Metamath Proof Explorer


Theorem islindf5

Description: A family is independent iff the linear combinations homomorphism is injective. (Contributed by Stefan O'Rear, 28-Feb-2015)

Ref Expression
Hypotheses islindf5.f โŠข ๐น = ( ๐‘… freeLMod ๐ผ )
islindf5.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐น )
islindf5.c โŠข ๐ถ = ( Base โ€˜ ๐‘‡ )
islindf5.v โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘‡ )
islindf5.e โŠข ๐ธ = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ๐‘‡ ฮฃg ( ๐‘ฅ โˆ˜f ยท ๐ด ) ) )
islindf5.t โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‡ โˆˆ LMod )
islindf5.i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ผ โˆˆ ๐‘‹ )
islindf5.r โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘… = ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) )
islindf5.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด : ๐ผ โŸถ ๐ถ )
Assertion islindf5 ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด LIndF ๐‘‡ โ†” ๐ธ : ๐ต โ€“1-1โ†’ ๐ถ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 islindf5.f โŠข ๐น = ( ๐‘… freeLMod ๐ผ )
2 islindf5.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐น )
3 islindf5.c โŠข ๐ถ = ( Base โ€˜ ๐‘‡ )
4 islindf5.v โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘‡ )
5 islindf5.e โŠข ๐ธ = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ๐‘‡ ฮฃg ( ๐‘ฅ โˆ˜f ยท ๐ด ) ) )
6 islindf5.t โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‡ โˆˆ LMod )
7 islindf5.i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ผ โˆˆ ๐‘‹ )
8 islindf5.r โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘… = ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) )
9 islindf5.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด : ๐ผ โŸถ ๐ถ )
10 eqid โŠข ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) = ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ )
11 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘‡ )
12 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) ) = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) )
13 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) freeLMod ๐ผ ) ) = ( Base โ€˜ ( ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) freeLMod ๐ผ ) )
14 3 10 4 11 12 13 islindf4 โŠข ( ( ๐‘‡ โˆˆ LMod โˆง ๐ผ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐ด : ๐ผ โŸถ ๐ถ ) โ†’ ( ๐ด LIndF ๐‘‡ โ†” โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ( ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) freeLMod ๐ผ ) ) ( ( ๐‘‡ ฮฃg ( ๐‘ฆ โˆ˜f ยท ๐ด ) ) = ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) โ†’ ๐‘ฆ = ( ๐ผ ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) ) } ) ) ) )
15 6 7 9 14 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด LIndF ๐‘‡ โ†” โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ( ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) freeLMod ๐ผ ) ) ( ( ๐‘‡ ฮฃg ( ๐‘ฆ โˆ˜f ยท ๐ด ) ) = ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) โ†’ ๐‘ฆ = ( ๐ผ ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) ) } ) ) ) )
16 oveq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆ˜f ยท ๐ด ) = ( ๐‘ฆ โˆ˜f ยท ๐ด ) )
17 16 oveq2d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ ( ๐‘‡ ฮฃg ( ๐‘ฅ โˆ˜f ยท ๐ด ) ) = ( ๐‘‡ ฮฃg ( ๐‘ฆ โˆ˜f ยท ๐ด ) ) )
18 ovex โŠข ( ๐‘‡ ฮฃg ( ๐‘ฆ โˆ˜f ยท ๐ด ) ) โˆˆ V
19 17 5 18 fvmpt โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†’ ( ๐ธ โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( ๐‘‡ ฮฃg ( ๐‘ฆ โˆ˜f ยท ๐ด ) ) )
20 19 adantl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐ธ โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( ๐‘‡ ฮฃg ( ๐‘ฆ โˆ˜f ยท ๐ด ) ) )
21 20 eqeq1d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ( ๐ธ โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) โ†” ( ๐‘‡ ฮฃg ( ๐‘ฆ โˆ˜f ยท ๐ด ) ) = ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) ) )
22 10 lmodring โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ LMod โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) โˆˆ Ring )
23 6 22 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) โˆˆ Ring )
24 8 23 eqeltrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
25 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ๐‘… ) = ( 0g โ€˜ ๐‘… )
26 1 25 frlm0 โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Ring โˆง ๐ผ โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ( ๐ผ ร— { ( 0g โ€˜ ๐‘… ) } ) = ( 0g โ€˜ ๐น ) )
27 24 7 26 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ผ ร— { ( 0g โ€˜ ๐‘… ) } ) = ( 0g โ€˜ ๐น ) )
28 8 fveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0g โ€˜ ๐‘… ) = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) ) )
29 28 sneqd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ { ( 0g โ€˜ ๐‘… ) } = { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) ) } )
30 29 xpeq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ผ ร— { ( 0g โ€˜ ๐‘… ) } ) = ( ๐ผ ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) ) } ) )
31 27 30 eqtr3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0g โ€˜ ๐น ) = ( ๐ผ ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) ) } ) )
32 31 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( 0g โ€˜ ๐น ) = ( ๐ผ ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) ) } ) )
33 32 eqeq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘ฆ = ( 0g โ€˜ ๐น ) โ†” ๐‘ฆ = ( ๐ผ ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) ) } ) ) )
34 21 33 imbi12d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ( ( ๐ธ โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) โ†’ ๐‘ฆ = ( 0g โ€˜ ๐น ) ) โ†” ( ( ๐‘‡ ฮฃg ( ๐‘ฆ โˆ˜f ยท ๐ด ) ) = ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) โ†’ ๐‘ฆ = ( ๐ผ ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) ) } ) ) ) )
35 34 ralbidva โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต ( ( ๐ธ โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) โ†’ ๐‘ฆ = ( 0g โ€˜ ๐น ) ) โ†” โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต ( ( ๐‘‡ ฮฃg ( ๐‘ฆ โˆ˜f ยท ๐ด ) ) = ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) โ†’ ๐‘ฆ = ( ๐ผ ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) ) } ) ) ) )
36 8 eqcomd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) = ๐‘… )
37 36 oveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) freeLMod ๐ผ ) = ( ๐‘… freeLMod ๐ผ ) )
38 37 1 eqtr4di โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) freeLMod ๐ผ ) = ๐น )
39 38 fveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( Base โ€˜ ( ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) freeLMod ๐ผ ) ) = ( Base โ€˜ ๐น ) )
40 39 2 eqtr4di โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( Base โ€˜ ( ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) freeLMod ๐ผ ) ) = ๐ต )
41 40 raleqdv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ( ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) freeLMod ๐ผ ) ) ( ( ๐‘‡ ฮฃg ( ๐‘ฆ โˆ˜f ยท ๐ด ) ) = ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) โ†’ ๐‘ฆ = ( ๐ผ ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) ) } ) ) โ†” โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต ( ( ๐‘‡ ฮฃg ( ๐‘ฆ โˆ˜f ยท ๐ด ) ) = ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) โ†’ ๐‘ฆ = ( ๐ผ ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) ) } ) ) ) )
42 35 41 bitr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต ( ( ๐ธ โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) โ†’ ๐‘ฆ = ( 0g โ€˜ ๐น ) ) โ†” โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ( ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) freeLMod ๐ผ ) ) ( ( ๐‘‡ ฮฃg ( ๐‘ฆ โˆ˜f ยท ๐ด ) ) = ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) โ†’ ๐‘ฆ = ( ๐ผ ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘‡ ) ) } ) ) ) )
43 15 42 bitr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด LIndF ๐‘‡ โ†” โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต ( ( ๐ธ โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) โ†’ ๐‘ฆ = ( 0g โ€˜ ๐น ) ) ) )
44 1 2 3 4 5 6 7 8 9 frlmup1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ธ โˆˆ ( ๐น LMHom ๐‘‡ ) )
45 lmghm โŠข ( ๐ธ โˆˆ ( ๐น LMHom ๐‘‡ ) โ†’ ๐ธ โˆˆ ( ๐น GrpHom ๐‘‡ ) )
46 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ๐น ) = ( 0g โ€˜ ๐น )
47 2 3 46 11 ghmf1 โŠข ( ๐ธ โˆˆ ( ๐น GrpHom ๐‘‡ ) โ†’ ( ๐ธ : ๐ต โ€“1-1โ†’ ๐ถ โ†” โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต ( ( ๐ธ โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) โ†’ ๐‘ฆ = ( 0g โ€˜ ๐น ) ) ) )
48 44 45 47 3syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ธ : ๐ต โ€“1-1โ†’ ๐ถ โ†” โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต ( ( ๐ธ โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) โ†’ ๐‘ฆ = ( 0g โ€˜ ๐น ) ) ) )
49 43 48 bitr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด LIndF ๐‘‡ โ†” ๐ธ : ๐ต โ€“1-1โ†’ ๐ถ ) )