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Theorem lincfsuppcl

Description: A linear combination of vectors (with finite support) is a vector. (Contributed by AV, 25-Apr-2019) (Revised by AV, 28-Jul-2019)

Ref Expression
Hypotheses lincfsuppcl.b 𝐵 = ( Base ‘ 𝑀 )
lincfsuppcl.r 𝑅 = ( Scalar ‘ 𝑀 )
lincfsuppcl.s 𝑆 = ( Base ‘ 𝑅 )
lincfsuppcl.0 0 = ( 0g𝑅 )
Assertion lincfsuppcl ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) ) → ( 𝐹 ( linC ‘ 𝑀 ) 𝑉 ) ∈ 𝐵 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lincfsuppcl.b 𝐵 = ( Base ‘ 𝑀 )
2 lincfsuppcl.r 𝑅 = ( Scalar ‘ 𝑀 )
3 lincfsuppcl.s 𝑆 = ( Base ‘ 𝑅 )
4 lincfsuppcl.0 0 = ( 0g𝑅 )
5 simp1 ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) ) → 𝑀 ∈ LMod )
6 2 fveq2i ( Base ‘ 𝑅 ) = ( Base ‘ ( Scalar ‘ 𝑀 ) )
7 3 6 eqtri 𝑆 = ( Base ‘ ( Scalar ‘ 𝑀 ) )
8 7 oveq1i ( 𝑆m 𝑉 ) = ( ( Base ‘ ( Scalar ‘ 𝑀 ) ) ↑m 𝑉 )
9 8 eleq2i ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ↔ 𝐹 ∈ ( ( Base ‘ ( Scalar ‘ 𝑀 ) ) ↑m 𝑉 ) )
10 9 birani ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) → 𝐹 ∈ ( ( Base ‘ ( Scalar ‘ 𝑀 ) ) ↑m 𝑉 ) )
11 10 3ad2ant3 ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) ) → 𝐹 ∈ ( ( Base ‘ ( Scalar ‘ 𝑀 ) ) ↑m 𝑉 ) )
12 elpwg ( 𝑉𝑊 → ( 𝑉 ∈ 𝒫 ( Base ‘ 𝑀 ) ↔ 𝑉 ⊆ ( Base ‘ 𝑀 ) ) )
13 1 a1i ( 𝑉𝑊𝐵 = ( Base ‘ 𝑀 ) )
14 13 eqcomd ( 𝑉𝑊 → ( Base ‘ 𝑀 ) = 𝐵 )
15 14 sseq2d ( 𝑉𝑊 → ( 𝑉 ⊆ ( Base ‘ 𝑀 ) ↔ 𝑉𝐵 ) )
16 12 15 bitr2d ( 𝑉𝑊 → ( 𝑉𝐵𝑉 ∈ 𝒫 ( Base ‘ 𝑀 ) ) )
17 16 biimpa ( ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) → 𝑉 ∈ 𝒫 ( Base ‘ 𝑀 ) )
18 17 3ad2ant2 ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) ) → 𝑉 ∈ 𝒫 ( Base ‘ 𝑀 ) )
19 lincval ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝐹 ∈ ( ( Base ‘ ( Scalar ‘ 𝑀 ) ) ↑m 𝑉 ) ∧ 𝑉 ∈ 𝒫 ( Base ‘ 𝑀 ) ) → ( 𝐹 ( linC ‘ 𝑀 ) 𝑉 ) = ( 𝑀 Σg ( 𝑣𝑉 ↦ ( ( 𝐹𝑣 ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑣 ) ) ) )
20 5 11 18 19 syl3anc ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) ) → ( 𝐹 ( linC ‘ 𝑀 ) 𝑉 ) = ( 𝑀 Σg ( 𝑣𝑉 ↦ ( ( 𝐹𝑣 ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑣 ) ) ) )
21 eqid ( 0g𝑀 ) = ( 0g𝑀 )
22 lmodcmn ( 𝑀 ∈ LMod → 𝑀 ∈ CMnd )
23 22 3ad2ant1 ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) ) → 𝑀 ∈ CMnd )
24 simpl ( ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) → 𝑉𝑊 )
25 24 3ad2ant2 ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) ) → 𝑉𝑊 )
26 5 adantr ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) ) ∧ 𝑣𝑉 ) → 𝑀 ∈ LMod )
27 elmapi ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) → 𝐹 : 𝑉𝑆 )
28 ffvelcdm ( ( 𝐹 : 𝑉𝑆𝑣𝑉 ) → ( 𝐹𝑣 ) ∈ 𝑆 )
29 28 ex ( 𝐹 : 𝑉𝑆 → ( 𝑣𝑉 → ( 𝐹𝑣 ) ∈ 𝑆 ) )
30 27 29 syl ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) → ( 𝑣𝑉 → ( 𝐹𝑣 ) ∈ 𝑆 ) )
31 30 adantr ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) → ( 𝑣𝑉 → ( 𝐹𝑣 ) ∈ 𝑆 ) )
32 31 3ad2ant3 ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) ) → ( 𝑣𝑉 → ( 𝐹𝑣 ) ∈ 𝑆 ) )
33 32 imp ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) ) ∧ 𝑣𝑉 ) → ( 𝐹𝑣 ) ∈ 𝑆 )
34 ssel ( 𝑉𝐵 → ( 𝑣𝑉𝑣𝐵 ) )
35 34 adantl ( ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) → ( 𝑣𝑉𝑣𝐵 ) )
36 35 3ad2ant2 ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) ) → ( 𝑣𝑉𝑣𝐵 ) )
37 36 imp ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) ) ∧ 𝑣𝑉 ) → 𝑣𝐵 )
38 eqid ( ·𝑠𝑀 ) = ( ·𝑠𝑀 )
39 1 2 38 3 lmodvscl ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( 𝐹𝑣 ) ∈ 𝑆𝑣𝐵 ) → ( ( 𝐹𝑣 ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑣 ) ∈ 𝐵 )
40 26 33 37 39 syl3anc ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) ) ∧ 𝑣𝑉 ) → ( ( 𝐹𝑣 ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑣 ) ∈ 𝐵 )
41 40 fmpttd ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) ) → ( 𝑣𝑉 ↦ ( ( 𝐹𝑣 ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑣 ) ) : 𝑉𝐵 )
42 simpl ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) → 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) )
43 42 3ad2ant3 ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) ) → 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) )
44 simp3r ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) ) → 𝐹 finSupp 0 )
45 44 4 breqtrdi ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) ) → 𝐹 finSupp ( 0g𝑅 ) )
46 2 3 scmfsupp ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑉 ∈ 𝒫 ( Base ‘ 𝑀 ) ) ∧ 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp ( 0g𝑅 ) ) → ( 𝑣𝑉 ↦ ( ( 𝐹𝑣 ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑣 ) ) finSupp ( 0g𝑀 ) )
47 5 18 43 45 46 syl211anc ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) ) → ( 𝑣𝑉 ↦ ( ( 𝐹𝑣 ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑣 ) ) finSupp ( 0g𝑀 ) )
48 1 21 23 25 41 47 gsumcl ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) ) → ( 𝑀 Σg ( 𝑣𝑉 ↦ ( ( 𝐹𝑣 ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑣 ) ) ) ∈ 𝐵 )
49 20 48 eqeltrd ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( 𝑉𝑊𝑉𝐵 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝑆m 𝑉 ) ∧ 𝐹 finSupp 0 ) ) → ( 𝐹 ( linC ‘ 𝑀 ) 𝑉 ) ∈ 𝐵 )