Metamath Proof Explorer


Theorem lcfrlem1

Description: Lemma for lcfr . Note that X is z in Mario's notes. (Contributed by NM, 27-Feb-2015)

Ref Expression
Hypotheses lcfrlem1.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ )
lcfrlem1.s โŠข ๐‘† = ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ )
lcfrlem1.q โŠข ร— = ( .r โ€˜ ๐‘† )
lcfrlem1.z โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘† )
lcfrlem1.i โŠข ๐ผ = ( invr โ€˜ ๐‘† )
lcfrlem1.f โŠข ๐น = ( LFnl โ€˜ ๐‘ˆ )
lcfrlem1.d โŠข ๐ท = ( LDual โ€˜ ๐‘ˆ )
lcfrlem1.t โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท )
lcfrlem1.m โŠข โˆ’ = ( -g โ€˜ ๐ท )
lcfrlem1.u โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ LVec )
lcfrlem1.e โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ธ โˆˆ ๐น )
lcfrlem1.g โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ๐น )
lcfrlem1.x โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ )
lcfrlem1.n โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) โ‰  0 )
lcfrlem1.h โŠข ๐ป = ( ๐ธ โˆ’ ( ( ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ยท ๐บ ) )
Assertion lcfrlem1 ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ป โ€˜ ๐‘‹ ) = 0 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lcfrlem1.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ )
2 lcfrlem1.s โŠข ๐‘† = ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ )
3 lcfrlem1.q โŠข ร— = ( .r โ€˜ ๐‘† )
4 lcfrlem1.z โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘† )
5 lcfrlem1.i โŠข ๐ผ = ( invr โ€˜ ๐‘† )
6 lcfrlem1.f โŠข ๐น = ( LFnl โ€˜ ๐‘ˆ )
7 lcfrlem1.d โŠข ๐ท = ( LDual โ€˜ ๐‘ˆ )
8 lcfrlem1.t โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท )
9 lcfrlem1.m โŠข โˆ’ = ( -g โ€˜ ๐ท )
10 lcfrlem1.u โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ LVec )
11 lcfrlem1.e โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ธ โˆˆ ๐น )
12 lcfrlem1.g โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ๐น )
13 lcfrlem1.x โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ )
14 lcfrlem1.n โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) โ‰  0 )
15 lcfrlem1.h โŠข ๐ป = ( ๐ธ โˆ’ ( ( ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ยท ๐บ ) )
16 15 fveq1i โŠข ( ๐ป โ€˜ ๐‘‹ ) = ( ( ๐ธ โˆ’ ( ( ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ยท ๐บ ) ) โ€˜ ๐‘‹ )
17 eqid โŠข ( -g โ€˜ ๐‘† ) = ( -g โ€˜ ๐‘† )
18 lveclmod โŠข ( ๐‘ˆ โˆˆ LVec โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ LMod )
19 10 18 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ LMod )
20 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘† ) = ( Base โ€˜ ๐‘† )
21 2 lvecdrng โŠข ( ๐‘ˆ โˆˆ LVec โ†’ ๐‘† โˆˆ DivRing )
22 10 21 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘† โˆˆ DivRing )
23 2 20 1 6 lflcl โŠข ( ( ๐‘ˆ โˆˆ LVec โˆง ๐บ โˆˆ ๐น โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) )
24 10 12 13 23 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) )
25 20 4 5 drnginvrcl โŠข ( ( ๐‘† โˆˆ DivRing โˆง ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) โˆง ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) โ‰  0 ) โ†’ ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) )
26 22 24 14 25 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) )
27 2 20 1 6 lflcl โŠข ( ( ๐‘ˆ โˆˆ LVec โˆง ๐ธ โˆˆ ๐น โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) )
28 10 11 13 27 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) )
29 2 20 3 lmodmcl โŠข ( ( ๐‘ˆ โˆˆ LMod โˆง ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) โˆง ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) ) โ†’ ( ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) )
30 19 26 28 29 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) )
31 6 2 20 7 8 19 30 12 ldualvscl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ยท ๐บ ) โˆˆ ๐น )
32 1 2 17 6 7 9 19 11 31 13 ldualvsubval โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ธ โˆ’ ( ( ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ยท ๐บ ) ) โ€˜ ๐‘‹ ) = ( ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ( -g โ€˜ ๐‘† ) ( ( ( ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ยท ๐บ ) โ€˜ ๐‘‹ ) ) )
33 6 1 2 20 3 7 8 10 30 12 13 ldualvsval โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ยท ๐บ ) โ€˜ ๐‘‹ ) = ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ร— ( ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) )
34 eqid โŠข ( 1r โ€˜ ๐‘† ) = ( 1r โ€˜ ๐‘† )
35 20 4 3 34 5 drnginvrr โŠข ( ( ๐‘† โˆˆ DivRing โˆง ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) โˆง ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) โ‰  0 ) โ†’ ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ร— ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) = ( 1r โ€˜ ๐‘† ) )
36 22 24 14 35 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ร— ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) = ( 1r โ€˜ ๐‘† ) )
37 36 oveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ร— ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) = ( ( 1r โ€˜ ๐‘† ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) )
38 2 lmodring โŠข ( ๐‘ˆ โˆˆ LMod โ†’ ๐‘† โˆˆ Ring )
39 19 38 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘† โˆˆ Ring )
40 20 3 ringass โŠข ( ( ๐‘† โˆˆ Ring โˆง ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) โˆง ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) โˆง ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ( ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ร— ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) = ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ร— ( ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) )
41 39 24 26 28 40 syl13anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ร— ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) = ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ร— ( ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) )
42 20 3 34 ringlidm โŠข ( ( ๐‘† โˆˆ Ring โˆง ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) ) โ†’ ( ( 1r โ€˜ ๐‘† ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) = ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) )
43 39 28 42 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( 1r โ€˜ ๐‘† ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) = ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) )
44 37 41 43 3eqtr3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ร— ( ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) = ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) )
45 33 44 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ยท ๐บ ) โ€˜ ๐‘‹ ) = ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) )
46 45 oveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ( -g โ€˜ ๐‘† ) ( ( ( ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ยท ๐บ ) โ€˜ ๐‘‹ ) ) = ( ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ( -g โ€˜ ๐‘† ) ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) )
47 2 lmodfgrp โŠข ( ๐‘ˆ โˆˆ LMod โ†’ ๐‘† โˆˆ Grp )
48 19 47 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘† โˆˆ Grp )
49 20 4 17 grpsubid โŠข ( ( ๐‘† โˆˆ Grp โˆง ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) ) โ†’ ( ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ( -g โ€˜ ๐‘† ) ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) = 0 )
50 48 28 49 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ( -g โ€˜ ๐‘† ) ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) = 0 )
51 32 46 50 3eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ธ โˆ’ ( ( ( ๐ผ โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ร— ( ๐ธ โ€˜ ๐‘‹ ) ) ยท ๐บ ) ) โ€˜ ๐‘‹ ) = 0 )
52 16 51 eqtrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ป โ€˜ ๐‘‹ ) = 0 )