Metamath Proof Explorer


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 โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘€ )
lincfsuppcl.r โŠข ๐‘… = ( Scalar โ€˜ ๐‘€ )
lincfsuppcl.s โŠข ๐‘† = ( Base โ€˜ ๐‘… )
lincfsuppcl.0 โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘… )
Assertion lincfsuppcl ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โˆง ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) ) โ†’ ( ๐น ( linC โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘‰ ) โˆˆ ๐ต )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lincfsuppcl.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘€ )
2 lincfsuppcl.r โŠข ๐‘… = ( Scalar โ€˜ ๐‘€ )
3 lincfsuppcl.s โŠข ๐‘† = ( Base โ€˜ ๐‘… )
4 lincfsuppcl.0 โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘… )
5 simp1 โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โˆง ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ LMod )
6 2 fveq2i โŠข ( Base โ€˜ ๐‘… ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) )
7 3 6 eqtri โŠข ๐‘† = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) )
8 7 oveq1i โŠข ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) = ( ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) โ†‘m ๐‘‰ )
9 8 eleq2i โŠข ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โ†” ๐น โˆˆ ( ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) โ†‘m ๐‘‰ ) )
10 9 biimpi โŠข ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โ†’ ๐น โˆˆ ( ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) โ†‘m ๐‘‰ ) )
11 10 adantr โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) โ†’ ๐น โˆˆ ( ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) โ†‘m ๐‘‰ ) )
12 11 3ad2ant3 โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โˆง ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) ) โ†’ ๐น โˆˆ ( ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) ) โ†‘m ๐‘‰ ) )
13 elpwg โŠข ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โ†’ ( ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) โ†” ๐‘‰ โІ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) )
14 1 a1i โŠข ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โ†’ ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) )
15 14 eqcomd โŠข ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โ†’ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) = ๐ต )
16 15 sseq2d โŠข ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โ†’ ( ๐‘‰ โІ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) โ†” ๐‘‰ โІ ๐ต ) )
17 13 16 bitr2d โŠข ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โ†’ ( ๐‘‰ โІ ๐ต โ†” ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) )
18 17 biimpa โŠข ( ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โ†’ ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) )
19 18 3ad2ant2 โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โˆง ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) ) โ†’ ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) )
20 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 ) ) ) )
21 5 12 19 20 syl3anc โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โˆง ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) ) 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 ) ) ) )
22 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ๐‘€ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘€ )
23 lmodcmn โŠข ( ๐‘€ โˆˆ LMod โ†’ ๐‘€ โˆˆ CMnd )
24 23 3ad2ant1 โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โˆง ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ CMnd )
25 simpl โŠข ( ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โ†’ ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š )
26 25 3ad2ant2 โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โˆง ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) ) โ†’ ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š )
27 5 adantr โŠข ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โˆง ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ LMod )
28 elmapi โŠข ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โ†’ ๐น : ๐‘‰ โŸถ ๐‘† )
29 ffvelcdm โŠข ( ( ๐น : ๐‘‰ โŸถ ๐‘† โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฃ ) โˆˆ ๐‘† )
30 29 ex โŠข ( ๐น : ๐‘‰ โŸถ ๐‘† โ†’ ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฃ ) โˆˆ ๐‘† ) )
31 28 30 syl โŠข ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฃ ) โˆˆ ๐‘† ) )
32 31 adantr โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) โ†’ ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฃ ) โˆˆ ๐‘† ) )
33 32 3ad2ant3 โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โˆง ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) ) โ†’ ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฃ ) โˆˆ ๐‘† ) )
34 33 imp โŠข ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โˆง ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฃ ) โˆˆ ๐‘† )
35 ssel โŠข ( ๐‘‰ โІ ๐ต โ†’ ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ๐‘ฃ โˆˆ ๐ต ) )
36 35 adantl โŠข ( ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ๐‘ฃ โˆˆ ๐ต ) )
37 36 3ad2ant2 โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โˆง ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) ) โ†’ ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ๐‘ฃ โˆˆ ๐ต ) )
38 37 imp โŠข ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โˆง ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ๐‘ฃ โˆˆ ๐ต )
39 eqid โŠข ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ )
40 1 2 39 3 lmodvscl โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฃ ) โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฃ ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) โˆˆ ๐ต )
41 27 34 38 40 syl3anc โŠข ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โˆง ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฃ ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) โˆˆ ๐ต )
42 41 fmpttd โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โˆง ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) ) โ†’ ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฃ ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) ) : ๐‘‰ โŸถ ๐ต )
43 simpl โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) โ†’ ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) )
44 43 3ad2ant3 โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โˆง ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) ) โ†’ ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) )
45 simp3r โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โˆง ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) ) โ†’ ๐น finSupp 0 )
46 45 4 breqtrdi โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โˆง ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) ) โ†’ ๐น finSupp ( 0g โ€˜ ๐‘… ) )
47 2 3 scmfsupp โŠข ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ๐‘‰ โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp ( 0g โ€˜ ๐‘… ) ) โ†’ ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฃ ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) ) finSupp ( 0g โ€˜ ๐‘€ ) )
48 5 19 44 46 47 syl211anc โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โˆง ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) ) โ†’ ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฃ ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) ) finSupp ( 0g โ€˜ ๐‘€ ) )
49 1 22 24 26 42 48 gsumcl โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โˆง ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) ) โ†’ ( ๐‘€ ฮฃg ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฃ ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฃ ) ) ) โˆˆ ๐ต )
50 21 49 eqeltrd โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘‰ โˆˆ ๐‘Š โˆง ๐‘‰ โІ ๐ต ) โˆง ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† โ†‘m ๐‘‰ ) โˆง ๐น finSupp 0 ) ) โ†’ ( ๐น ( linC โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘‰ ) โˆˆ ๐ต )