Metamath Proof Explorer


Theorem linc0scn0

Description: If a set contains the zero element of a module, there is a linear combination being 0 where not all scalars are 0. (Contributed by AV, 13-Apr-2019)

Ref Expression
Hypotheses linc0scn0.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘€ )
linc0scn0.s โŠข ๐‘† = ( Scalar โ€˜ ๐‘€ )
linc0scn0.0 โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘† )
linc0scn0.1 โŠข 1 = ( 1r โ€˜ ๐‘† )
linc0scn0.z โŠข ๐‘ = ( 0g โ€˜ ๐‘€ )
linc0scn0.f โŠข ๐น = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ if ( ๐‘ฅ = ๐‘ , 1 , 0 ) )
Assertion linc0scn0 ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โ†’ ( ๐น ( linC โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘‰ ) = ๐‘ )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 linc0scn0.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘€ )
2 linc0scn0.s โŠข ๐‘† = ( Scalar โ€˜ ๐‘€ )
3 linc0scn0.0 โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘† )
4 linc0scn0.1 โŠข 1 = ( 1r โ€˜ ๐‘† )
5 linc0scn0.z โŠข ๐‘ = ( 0g โ€˜ ๐‘€ )
6 linc0scn0.f โŠข ๐น = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ if ( ๐‘ฅ = ๐‘ , 1 , 0 ) )
7 simpl โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ LMod )
8 2 lmodring โŠข ( ๐‘€ โˆˆ LMod โ†’ ๐‘† โˆˆ Ring )
9 2 eqcomi โŠข ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) = ๐‘†
10 9 fveq2i โŠข ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) = ( Base โ€˜ ๐‘† )
11 10 4 ringidcl โŠข ( ๐‘† โˆˆ Ring โ†’ 1 โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) )
12 10 3 ring0cl โŠข ( ๐‘† โˆˆ Ring โ†’ 0 โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) )
13 11 12 jca โŠข ( ๐‘† โˆˆ Ring โ†’ ( 1 โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆง 0 โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) ) )
14 8 13 syl โŠข ( ๐‘€ โˆˆ LMod โ†’ ( 1 โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆง 0 โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) ) )
15 14 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( 1 โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆง 0 โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) ) )
16 ifcl โŠข ( ( 1 โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆง 0 โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) ) โ†’ if ( ๐‘ฅ = ๐‘ , 1 , 0 ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) )
17 15 16 syl โŠข ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ if ( ๐‘ฅ = ๐‘ , 1 , 0 ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) )
18 17 6 fmptd โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โ†’ ๐น : ๐‘‰ โŸถ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) )
19 fvex โŠข ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆˆ V
20 19 a1i โŠข ( ๐‘€ โˆˆ LMod โ†’ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆˆ V )
21 elmapg โŠข ( ( ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆˆ V โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โ†’ ( ๐น โˆˆ ( ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) โ†‘m ๐‘‰ ) โ†” ๐น : ๐‘‰ โŸถ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) ) )
22 20 21 sylan โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โ†’ ( ๐น โˆˆ ( ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) โ†‘m ๐‘‰ ) โ†” ๐น : ๐‘‰ โŸถ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) ) )
23 18 22 mpbird โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โ†’ ๐น โˆˆ ( ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) โ†‘m ๐‘‰ ) )
24 1 pweqi โŠข ๐’ซ ๐ต = ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ )
25 24 eleq2i โŠข ( ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โ†” ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) )
26 25 biimpi โŠข ( ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โ†’ ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) )
27 26 adantl โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โ†’ ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) )
28 lincval โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐น โˆˆ ( ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) โ†’ ( ๐น ( linC โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘‰ ) = ( ๐‘€ ฮฃg ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฃ ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) ) ) )
29 7 23 27 28 syl3anc โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โ†’ ( ๐น ( linC โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘‰ ) = ( ๐‘€ ฮฃg ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฃ ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) ) ) )
30 simpr โŠข ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ )
31 4 fvexi โŠข 1 โˆˆ V
32 3 fvexi โŠข 0 โˆˆ V
33 31 32 ifex โŠข if ( ๐‘ฃ = ๐‘ , 1 , 0 ) โˆˆ V
34 eqeq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฃ โ†’ ( ๐‘ฅ = ๐‘ โ†” ๐‘ฃ = ๐‘ ) )
35 34 ifbid โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฃ โ†’ if ( ๐‘ฅ = ๐‘ , 1 , 0 ) = if ( ๐‘ฃ = ๐‘ , 1 , 0 ) )
36 35 6 fvmptg โŠข ( ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โˆง if ( ๐‘ฃ = ๐‘ , 1 , 0 ) โˆˆ V ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฃ ) = if ( ๐‘ฃ = ๐‘ , 1 , 0 ) )
37 30 33 36 sylancl โŠข ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฃ ) = if ( ๐‘ฃ = ๐‘ , 1 , 0 ) )
38 37 oveq1d โŠข ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฃ ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) = ( if ( ๐‘ฃ = ๐‘ , 1 , 0 ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) )
39 ovif โŠข ( if ( ๐‘ฃ = ๐‘ , 1 , 0 ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) = if ( ๐‘ฃ = ๐‘ , ( 1 ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) , ( 0 ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) )
40 39 a1i โŠข ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( if ( ๐‘ฃ = ๐‘ , 1 , 0 ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) = if ( ๐‘ฃ = ๐‘ , ( 1 ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) , ( 0 ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) ) )
41 oveq2 โŠข ( ๐‘ฃ = ๐‘ โ†’ ( 1 ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) = ( 1 ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ ) )
42 41 adantl โŠข ( ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ๐‘ฃ = ๐‘ ) โ†’ ( 1 ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) = ( 1 ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ ) )
43 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘† ) = ( Base โ€˜ ๐‘† )
44 2 43 4 lmod1cl โŠข ( ๐‘€ โˆˆ LMod โ†’ 1 โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) )
45 44 ancli โŠข ( ๐‘€ โˆˆ LMod โ†’ ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง 1 โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) ) )
46 45 adantr โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง 1 โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) ) )
47 46 ad2antrr โŠข ( ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ๐‘ฃ = ๐‘ ) โ†’ ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง 1 โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) ) )
48 eqid โŠข ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ )
49 2 48 43 5 lmodvs0 โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง 1 โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) ) โ†’ ( 1 ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ ) = ๐‘ )
50 47 49 syl โŠข ( ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ๐‘ฃ = ๐‘ ) โ†’ ( 1 ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ ) = ๐‘ )
51 42 50 eqtrd โŠข ( ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ๐‘ฃ = ๐‘ ) โ†’ ( 1 ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) = ๐‘ )
52 7 adantr โŠข ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ LMod )
53 elelpwi โŠข ( ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โ†’ ๐‘ฃ โˆˆ ๐ต )
54 53 expcom โŠข ( ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โ†’ ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ๐‘ฃ โˆˆ ๐ต ) )
55 54 adantl โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ๐‘ฃ โˆˆ ๐ต ) )
56 55 imp โŠข ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ๐‘ฃ โˆˆ ๐ต )
57 1 2 48 3 5 lmod0vs โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( 0 ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) = ๐‘ )
58 52 56 57 syl2anc โŠข ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( 0 ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) = ๐‘ )
59 58 adantr โŠข ( ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ยฌ ๐‘ฃ = ๐‘ ) โ†’ ( 0 ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) = ๐‘ )
60 51 59 ifeqda โŠข ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ if ( ๐‘ฃ = ๐‘ , ( 1 ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) , ( 0 ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) ) = ๐‘ )
61 38 40 60 3eqtrd โŠข ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฃ ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) = ๐‘ )
62 61 mpteq2dva โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฃ ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) ) = ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ๐‘ ) )
63 62 oveq2d โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘€ ฮฃg ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฃ ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) ) ) = ( ๐‘€ ฮฃg ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ๐‘ ) ) )
64 lmodgrp โŠข ( ๐‘€ โˆˆ LMod โ†’ ๐‘€ โˆˆ Grp )
65 64 grpmndd โŠข ( ๐‘€ โˆˆ LMod โ†’ ๐‘€ โˆˆ Mnd )
66 5 gsumz โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ Mnd โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘€ ฮฃg ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ๐‘ ) ) = ๐‘ )
67 65 66 sylan โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘€ ฮฃg ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ๐‘ ) ) = ๐‘ )
68 29 63 67 3eqtrd โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ๐ต ) โ†’ ( ๐น ( linC โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘‰ ) = ๐‘ )