Metamath Proof Explorer


Theorem ldualvsubval

Description: The value of the value of vector subtraction in the dual of a vector space. TODO: shorten with ldualvsub ? (Requires D to oppR conversion.) (Contributed by NM, 26-Feb-2015)

Ref Expression
Hypotheses ldualvsubval.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
ldualvsubval.r โŠข ๐‘… = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
ldualvsubval.s โŠข ๐‘† = ( -g โ€˜ ๐‘… )
ldualvsubval.f โŠข ๐น = ( LFnl โ€˜ ๐‘Š )
ldualvsubval.d โŠข ๐ท = ( LDual โ€˜ ๐‘Š )
ldualvsubval.m โŠข โˆ’ = ( -g โ€˜ ๐ท )
ldualvsubval.w โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Š โˆˆ LMod )
ldualvsubval.g โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ๐น )
ldualvsubval.h โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ป โˆˆ ๐น )
ldualvsubval.x โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ )
Assertion ldualvsubval ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐บ โˆ’ ๐ป ) โ€˜ ๐‘‹ ) = ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ๐‘† ( ๐ป โ€˜ ๐‘‹ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ldualvsubval.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
2 ldualvsubval.r โŠข ๐‘… = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
3 ldualvsubval.s โŠข ๐‘† = ( -g โ€˜ ๐‘… )
4 ldualvsubval.f โŠข ๐น = ( LFnl โ€˜ ๐‘Š )
5 ldualvsubval.d โŠข ๐ท = ( LDual โ€˜ ๐‘Š )
6 ldualvsubval.m โŠข โˆ’ = ( -g โ€˜ ๐ท )
7 ldualvsubval.w โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Š โˆˆ LMod )
8 ldualvsubval.g โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ๐น )
9 ldualvsubval.h โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ป โˆˆ ๐น )
10 ldualvsubval.x โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ )
11 5 7 lduallmod โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ท โˆˆ LMod )
12 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐ท ) = ( Base โ€˜ ๐ท )
13 4 5 12 7 8 ldualelvbase โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐ท ) )
14 4 5 12 7 9 ldualelvbase โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ป โˆˆ ( Base โ€˜ ๐ท ) )
15 eqid โŠข ( +g โ€˜ ๐ท ) = ( +g โ€˜ ๐ท )
16 eqid โŠข ( Scalar โ€˜ ๐ท ) = ( Scalar โ€˜ ๐ท )
17 eqid โŠข ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท )
18 eqid โŠข ( invg โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) = ( invg โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) )
19 eqid โŠข ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) = ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) )
20 12 15 6 16 17 18 19 lmodvsubval2 โŠข ( ( ๐ท โˆˆ LMod โˆง ๐บ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐ท ) โˆง ๐ป โˆˆ ( Base โ€˜ ๐ท ) ) โ†’ ( ๐บ โˆ’ ๐ป ) = ( ๐บ ( +g โ€˜ ๐ท ) ( ( ( invg โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐ป ) ) )
21 11 13 14 20 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐บ โˆ’ ๐ป ) = ( ๐บ ( +g โ€˜ ๐ท ) ( ( ( invg โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐ป ) ) )
22 21 fveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐บ โˆ’ ๐ป ) โ€˜ ๐‘‹ ) = ( ( ๐บ ( +g โ€˜ ๐ท ) ( ( ( invg โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐ป ) ) โ€˜ ๐‘‹ ) )
23 eqid โŠข ( +g โ€˜ ๐‘… ) = ( +g โ€˜ ๐‘… )
24 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘… ) = ( Base โ€˜ ๐‘… )
25 16 lmodfgrp โŠข ( ๐ท โˆˆ LMod โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) โˆˆ Grp )
26 11 25 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) โˆˆ Grp )
27 16 lmodring โŠข ( ๐ท โˆˆ LMod โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) โˆˆ Ring )
28 11 27 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) โˆˆ Ring )
29 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) )
30 29 19 ringidcl โŠข ( ( Scalar โ€˜ ๐ท ) โˆˆ Ring โ†’ ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) )
31 28 30 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) )
32 29 18 grpinvcl โŠข ( ( ( Scalar โ€˜ ๐ท ) โˆˆ Grp โˆง ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ) โ†’ ( ( invg โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) )
33 26 31 32 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( invg โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) )
34 2 24 5 16 29 7 ldualsbase โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) = ( Base โ€˜ ๐‘… ) )
35 33 34 eleqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( invg โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) )
36 4 2 24 5 17 7 35 9 ldualvscl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( invg โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐ป ) โˆˆ ๐น )
37 1 2 23 4 5 15 7 8 36 10 ldualvaddval โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐บ ( +g โ€˜ ๐ท ) ( ( ( invg โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐ป ) ) โ€˜ ๐‘‹ ) = ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ( +g โ€˜ ๐‘… ) ( ( ( ( invg โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐ป ) โ€˜ ๐‘‹ ) ) )
38 eqid โŠข ( invg โ€˜ ๐‘… ) = ( invg โ€˜ ๐‘… )
39 2 38 5 16 18 7 ldualneg โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( invg โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) = ( invg โ€˜ ๐‘… ) )
40 eqid โŠข ( 1r โ€˜ ๐‘… ) = ( 1r โ€˜ ๐‘… )
41 2 40 5 16 19 7 ldual1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) = ( 1r โ€˜ ๐‘… ) )
42 39 41 fveq12d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( invg โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ) = ( ( invg โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐‘… ) ) )
43 42 oveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( invg โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐ป ) = ( ( ( invg โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐‘… ) ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐ป ) )
44 43 fveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ( invg โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐ป ) โ€˜ ๐‘‹ ) = ( ( ( ( invg โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐‘… ) ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐ป ) โ€˜ ๐‘‹ ) )
45 eqid โŠข ( .r โ€˜ ๐‘… ) = ( .r โ€˜ ๐‘… )
46 2 lmodring โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
47 7 46 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘… โˆˆ Ring )
48 ringgrp โŠข ( ๐‘… โˆˆ Ring โ†’ ๐‘… โˆˆ Grp )
49 47 48 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘… โˆˆ Grp )
50 2 24 40 lmod1cl โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ( 1r โ€˜ ๐‘… ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) )
51 7 50 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1r โ€˜ ๐‘… ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) )
52 24 38 grpinvcl โŠข ( ( ๐‘… โˆˆ Grp โˆง ( 1r โ€˜ ๐‘… ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) ) โ†’ ( ( invg โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐‘… ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) )
53 49 51 52 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( invg โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐‘… ) ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) )
54 4 1 2 24 45 5 17 7 53 9 10 ldualvsval โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ( invg โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐‘… ) ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐ป ) โ€˜ ๐‘‹ ) = ( ( ๐ป โ€˜ ๐‘‹ ) ( .r โ€˜ ๐‘… ) ( ( invg โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐‘… ) ) ) )
55 2 24 1 4 lflcl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ป โˆˆ ๐น โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐ป โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) )
56 7 9 10 55 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ป โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) )
57 24 45 40 38 47 56 ringnegr โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ป โ€˜ ๐‘‹ ) ( .r โ€˜ ๐‘… ) ( ( invg โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐‘… ) ) ) = ( ( invg โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( ๐ป โ€˜ ๐‘‹ ) ) )
58 44 54 57 3eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ( invg โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐ป ) โ€˜ ๐‘‹ ) = ( ( invg โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( ๐ป โ€˜ ๐‘‹ ) ) )
59 58 oveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ( +g โ€˜ ๐‘… ) ( ( ( ( invg โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐ป ) โ€˜ ๐‘‹ ) ) = ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ( +g โ€˜ ๐‘… ) ( ( invg โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( ๐ป โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) )
60 2 24 1 4 lflcl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐บ โˆˆ ๐น โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) )
61 7 8 10 60 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) )
62 24 23 38 3 grpsubval โŠข ( ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) โˆง ( ๐ป โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘… ) ) โ†’ ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ๐‘† ( ๐ป โ€˜ ๐‘‹ ) ) = ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ( +g โ€˜ ๐‘… ) ( ( invg โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( ๐ป โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) )
63 61 56 62 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ๐‘† ( ๐ป โ€˜ ๐‘‹ ) ) = ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ( +g โ€˜ ๐‘… ) ( ( invg โ€˜ ๐‘… ) โ€˜ ( ๐ป โ€˜ ๐‘‹ ) ) ) )
64 59 63 eqtr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ( +g โ€˜ ๐‘… ) ( ( ( ( invg โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐ป ) โ€˜ ๐‘‹ ) ) = ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ๐‘† ( ๐ป โ€˜ ๐‘‹ ) ) )
65 22 37 64 3eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐บ โˆ’ ๐ป ) โ€˜ ๐‘‹ ) = ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) ๐‘† ( ๐ป โ€˜ ๐‘‹ ) ) )