Metamath Proof Explorer


Theorem lflset

Description: The set of linear functionals in a left module or left vector space. (Contributed by NM, 15-Apr-2014) (Revised by Mario Carneiro, 24-Jun-2014)

Ref Expression
Hypotheses lflset.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
lflset.a โŠข + = ( +g โ€˜ ๐‘Š )
lflset.d โŠข ๐ท = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
lflset.s โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š )
lflset.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐ท )
lflset.p โŠข โจฃ = ( +g โ€˜ ๐ท )
lflset.t โŠข ร— = ( .r โ€˜ ๐ท )
lflset.f โŠข ๐น = ( LFnl โ€˜ ๐‘Š )
Assertion lflset ( ๐‘Š โˆˆ ๐‘‹ โ†’ ๐น = { ๐‘“ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐‘‰ ) โˆฃ โˆ€ ๐‘Ÿ โˆˆ ๐พ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘“ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) + ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ร— ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โจฃ ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) } )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lflset.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
2 lflset.a โŠข + = ( +g โ€˜ ๐‘Š )
3 lflset.d โŠข ๐ท = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
4 lflset.s โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š )
5 lflset.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐ท )
6 lflset.p โŠข โจฃ = ( +g โ€˜ ๐ท )
7 lflset.t โŠข ร— = ( .r โ€˜ ๐ท )
8 lflset.f โŠข ๐น = ( LFnl โ€˜ ๐‘Š )
9 elex โŠข ( ๐‘Š โˆˆ ๐‘‹ โ†’ ๐‘Š โˆˆ V )
10 fveq2 โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) )
11 10 3 eqtr4di โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) = ๐ท )
12 11 fveq2d โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) = ( Base โ€˜ ๐ท ) )
13 12 5 eqtr4di โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) = ๐พ )
14 fveq2 โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) = ( Base โ€˜ ๐‘Š ) )
15 14 1 eqtr4di โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) = ๐‘‰ )
16 13 15 oveq12d โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†‘m ( Base โ€˜ ๐‘ค ) ) = ( ๐พ โ†‘m ๐‘‰ ) )
17 fveq2 โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( +g โ€˜ ๐‘ค ) = ( +g โ€˜ ๐‘Š ) )
18 17 2 eqtr4di โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( +g โ€˜ ๐‘ค ) = + )
19 fveq2 โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) )
20 19 4 eqtr4di โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) = ยท )
21 20 oveqd โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( ๐‘Ÿ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฅ ) = ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) )
22 eqidd โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ๐‘ฆ = ๐‘ฆ )
23 18 21 22 oveq123d โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( ( ๐‘Ÿ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) = ( ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) + ๐‘ฆ ) )
24 23 fveq2d โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( ๐‘“ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) = ( ๐‘“ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) + ๐‘ฆ ) ) )
25 11 fveq2d โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) = ( +g โ€˜ ๐ท ) )
26 25 6 eqtr4di โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) = โจฃ )
27 11 fveq2d โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) = ( .r โ€˜ ๐ท ) )
28 27 7 eqtr4di โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) = ร— )
29 28 oveqd โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( ๐‘Ÿ ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) = ( ๐‘Ÿ ร— ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) )
30 eqidd โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฆ ) )
31 26 29 30 oveq123d โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( ( ๐‘Ÿ ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ร— ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โจฃ ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) )
32 24 31 eqeq12d โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( ( ๐‘“ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ†” ( ๐‘“ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) + ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ร— ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โจฃ ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) )
33 15 32 raleqbidv โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) ( ๐‘“ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ†” โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘“ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) + ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ร— ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โจฃ ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) )
34 15 33 raleqbidv โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) ( ๐‘“ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ†” โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘“ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) + ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ร— ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โจฃ ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) )
35 13 34 raleqbidv โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( โˆ€ ๐‘Ÿ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) ( ๐‘“ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ†” โˆ€ ๐‘Ÿ โˆˆ ๐พ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘“ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) + ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ร— ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โจฃ ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) )
36 16 35 rabeqbidv โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ { ๐‘“ โˆˆ ( ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†‘m ( Base โ€˜ ๐‘ค ) ) โˆฃ โˆ€ ๐‘Ÿ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) ( ๐‘“ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) } = { ๐‘“ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐‘‰ ) โˆฃ โˆ€ ๐‘Ÿ โˆˆ ๐พ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘“ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) + ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ร— ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โจฃ ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) } )
37 df-lfl โŠข LFnl = ( ๐‘ค โˆˆ V โ†ฆ { ๐‘“ โˆˆ ( ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†‘m ( Base โ€˜ ๐‘ค ) ) โˆฃ โˆ€ ๐‘Ÿ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) ( ๐‘“ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ( .r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) } )
38 ovex โŠข ( ๐พ โ†‘m ๐‘‰ ) โˆˆ V
39 38 rabex โŠข { ๐‘“ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐‘‰ ) โˆฃ โˆ€ ๐‘Ÿ โˆˆ ๐พ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘“ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) + ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ร— ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โจฃ ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) } โˆˆ V
40 36 37 39 fvmpt โŠข ( ๐‘Š โˆˆ V โ†’ ( LFnl โ€˜ ๐‘Š ) = { ๐‘“ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐‘‰ ) โˆฃ โˆ€ ๐‘Ÿ โˆˆ ๐พ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘“ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) + ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ร— ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โจฃ ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) } )
41 8 40 eqtrid โŠข ( ๐‘Š โˆˆ V โ†’ ๐น = { ๐‘“ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐‘‰ ) โˆฃ โˆ€ ๐‘Ÿ โˆˆ ๐พ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘“ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) + ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ร— ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โจฃ ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) } )
42 9 41 syl โŠข ( ๐‘Š โˆˆ ๐‘‹ โ†’ ๐น = { ๐‘“ โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐‘‰ ) โˆฃ โˆ€ ๐‘Ÿ โˆˆ ๐พ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘“ โ€˜ ( ( ๐‘Ÿ ยท ๐‘ฅ ) + ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘Ÿ ร— ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โจฃ ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) } )