Metamath Proof Explorer


Theorem lmodsubdi

Description: Scalar multiplication distributive law for subtraction. ( hvsubdistr1 analogue, with longer proof since our scalar multiplication is not commutative.) (Contributed by NM, 2-Jul-2014)

Ref Expression
Hypotheses lmodsubdi.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
lmodsubdi.t โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š )
lmodsubdi.f โŠข ๐น = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
lmodsubdi.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐น )
lmodsubdi.m โŠข โˆ’ = ( -g โ€˜ ๐‘Š )
lmodsubdi.w โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Š โˆˆ LMod )
lmodsubdi.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ ๐พ )
lmodsubdi.x โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ )
lmodsubdi.y โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Œ โˆˆ ๐‘‰ )
Assertion lmodsubdi ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด ยท ( ๐‘‹ โˆ’ ๐‘Œ ) ) = ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) โˆ’ ( ๐ด ยท ๐‘Œ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lmodsubdi.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
2 lmodsubdi.t โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š )
3 lmodsubdi.f โŠข ๐น = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
4 lmodsubdi.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐น )
5 lmodsubdi.m โŠข โˆ’ = ( -g โ€˜ ๐‘Š )
6 lmodsubdi.w โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Š โˆˆ LMod )
7 lmodsubdi.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ ๐พ )
8 lmodsubdi.x โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ )
9 lmodsubdi.y โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Œ โˆˆ ๐‘‰ )
10 eqid โŠข ( +g โ€˜ ๐‘Š ) = ( +g โ€˜ ๐‘Š )
11 eqid โŠข ( invg โ€˜ ๐น ) = ( invg โ€˜ ๐น )
12 eqid โŠข ( 1r โ€˜ ๐น ) = ( 1r โ€˜ ๐น )
13 1 10 5 3 2 11 12 lmodvsubval2 โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘Œ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘‹ โˆ’ ๐‘Œ ) = ( ๐‘‹ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ยท ๐‘Œ ) ) )
14 6 8 9 13 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘‹ โˆ’ ๐‘Œ ) = ( ๐‘‹ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ยท ๐‘Œ ) ) )
15 14 oveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด ยท ( ๐‘‹ โˆ’ ๐‘Œ ) ) = ( ๐ด ยท ( ๐‘‹ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ยท ๐‘Œ ) ) ) )
16 eqid โŠข ( .r โ€˜ ๐น ) = ( .r โ€˜ ๐น )
17 3 lmodring โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ๐น โˆˆ Ring )
18 6 17 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น โˆˆ Ring )
19 4 16 12 11 18 7 ringnegr โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด ( .r โ€˜ ๐น ) ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ) = ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ๐ด ) )
20 4 16 12 11 18 7 ringnegl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ( .r โ€˜ ๐น ) ๐ด ) = ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ๐ด ) )
21 19 20 eqtr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด ( .r โ€˜ ๐น ) ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ) = ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ( .r โ€˜ ๐น ) ๐ด ) )
22 21 oveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด ( .r โ€˜ ๐น ) ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ) ยท ๐‘Œ ) = ( ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ( .r โ€˜ ๐น ) ๐ด ) ยท ๐‘Œ ) )
23 ringgrp โŠข ( ๐น โˆˆ Ring โ†’ ๐น โˆˆ Grp )
24 18 23 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น โˆˆ Grp )
25 4 12 ringidcl โŠข ( ๐น โˆˆ Ring โ†’ ( 1r โ€˜ ๐น ) โˆˆ ๐พ )
26 18 25 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1r โ€˜ ๐น ) โˆˆ ๐พ )
27 4 11 grpinvcl โŠข ( ( ๐น โˆˆ Grp โˆง ( 1r โ€˜ ๐น ) โˆˆ ๐พ ) โ†’ ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) โˆˆ ๐พ )
28 24 26 27 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) โˆˆ ๐พ )
29 1 3 2 4 16 lmodvsass โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ( ๐ด โˆˆ ๐พ โˆง ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) โˆˆ ๐พ โˆง ๐‘Œ โˆˆ ๐‘‰ ) ) โ†’ ( ( ๐ด ( .r โ€˜ ๐น ) ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ) ยท ๐‘Œ ) = ( ๐ด ยท ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ยท ๐‘Œ ) ) )
30 6 7 28 9 29 syl13anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด ( .r โ€˜ ๐น ) ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ) ยท ๐‘Œ ) = ( ๐ด ยท ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ยท ๐‘Œ ) ) )
31 1 3 2 4 16 lmodvsass โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) โˆˆ ๐พ โˆง ๐ด โˆˆ ๐พ โˆง ๐‘Œ โˆˆ ๐‘‰ ) ) โ†’ ( ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ( .r โ€˜ ๐น ) ๐ด ) ยท ๐‘Œ ) = ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ยท ( ๐ด ยท ๐‘Œ ) ) )
32 6 28 7 9 31 syl13anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ( .r โ€˜ ๐น ) ๐ด ) ยท ๐‘Œ ) = ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ยท ( ๐ด ยท ๐‘Œ ) ) )
33 22 30 32 3eqtr3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด ยท ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ยท ๐‘Œ ) ) = ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ยท ( ๐ด ยท ๐‘Œ ) ) )
34 33 oveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐ด ยท ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ยท ๐‘Œ ) ) ) = ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ยท ( ๐ด ยท ๐‘Œ ) ) ) )
35 1 3 2 4 lmodvscl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) โˆˆ ๐พ โˆง ๐‘Œ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ยท ๐‘Œ ) โˆˆ ๐‘‰ )
36 6 28 9 35 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ยท ๐‘Œ ) โˆˆ ๐‘‰ )
37 1 10 3 2 4 lmodvsdi โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ( ๐ด โˆˆ ๐พ โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ยท ๐‘Œ ) โˆˆ ๐‘‰ ) ) โ†’ ( ๐ด ยท ( ๐‘‹ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ยท ๐‘Œ ) ) ) = ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐ด ยท ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ยท ๐‘Œ ) ) ) )
38 6 7 8 36 37 syl13anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด ยท ( ๐‘‹ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ยท ๐‘Œ ) ) ) = ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐ด ยท ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ยท ๐‘Œ ) ) ) )
39 1 3 2 4 lmodvscl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โˆˆ ๐พ โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) โˆˆ ๐‘‰ )
40 6 7 8 39 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) โˆˆ ๐‘‰ )
41 1 3 2 4 lmodvscl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โˆˆ ๐พ โˆง ๐‘Œ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐ด ยท ๐‘Œ ) โˆˆ ๐‘‰ )
42 6 7 9 41 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด ยท ๐‘Œ ) โˆˆ ๐‘‰ )
43 1 10 5 3 2 11 12 lmodvsubval2 โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) โˆˆ ๐‘‰ โˆง ( ๐ด ยท ๐‘Œ ) โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) โˆ’ ( ๐ด ยท ๐‘Œ ) ) = ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ยท ( ๐ด ยท ๐‘Œ ) ) ) )
44 6 40 42 43 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) โˆ’ ( ๐ด ยท ๐‘Œ ) ) = ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ยท ( ๐ด ยท ๐‘Œ ) ) ) )
45 34 38 44 3eqtr4rd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) โˆ’ ( ๐ด ยท ๐‘Œ ) ) = ( ๐ด ยท ( ๐‘‹ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( ( ( invg โ€˜ ๐น ) โ€˜ ( 1r โ€˜ ๐น ) ) ยท ๐‘Œ ) ) ) )
46 15 45 eqtr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด ยท ( ๐‘‹ โˆ’ ๐‘Œ ) ) = ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) โˆ’ ( ๐ด ยท ๐‘Œ ) ) )