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Theorem lincresunit3lem3

Description: Lemma 3 for lincresunit3 . (Contributed by AV, 18-May-2019)

Ref Expression
Hypotheses lincresunit3lem3.b 𝐵 = ( Base ‘ 𝑀 )
lincresunit3lem3.r 𝑅 = ( Scalar ‘ 𝑀 )
lincresunit3lem3.e 𝐸 = ( Base ‘ 𝑅 )
lincresunit3lem3.u 𝑈 = ( Unit ‘ 𝑅 )
lincresunit3lem3.n 𝑁 = ( invg𝑅 )
lincresunit3lem3.t · = ( ·𝑠𝑀 )
Assertion lincresunit3lem3 ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) → ( ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ↔ 𝑋 = 𝑌 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lincresunit3lem3.b 𝐵 = ( Base ‘ 𝑀 )
2 lincresunit3lem3.r 𝑅 = ( Scalar ‘ 𝑀 )
3 lincresunit3lem3.e 𝐸 = ( Base ‘ 𝑅 )
4 lincresunit3lem3.u 𝑈 = ( Unit ‘ 𝑅 )
5 lincresunit3lem3.n 𝑁 = ( invg𝑅 )
6 lincresunit3lem3.t · = ( ·𝑠𝑀 )
7 3simpa ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) → ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵 ) )
8 7 adantr ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) → ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵 ) )
9 eqid ( 1r𝑅 ) = ( 1r𝑅 )
10 1 2 6 9 lmodvs1 ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵 ) → ( ( 1r𝑅 ) · 𝑋 ) = 𝑋 )
11 8 10 syl ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) → ( ( 1r𝑅 ) · 𝑋 ) = 𝑋 )
12 2 lmodring ( 𝑀 ∈ LMod → 𝑅 ∈ Ring )
13 12 3ad2ant1 ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) → 𝑅 ∈ Ring )
14 13 adantr ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) → 𝑅 ∈ Ring )
15 4 5 unitnegcl ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐴𝑈 ) → ( 𝑁𝐴 ) ∈ 𝑈 )
16 12 15 sylan ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝐴𝑈 ) → ( 𝑁𝐴 ) ∈ 𝑈 )
17 16 3ad2antl1 ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) → ( 𝑁𝐴 ) ∈ 𝑈 )
18 14 17 jca ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) → ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁𝐴 ) ∈ 𝑈 ) )
19 eqid ( invr𝑅 ) = ( invr𝑅 )
20 eqid ( .r𝑅 ) = ( .r𝑅 )
21 4 19 20 9 unitlinv ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁𝐴 ) ∈ 𝑈 ) → ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ( .r𝑅 ) ( 𝑁𝐴 ) ) = ( 1r𝑅 ) )
22 18 21 syl ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) → ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ( .r𝑅 ) ( 𝑁𝐴 ) ) = ( 1r𝑅 ) )
23 22 eqcomd ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) → ( 1r𝑅 ) = ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ( .r𝑅 ) ( 𝑁𝐴 ) ) )
24 23 oveq1d ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) → ( ( 1r𝑅 ) · 𝑋 ) = ( ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ( .r𝑅 ) ( 𝑁𝐴 ) ) · 𝑋 ) )
25 11 24 eqtr3d ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) → 𝑋 = ( ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ( .r𝑅 ) ( 𝑁𝐴 ) ) · 𝑋 ) )
26 25 adantr ( ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) ∧ ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ) → 𝑋 = ( ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ( .r𝑅 ) ( 𝑁𝐴 ) ) · 𝑋 ) )
27 simpl1 ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) → 𝑀 ∈ LMod )
28 4 19 3 ringinvcl ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁𝐴 ) ∈ 𝑈 ) → ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ∈ 𝐸 )
29 18 28 syl ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) → ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ∈ 𝐸 )
30 2 lmodfgrp ( 𝑀 ∈ LMod → 𝑅 ∈ Grp )
31 30 3ad2ant1 ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) → 𝑅 ∈ Grp )
32 3 4 unitcl ( 𝐴𝑈𝐴𝐸 )
33 3 5 grpinvcl ( ( 𝑅 ∈ Grp ∧ 𝐴𝐸 ) → ( 𝑁𝐴 ) ∈ 𝐸 )
34 31 32 33 syl2an ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) → ( 𝑁𝐴 ) ∈ 𝐸 )
35 simpl2 ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) → 𝑋𝐵 )
36 29 34 35 3jca ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) → ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ∈ 𝐸 ∧ ( 𝑁𝐴 ) ∈ 𝐸𝑋𝐵 ) )
37 27 36 jca ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) → ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ∈ 𝐸 ∧ ( 𝑁𝐴 ) ∈ 𝐸𝑋𝐵 ) ) )
38 37 adantr ( ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) ∧ ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ) → ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ∈ 𝐸 ∧ ( 𝑁𝐴 ) ∈ 𝐸𝑋𝐵 ) ) )
39 1 2 6 3 20 lmodvsass ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ∈ 𝐸 ∧ ( 𝑁𝐴 ) ∈ 𝐸𝑋𝐵 ) ) → ( ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ( .r𝑅 ) ( 𝑁𝐴 ) ) · 𝑋 ) = ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) · ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) ) )
40 38 39 syl ( ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) ∧ ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ) → ( ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ( .r𝑅 ) ( 𝑁𝐴 ) ) · 𝑋 ) = ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) · ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) ) )
41 oveq2 ( ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) → ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) · ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) ) = ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) · ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ) )
42 41 adantl ( ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) ∧ ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ) → ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) · ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) ) = ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) · ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ) )
43 27 adantr ( ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) ∧ ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ) → 𝑀 ∈ LMod )
44 simpl3 ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) → 𝑌𝐵 )
45 29 34 44 3jca ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) → ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ∈ 𝐸 ∧ ( 𝑁𝐴 ) ∈ 𝐸𝑌𝐵 ) )
46 45 adantr ( ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) ∧ ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ) → ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ∈ 𝐸 ∧ ( 𝑁𝐴 ) ∈ 𝐸𝑌𝐵 ) )
47 43 46 jca ( ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) ∧ ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ) → ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ∈ 𝐸 ∧ ( 𝑁𝐴 ) ∈ 𝐸𝑌𝐵 ) ) )
48 1 2 6 3 20 lmodvsass ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ∈ 𝐸 ∧ ( 𝑁𝐴 ) ∈ 𝐸𝑌𝐵 ) ) → ( ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ( .r𝑅 ) ( 𝑁𝐴 ) ) · 𝑌 ) = ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) · ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ) )
49 47 48 syl ( ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) ∧ ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ) → ( ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ( .r𝑅 ) ( 𝑁𝐴 ) ) · 𝑌 ) = ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) · ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ) )
50 18 adantr ( ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) ∧ ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ) → ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑁𝐴 ) ∈ 𝑈 ) )
51 50 21 syl ( ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) ∧ ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ) → ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ( .r𝑅 ) ( 𝑁𝐴 ) ) = ( 1r𝑅 ) )
52 51 oveq1d ( ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) ∧ ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ) → ( ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ( .r𝑅 ) ( 𝑁𝐴 ) ) · 𝑌 ) = ( ( 1r𝑅 ) · 𝑌 ) )
53 49 52 eqtr3d ( ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) ∧ ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ) → ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) · ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ) = ( ( 1r𝑅 ) · 𝑌 ) )
54 40 42 53 3eqtrd ( ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) ∧ ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ) → ( ( ( ( invr𝑅 ) ‘ ( 𝑁𝐴 ) ) ( .r𝑅 ) ( 𝑁𝐴 ) ) · 𝑋 ) = ( ( 1r𝑅 ) · 𝑌 ) )
55 3simpb ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) → ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑌𝐵 ) )
56 55 adantr ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) → ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑌𝐵 ) )
57 56 adantr ( ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) ∧ ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ) → ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑌𝐵 ) )
58 1 2 6 9 lmodvs1 ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑌𝐵 ) → ( ( 1r𝑅 ) · 𝑌 ) = 𝑌 )
59 57 58 syl ( ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) ∧ ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ) → ( ( 1r𝑅 ) · 𝑌 ) = 𝑌 )
60 26 54 59 3eqtrd ( ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) ∧ ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ) → 𝑋 = 𝑌 )
61 60 ex ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) → ( ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) → 𝑋 = 𝑌 ) )
62 oveq2 ( 𝑋 = 𝑌 → ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) )
63 61 62 impbid1 ( ( ( 𝑀 ∈ LMod ∧ 𝑋𝐵𝑌𝐵 ) ∧ 𝐴𝑈 ) → ( ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 𝑁𝐴 ) · 𝑌 ) ↔ 𝑋 = 𝑌 ) )