Metamath Proof Explorer


Theorem islfld

Description: Properties that determine a linear functional. TODO: use this in place of islfl when it shortens the proof. (Contributed by NM, 19-Oct-2014)

Ref Expression
Hypotheses islfld.v โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘Š ) )
islfld.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ + = ( +g โ€˜ ๐‘Š ) )
islfld.d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ท = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) )
islfld.s โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) )
islfld.k โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐พ = ( Base โ€˜ ๐ท ) )
islfld.p โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โจฃ = ( +g โ€˜ ๐ท ) )
islfld.t โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ร— = ( .r โ€˜ ๐ท ) )
islfld.f โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น = ( LFnl โ€˜ ๐‘Š ) )
islfld.u โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ : ๐‘‰ โŸถ ๐พ )
islfld.l โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘Ÿ โˆˆ ๐พ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ) ) โ†’ ( ๐บ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) + ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ร— ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โจฃ ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) )
islfld.w โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Š โˆˆ ๐‘‹ )
Assertion islfld ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ๐น )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 islfld.v โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘Š ) )
2 islfld.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ + = ( +g โ€˜ ๐‘Š ) )
3 islfld.d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ท = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) )
4 islfld.s โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) )
5 islfld.k โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐พ = ( Base โ€˜ ๐ท ) )
6 islfld.p โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โจฃ = ( +g โ€˜ ๐ท ) )
7 islfld.t โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ร— = ( .r โ€˜ ๐ท ) )
8 islfld.f โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น = ( LFnl โ€˜ ๐‘Š ) )
9 islfld.u โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ : ๐‘‰ โŸถ ๐พ )
10 islfld.l โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘Ÿ โˆˆ ๐พ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ) ) โ†’ ( ๐บ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) + ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ร— ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โจฃ ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) )
11 islfld.w โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Š โˆˆ ๐‘‹ )
12 3 fveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( Base โ€˜ ๐ท ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) )
13 5 12 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐พ = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) )
14 1 13 feq23d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐บ : ๐‘‰ โŸถ ๐พ โ†” ๐บ : ( Base โ€˜ ๐‘Š ) โŸถ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ) )
15 9 14 mpbid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ : ( Base โ€˜ ๐‘Š ) โŸถ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) )
16 10 ralrimivvva โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘Ÿ โˆˆ ๐พ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐บ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) + ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ร— ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โจฃ ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) )
17 4 oveqd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) = ( ๐‘Ÿ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฅ ) )
18 eqidd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ฆ = ๐‘ฆ )
19 2 17 18 oveq123d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) + ๐‘ฆ ) = ( ( ๐‘Ÿ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) )
20 19 fveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐บ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) + ๐‘ฆ ) ) = ( ๐บ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) ) )
21 3 fveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( +g โ€˜ ๐ท ) = ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) )
22 6 21 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โจฃ = ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) )
23 3 fveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( .r โ€˜ ๐ท ) = ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) )
24 7 23 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ร— = ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) )
25 24 oveqd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘Ÿ ร— ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) = ( ๐‘Ÿ ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) )
26 eqidd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฆ ) )
27 22 25 26 oveq123d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘Ÿ ร— ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โจฃ ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) )
28 20 27 eqeq12d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐บ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) + ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ร— ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โจฃ ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ†” ( ๐บ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) )
29 1 28 raleqbidv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐บ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) + ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ร— ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โจฃ ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ†” โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐บ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) )
30 1 29 raleqbidv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐บ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) + ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ร— ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โจฃ ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ†” โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐บ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) )
31 13 30 raleqbidv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆ€ ๐‘Ÿ โˆˆ ๐พ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐บ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) + ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ร— ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โจฃ ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ†” โˆ€ ๐‘Ÿ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐บ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) )
32 16 31 mpbid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘Ÿ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐บ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) )
33 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘Š ) = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
34 eqid โŠข ( +g โ€˜ ๐‘Š ) = ( +g โ€˜ ๐‘Š )
35 eqid โŠข ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
36 eqid โŠข ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š )
37 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) )
38 eqid โŠข ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) = ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) )
39 eqid โŠข ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) = ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) )
40 eqid โŠข ( LFnl โ€˜ ๐‘Š ) = ( LFnl โ€˜ ๐‘Š )
41 33 34 35 36 37 38 39 40 islfl โŠข ( ๐‘Š โˆˆ ๐‘‹ โ†’ ( ๐บ โˆˆ ( LFnl โ€˜ ๐‘Š ) โ†” ( ๐บ : ( Base โ€˜ ๐‘Š ) โŸถ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง โˆ€ ๐‘Ÿ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐บ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) ) )
42 41 biimpar โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ ๐‘‹ โˆง ( ๐บ : ( Base โ€˜ ๐‘Š ) โŸถ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง โˆ€ ๐‘Ÿ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐บ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐บ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) ) โ†’ ๐บ โˆˆ ( LFnl โ€˜ ๐‘Š ) )
43 11 15 32 42 syl12anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ( LFnl โ€˜ ๐‘Š ) )
44 43 8 eleqtrrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ๐น )