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Theorem lincresunit3lem1

Description: Lemma 1 for lincresunit3 . (Contributed by AV, 17-May-2019)

Ref Expression
Hypotheses lincresunit.b 𝐵 = ( Base ‘ 𝑀 )
lincresunit.r 𝑅 = ( Scalar ‘ 𝑀 )
lincresunit.e 𝐸 = ( Base ‘ 𝑅 )
lincresunit.u 𝑈 = ( Unit ‘ 𝑅 )
lincresunit.0 0 = ( 0g𝑅 )
lincresunit.z 𝑍 = ( 0g𝑀 )
lincresunit.n 𝑁 = ( invg𝑅 )
lincresunit.i 𝐼 = ( invr𝑅 )
lincresunit.t · = ( .r𝑅 )
lincresunit.g 𝐺 = ( 𝑠 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ↦ ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ) · ( 𝐹𝑠 ) ) )
Assertion lincresunit3lem1 ( ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) ) → ( ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ( ·𝑠𝑀 ) ( ( 𝐺𝑧 ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑧 ) ) = ( ( 𝐹𝑧 ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑧 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lincresunit.b 𝐵 = ( Base ‘ 𝑀 )
2 lincresunit.r 𝑅 = ( Scalar ‘ 𝑀 )
3 lincresunit.e 𝐸 = ( Base ‘ 𝑅 )
4 lincresunit.u 𝑈 = ( Unit ‘ 𝑅 )
5 lincresunit.0 0 = ( 0g𝑅 )
6 lincresunit.z 𝑍 = ( 0g𝑀 )
7 lincresunit.n 𝑁 = ( invg𝑅 )
8 lincresunit.i 𝐼 = ( invr𝑅 )
9 lincresunit.t · = ( .r𝑅 )
10 lincresunit.g 𝐺 = ( 𝑠 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ↦ ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ) · ( 𝐹𝑠 ) ) )
11 fveq2 ( 𝑠 = 𝑧 → ( 𝐹𝑠 ) = ( 𝐹𝑧 ) )
12 11 oveq2d ( 𝑠 = 𝑧 → ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ) · ( 𝐹𝑠 ) ) = ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ) · ( 𝐹𝑧 ) ) )
13 simpr3 ( ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) ) → 𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) )
14 ovexd ( ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) ) → ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ) · ( 𝐹𝑧 ) ) ∈ V )
15 10 12 13 14 fvmptd3 ( ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) ) → ( 𝐺𝑧 ) = ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ) · ( 𝐹𝑧 ) ) )
16 15 oveq1d ( ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) ) → ( ( 𝐺𝑧 ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑧 ) = ( ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ) · ( 𝐹𝑧 ) ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑧 ) )
17 16 oveq2d ( ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) ) → ( ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ( ·𝑠𝑀 ) ( ( 𝐺𝑧 ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑧 ) ) = ( ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ( ·𝑠𝑀 ) ( ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ) · ( 𝐹𝑧 ) ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑧 ) ) )
18 simp2 ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) → 𝑀 ∈ LMod )
19 18 adantr ( ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) ) → 𝑀 ∈ LMod )
20 2 lmodfgrp ( 𝑀 ∈ LMod → 𝑅 ∈ Grp )
21 20 3ad2ant2 ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) → 𝑅 ∈ Grp )
22 3 4 unitcl ( ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈 → ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝐸 )
23 22 3ad2ant2 ( ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) → ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝐸 )
24 3 7 grpinvcl ( ( 𝑅 ∈ Grp ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝐸 ) → ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ∈ 𝐸 )
25 21 23 24 syl2an ( ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) ) → ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ∈ 𝐸 )
26 3simpa ( ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) → ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈 ) )
27 26 anim2i ( ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) ) → ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈 ) ) )
28 eldifi ( 𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) → 𝑧𝑆 )
29 28 3ad2ant3 ( ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) → 𝑧𝑆 )
30 29 adantl ( ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) ) → 𝑧𝑆 )
31 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 lincresunitlem2 ( ( ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈 ) ) ∧ 𝑧𝑆 ) → ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ) · ( 𝐹𝑧 ) ) ∈ 𝐸 )
32 27 30 31 syl2anc ( ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) ) → ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ) · ( 𝐹𝑧 ) ) ∈ 𝐸 )
33 elpwi ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑆𝐵 )
34 33 sseld ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵 → ( 𝑧𝑆𝑧𝐵 ) )
35 28 34 syl5com ( 𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) → ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑧𝐵 ) )
36 35 3ad2ant3 ( ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) → ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑧𝐵 ) )
37 36 com12 ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵 → ( ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) → 𝑧𝐵 ) )
38 37 3ad2ant1 ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) → ( ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) → 𝑧𝐵 ) )
39 38 imp ( ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) ) → 𝑧𝐵 )
40 eqid ( ·𝑠𝑀 ) = ( ·𝑠𝑀 )
41 1 2 40 3 9 lmodvsass ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ∈ 𝐸 ∧ ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ) · ( 𝐹𝑧 ) ) ∈ 𝐸𝑧𝐵 ) ) → ( ( ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) · ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ) · ( 𝐹𝑧 ) ) ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑧 ) = ( ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ( ·𝑠𝑀 ) ( ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ) · ( 𝐹𝑧 ) ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑧 ) ) )
42 41 eqcomd ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ∈ 𝐸 ∧ ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ) · ( 𝐹𝑧 ) ) ∈ 𝐸𝑧𝐵 ) ) → ( ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ( ·𝑠𝑀 ) ( ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ) · ( 𝐹𝑧 ) ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑧 ) ) = ( ( ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) · ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ) · ( 𝐹𝑧 ) ) ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑧 ) )
43 19 25 32 39 42 syl13anc ( ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) ) → ( ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ( ·𝑠𝑀 ) ( ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ) · ( 𝐹𝑧 ) ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑧 ) ) = ( ( ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) · ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ) · ( 𝐹𝑧 ) ) ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑧 ) )
44 2 lmodring ( 𝑀 ∈ LMod → 𝑅 ∈ Ring )
45 44 3ad2ant2 ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) → 𝑅 ∈ Ring )
46 45 adantr ( ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) ) → 𝑅 ∈ Ring )
47 elmapi ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) → 𝐹 : 𝑆𝐸 )
48 ffvelrn ( ( 𝐹 : 𝑆𝐸𝑧𝑆 ) → ( 𝐹𝑧 ) ∈ 𝐸 )
49 47 28 48 syl2an ( ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) → ( 𝐹𝑧 ) ∈ 𝐸 )
50 49 3adant2 ( ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) → ( 𝐹𝑧 ) ∈ 𝐸 )
51 50 adantl ( ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) ) → ( 𝐹𝑧 ) ∈ 𝐸 )
52 simp2 ( ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) → ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈 )
53 52 adantl ( ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) ) → ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈 )
54 3 4 7 8 9 invginvrid ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝐹𝑧 ) ∈ 𝐸 ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈 ) → ( ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) · ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ) · ( 𝐹𝑧 ) ) ) = ( 𝐹𝑧 ) )
55 46 51 53 54 syl3anc ( ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) ) → ( ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) · ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ) · ( 𝐹𝑧 ) ) ) = ( 𝐹𝑧 ) )
56 55 oveq1d ( ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) ) → ( ( ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) · ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ) · ( 𝐹𝑧 ) ) ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑧 ) = ( ( 𝐹𝑧 ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑧 ) )
57 17 43 56 3eqtrd ( ( ( 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑆 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( 𝐸m 𝑆 ) ∧ ( 𝐹𝑋 ) ∈ 𝑈𝑧 ∈ ( 𝑆 ∖ { 𝑋 } ) ) ) → ( ( 𝑁 ‘ ( 𝐹𝑋 ) ) ( ·𝑠𝑀 ) ( ( 𝐺𝑧 ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑧 ) ) = ( ( 𝐹𝑧 ) ( ·𝑠𝑀 ) 𝑧 ) )