Metamath Proof Explorer


Theorem lclkrlem1

Description: The set of functionals having closed kernels is closed under scalar product. (Contributed by NM, 28-Dec-2014)

Ref Expression
Hypotheses lclkrlem1.h โŠข ๐ป = ( LHyp โ€˜ ๐พ )
lclkrlem1.o โŠข โŠฅ = ( ( ocH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
lclkrlem1.u โŠข ๐‘ˆ = ( ( DVecH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
lclkrlem1.f โŠข ๐น = ( LFnl โ€˜ ๐‘ˆ )
lclkrlem1.l โŠข ๐ฟ = ( LKer โ€˜ ๐‘ˆ )
lclkrlem1.d โŠข ๐ท = ( LDual โ€˜ ๐‘ˆ )
lclkrlem1.r โŠข ๐‘… = ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ )
lclkrlem1.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘… )
lclkrlem1.t โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท )
lclkrlem1.c โŠข ๐ถ = { ๐‘“ โˆˆ ๐น โˆฃ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) ) = ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) }
lclkrlem1.k โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐พ โˆˆ HL โˆง ๐‘Š โˆˆ ๐ป ) )
lclkrlem1.x โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐ต )
lclkrlem1.g โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ๐ถ )
Assertion lclkrlem1 ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘‹ ยท ๐บ ) โˆˆ ๐ถ )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lclkrlem1.h โŠข ๐ป = ( LHyp โ€˜ ๐พ )
2 lclkrlem1.o โŠข โŠฅ = ( ( ocH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
3 lclkrlem1.u โŠข ๐‘ˆ = ( ( DVecH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
4 lclkrlem1.f โŠข ๐น = ( LFnl โ€˜ ๐‘ˆ )
5 lclkrlem1.l โŠข ๐ฟ = ( LKer โ€˜ ๐‘ˆ )
6 lclkrlem1.d โŠข ๐ท = ( LDual โ€˜ ๐‘ˆ )
7 lclkrlem1.r โŠข ๐‘… = ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ )
8 lclkrlem1.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘… )
9 lclkrlem1.t โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท )
10 lclkrlem1.c โŠข ๐ถ = { ๐‘“ โˆˆ ๐น โˆฃ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) ) = ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) }
11 lclkrlem1.k โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐พ โˆˆ HL โˆง ๐‘Š โˆˆ ๐ป ) )
12 lclkrlem1.x โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐ต )
13 lclkrlem1.g โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ๐ถ )
14 1 3 11 dvhlmod โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ LMod )
15 10 lcfl1lem โŠข ( ๐บ โˆˆ ๐ถ โ†” ( ๐บ โˆˆ ๐น โˆง ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) ) = ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) )
16 13 15 sylib โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐บ โˆˆ ๐น โˆง ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) ) = ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) )
17 16 simpld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ๐น )
18 4 7 8 6 9 14 12 17 ldualvscl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘‹ ยท ๐บ ) โˆˆ ๐น )
19 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ )
20 1 3 2 19 11 dochoc1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ) ) = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) )
21 20 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘‹ = ( 0g โ€˜ ๐‘… ) ) โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ) ) = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) )
22 fvoveq1 โŠข ( ๐‘‹ = ( 0g โ€˜ ๐‘… ) โ†’ ( ๐ฟ โ€˜ ( ๐‘‹ ยท ๐บ ) ) = ( ๐ฟ โ€˜ ( ( 0g โ€˜ ๐‘… ) ยท ๐บ ) ) )
23 6 14 lduallmod โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ท โˆˆ LMod )
24 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐ท ) = ( Base โ€˜ ๐ท )
25 4 6 24 14 17 ldualelvbase โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐ท ) )
26 eqid โŠข ( Scalar โ€˜ ๐ท ) = ( Scalar โ€˜ ๐ท )
27 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) )
28 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ๐ท ) = ( 0g โ€˜ ๐ท )
29 24 26 9 27 28 lmod0vs โŠข ( ( ๐ท โˆˆ LMod โˆง ๐บ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐ท ) ) โ†’ ( ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ยท ๐บ ) = ( 0g โ€˜ ๐ท ) )
30 23 25 29 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ยท ๐บ ) = ( 0g โ€˜ ๐ท ) )
31 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ๐‘… ) = ( 0g โ€˜ ๐‘… )
32 7 31 6 26 27 14 ldual0 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) = ( 0g โ€˜ ๐‘… ) )
33 32 oveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ยท ๐บ ) = ( ( 0g โ€˜ ๐‘… ) ยท ๐บ ) )
34 19 7 31 6 28 14 ldual0v โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0g โ€˜ ๐ท ) = ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ๐‘… ) } ) )
35 30 33 34 3eqtr3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( 0g โ€˜ ๐‘… ) ยท ๐บ ) = ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ๐‘… ) } ) )
36 35 fveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ฟ โ€˜ ( ( 0g โ€˜ ๐‘… ) ยท ๐บ ) ) = ( ๐ฟ โ€˜ ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ๐‘… ) } ) ) )
37 eqid โŠข ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ๐‘… ) } ) = ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ๐‘… ) } )
38 7 31 19 4 lfl0f โŠข ( ๐‘ˆ โˆˆ LMod โ†’ ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ๐‘… ) } ) โˆˆ ๐น )
39 7 31 19 4 5 lkr0f โŠข ( ( ๐‘ˆ โˆˆ LMod โˆง ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ๐‘… ) } ) โˆˆ ๐น ) โ†’ ( ( ๐ฟ โ€˜ ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ๐‘… ) } ) ) = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) โ†” ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ๐‘… ) } ) = ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ๐‘… ) } ) ) )
40 14 38 39 syl2anc2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ฟ โ€˜ ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ๐‘… ) } ) ) = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) โ†” ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ๐‘… ) } ) = ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ๐‘… ) } ) ) )
41 37 40 mpbiri โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ฟ โ€˜ ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ๐‘… ) } ) ) = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) )
42 36 41 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ฟ โ€˜ ( ( 0g โ€˜ ๐‘… ) ยท ๐บ ) ) = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) )
43 22 42 sylan9eqr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘‹ = ( 0g โ€˜ ๐‘… ) ) โ†’ ( ๐ฟ โ€˜ ( ๐‘‹ ยท ๐บ ) ) = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) )
44 43 fveq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘‹ = ( 0g โ€˜ ๐‘… ) ) โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ( ๐‘‹ ยท ๐บ ) ) ) = ( โŠฅ โ€˜ ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ) )
45 44 fveq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘‹ = ( 0g โ€˜ ๐‘… ) ) โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ( ๐‘‹ ยท ๐บ ) ) ) ) = ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ) ) )
46 21 45 43 3eqtr4d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘‹ = ( 0g โ€˜ ๐‘… ) ) โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ( ๐‘‹ ยท ๐บ ) ) ) ) = ( ๐ฟ โ€˜ ( ๐‘‹ ยท ๐บ ) ) )
47 16 simprd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) ) = ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) )
48 47 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘‹ โ‰  ( 0g โ€˜ ๐‘… ) ) โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) ) = ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) )
49 1 3 11 dvhlvec โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ LVec )
50 49 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘‹ โ‰  ( 0g โ€˜ ๐‘… ) ) โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ LVec )
51 17 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘‹ โ‰  ( 0g โ€˜ ๐‘… ) ) โ†’ ๐บ โˆˆ ๐น )
52 12 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘‹ โ‰  ( 0g โ€˜ ๐‘… ) ) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐ต )
53 simpr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘‹ โ‰  ( 0g โ€˜ ๐‘… ) ) โ†’ ๐‘‹ โ‰  ( 0g โ€˜ ๐‘… ) )
54 7 8 31 4 5 6 9 50 51 52 53 ldualkrsc โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘‹ โ‰  ( 0g โ€˜ ๐‘… ) ) โ†’ ( ๐ฟ โ€˜ ( ๐‘‹ ยท ๐บ ) ) = ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) )
55 54 fveq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘‹ โ‰  ( 0g โ€˜ ๐‘… ) ) โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ( ๐‘‹ ยท ๐บ ) ) ) = ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) )
56 55 fveq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘‹ โ‰  ( 0g โ€˜ ๐‘… ) ) โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ( ๐‘‹ ยท ๐บ ) ) ) ) = ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) ) )
57 48 56 54 3eqtr4d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘‹ โ‰  ( 0g โ€˜ ๐‘… ) ) โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ( ๐‘‹ ยท ๐บ ) ) ) ) = ( ๐ฟ โ€˜ ( ๐‘‹ ยท ๐บ ) ) )
58 46 57 pm2.61dane โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ( ๐‘‹ ยท ๐บ ) ) ) ) = ( ๐ฟ โ€˜ ( ๐‘‹ ยท ๐บ ) ) )
59 10 lcfl1lem โŠข ( ( ๐‘‹ ยท ๐บ ) โˆˆ ๐ถ โ†” ( ( ๐‘‹ ยท ๐บ ) โˆˆ ๐น โˆง ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ( ๐‘‹ ยท ๐บ ) ) ) ) = ( ๐ฟ โ€˜ ( ๐‘‹ ยท ๐บ ) ) ) )
60 18 58 59 sylanbrc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘‹ ยท ๐บ ) โˆˆ ๐ถ )