 24 xpeq1d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โ†’ ( ( ( Base โ€˜ ๐‘ง ) โˆ– ( Unit โ€˜ ๐‘ง ) ) ร— { 0 } ) = ( ( ๐ต โˆ– ๐‘ˆ ) ร— { 0 } ) )
26 25 sseq1d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โ†’ ( ( ( ( Base โ€˜ ๐‘ง ) โˆ– ( Unit โ€˜ ๐‘ง ) ) ร— { 0 } ) โŠ† ๐‘ฅ โ†” ( ( ๐ต โˆ– ๐‘ˆ ) ร— { 0 } ) โŠ† ๐‘ฅ ) )
27 19 26 rabeqbidv โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โ†’ { ๐‘ฅ โˆˆ ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ง ) MndHom ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) โˆฃ ( ( ( Base โ€˜ ๐‘ง ) โˆ– ( Unit โ€˜ ๐‘ง ) ) ร— { 0 } ) โŠ† ๐‘ฅ } = { ๐‘ฅ โˆˆ ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ ) MndHom ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) โˆฃ ( ( ๐ต โˆ– ๐‘ˆ ) ร— { 0 } ) โŠ† ๐‘ฅ } )
28 12 27 eqtr4d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โ†’ ๐ท = { ๐‘ฅ โˆˆ ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ง ) MndHom ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) โˆฃ ( ( ( Base โ€˜ ๐‘ง ) โˆ– ( Unit โ€˜ ๐‘ง ) ) ร— { 0 } ) โŠ† ๐‘ฅ } )
29 28 eqeq2d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โ†’ ( ๐‘ = ๐ท โ†” ๐‘ = { ๐‘ฅ โˆˆ ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ง ) MndHom ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) โˆฃ ( ( ( Base โ€˜ ๐‘ง ) โˆ– ( Unit โ€˜ ๐‘ง ) ) ร— { 0 } ) โŠ† ๐‘ฅ } ) )
30 29 biimpar โŠข ( ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โˆง ๐‘ = { ๐‘ฅ โˆˆ ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ง ) MndHom ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) โˆฃ ( ( ( Base โ€˜ ๐‘ง ) โˆ– ( Unit โ€˜ ๐‘ง ) ) ร— { 0 } ) โŠ† ๐‘ฅ } ) โ†’ ๐‘ = ๐ท )
31 30 opeq2d โŠข ( ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โˆง ๐‘ = { ๐‘ฅ โˆˆ ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ง ) MndHom ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) โˆฃ ( ( ( Base โ€˜ ๐‘ง ) โˆ– ( Unit โ€˜ ๐‘ง ) ) ร— { 0 } ) โŠ† ๐‘ฅ } ) โ†’ โŸจ ( Base โ€˜ ndx ) , ๐‘ โŸฉ = โŸจ ( Base โ€˜ ndx ) , ๐ท โŸฉ )
32 30 sqxpeqd โŠข ( ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โˆง ๐‘ = { ๐‘ฅ โˆˆ ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ง ) MndHom ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) โˆฃ ( ( ( Base โ€˜ ๐‘ง ) โˆ– ( Unit โ€˜ ๐‘ง ) ) ร— { 0 } ) โŠ† ๐‘ฅ } ) โ†’ ( ๐‘ ร— ๐‘ ) = ( ๐ท ร— ๐ท ) )
33 32 reseq2d โŠข ( ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โˆง ๐‘ = { ๐‘ฅ โˆˆ ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ง ) MndHom ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) โˆฃ ( ( ( Base โ€˜ ๐‘ง ) โˆ– ( Unit โ€˜ ๐‘ง ) ) ร— { 0 } ) โŠ† ๐‘ฅ } ) โ†’ ( โˆ˜f ยท โ†พ ( ๐‘ ร— ๐‘ ) ) = ( โˆ˜f ยท โ†พ ( ๐ท ร— ๐ท ) ) )
34 33 opeq2d โŠข ( ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โˆง ๐‘ = { ๐‘ฅ โˆˆ ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ง ) MndHom ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) โˆฃ ( ( ( Base โ€˜ ๐‘ง ) โˆ– ( Unit โ€˜ ๐‘ง ) ) ร— { 0 } ) โŠ† ๐‘ฅ } ) โ†’ โŸจ ( +g โ€˜ ndx ) , ( โˆ˜f ยท โ†พ ( ๐‘ ร— ๐‘ ) ) โŸฉ = โŸจ ( +g โ€˜ ndx ) , ( โˆ˜f ยท โ†พ ( ๐ท ร— ๐ท ) ) โŸฉ )
35 31 34 preq12d โŠข ( ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โˆง ๐‘ = { ๐‘ฅ โˆˆ ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ง ) MndHom ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) โˆฃ ( ( ( Base โ€˜ ๐‘ง ) โˆ– ( Unit โ€˜ ๐‘ง ) ) ร— { 0 } ) โŠ† ๐‘ฅ } ) โ†’ { โŸจ ( Base โ€˜ ndx ) , ๐‘ โŸฉ , โŸจ ( +g โ€˜ ndx ) , ( โˆ˜f ยท โ†พ ( ๐‘ ร— ๐‘ ) ) โŸฉ } = { โŸจ ( Base โ€˜ ndx ) , ๐ท โŸฉ , โŸจ ( +g โ€˜ ndx ) , ( โˆ˜f ยท โ†พ ( ๐ท ร— ๐ท ) ) โŸฉ } )
36 11 35 csbied โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โˆง ๐‘ง = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) ) โ†’ โฆ‹ { ๐‘ฅ โˆˆ ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ง ) MndHom ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) โˆฃ ( ( ( Base โ€˜ ๐‘ง ) โˆ– ( Unit โ€˜ ๐‘ง ) ) ร— { 0 } ) โŠ† ๐‘ฅ } / ๐‘ โฆŒ { โŸจ ( Base โ€˜ ndx ) , ๐‘ โŸฉ , โŸจ ( +g โ€˜ ndx ) , ( โˆ˜f ยท โ†พ ( ๐‘ ร— ๐‘ ) ) โŸฉ } = { โŸจ ( Base โ€˜ ndx ) , ๐ท โŸฉ , โŸจ ( +g โ€˜ ndx ) , ( โˆ˜f ยท โ†พ ( ๐ท ร— ๐ท ) ) โŸฉ } )
37 8 36 csbied โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› = ๐‘ ) โ†’ โฆ‹ ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘› ) / ๐‘ง โฆŒ โฆ‹ { ๐‘ฅ โˆˆ ( ( mulGrp โ€˜ ๐‘ง ) MndHom ( mulGrp โ€˜ โ„‚fld ) ) โˆฃ ( ( ( Base โ€˜ ๐‘ง ) โˆ– ( Unit โ€˜ ๐‘ง ) ) ร— { 0 } ) โŠ† ๐‘ฅ } / ๐‘ โฆŒ { โŸจ ( Base โ€˜ ndx ) , ๐‘ โŸฉ , โŸจ ( +g โ€˜ ndx ) , ( โˆ˜f ยท โ†พ ( ๐‘ ร— ๐‘ ) ) โŸฉ } = { โŸจ ( Base โ€˜ ndx ) , ๐ท โŸฉ , โŸจ ( +g โ€˜ ndx ) , ( โˆ˜f ยท โ†พ ( ๐ท ร— ๐ท ) ) โŸฉ } )
38 prex โŠข { โŸจ ( Base โ€˜ ndx ) , ๐ท โŸฉ , โŸจ ( +g โ€˜ ndx ) , ( โˆ˜f ยท โ†พ ( ๐ท ร— ๐ท ) ) โŸฉ } โˆˆ V
39 38 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ { โŸจ ( Base โ€˜ ndx ) , ๐ท โŸฉ , โŸจ ( +g โ€˜ ndx ) , ( โˆ˜f ยท โ†พ ( ๐ท ร— ๐ท ) ) โŸฉ } โˆˆ V )
40 7 37 5 39 fvmptd2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( DChr โ€˜ ๐‘ ) = { โŸจ ( Base โ€˜ ndx ) , ๐ท โŸฉ , โŸจ ( +g โ€˜ ndx ) , ( โˆ˜f ยท โ†พ ( ๐ท ร— ๐ท ) ) โŸฉ } )
41 1 40 eqtrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ = { โŸจ ( Base โ€˜ ndx ) , ๐ท โŸฉ , โŸจ ( +g โ€˜ ndx ) , ( โˆ˜f ยท โ†พ ( ๐ท ร— ๐ท ) ) โŸฉ } )