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Theorem lmodvsghm

Description: Scalar multiplication of the vector space by a fixed scalar is an endomorphism of the additive group of vectors. (Contributed by Mario Carneiro, 5-May-2015)

Ref Expression
Hypotheses lmodvsghm.v 𝑉 = ( Base ‘ 𝑊 )
lmodvsghm.f 𝐹 = ( Scalar ‘ 𝑊 )
lmodvsghm.s · = ( ·𝑠𝑊 )
lmodvsghm.k 𝐾 = ( Base ‘ 𝐹 )
Assertion lmodvsghm ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑅𝐾 ) → ( 𝑥𝑉 ↦ ( 𝑅 · 𝑥 ) ) ∈ ( 𝑊 GrpHom 𝑊 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lmodvsghm.v 𝑉 = ( Base ‘ 𝑊 )
2 lmodvsghm.f 𝐹 = ( Scalar ‘ 𝑊 )
3 lmodvsghm.s · = ( ·𝑠𝑊 )
4 lmodvsghm.k 𝐾 = ( Base ‘ 𝐹 )
5 eqid ( +g𝑊 ) = ( +g𝑊 )
6 lmodgrp ( 𝑊 ∈ LMod → 𝑊 ∈ Grp )
7 6 adantr ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑅𝐾 ) → 𝑊 ∈ Grp )
8 1 2 3 4 lmodvscl ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑅𝐾𝑥𝑉 ) → ( 𝑅 · 𝑥 ) ∈ 𝑉 )
9 8 3expa ( ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑅𝐾 ) ∧ 𝑥𝑉 ) → ( 𝑅 · 𝑥 ) ∈ 𝑉 )
10 9 fmpttd ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑅𝐾 ) → ( 𝑥𝑉 ↦ ( 𝑅 · 𝑥 ) ) : 𝑉𝑉 )
11 1 5 2 3 4 lmodvsdi ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ ( 𝑅𝐾𝑦𝑉𝑧𝑉 ) ) → ( 𝑅 · ( 𝑦 ( +g𝑊 ) 𝑧 ) ) = ( ( 𝑅 · 𝑦 ) ( +g𝑊 ) ( 𝑅 · 𝑧 ) ) )
12 11 3exp2 ( 𝑊 ∈ LMod → ( 𝑅𝐾 → ( 𝑦𝑉 → ( 𝑧𝑉 → ( 𝑅 · ( 𝑦 ( +g𝑊 ) 𝑧 ) ) = ( ( 𝑅 · 𝑦 ) ( +g𝑊 ) ( 𝑅 · 𝑧 ) ) ) ) ) )
13 12 imp43 ( ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑅𝐾 ) ∧ ( 𝑦𝑉𝑧𝑉 ) ) → ( 𝑅 · ( 𝑦 ( +g𝑊 ) 𝑧 ) ) = ( ( 𝑅 · 𝑦 ) ( +g𝑊 ) ( 𝑅 · 𝑧 ) ) )
14 1 5 lmodvacl ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑦𝑉𝑧𝑉 ) → ( 𝑦 ( +g𝑊 ) 𝑧 ) ∈ 𝑉 )
15 14 3expb ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ ( 𝑦𝑉𝑧𝑉 ) ) → ( 𝑦 ( +g𝑊 ) 𝑧 ) ∈ 𝑉 )
16 15 adantlr ( ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑅𝐾 ) ∧ ( 𝑦𝑉𝑧𝑉 ) ) → ( 𝑦 ( +g𝑊 ) 𝑧 ) ∈ 𝑉 )
17 oveq2 ( 𝑥 = ( 𝑦 ( +g𝑊 ) 𝑧 ) → ( 𝑅 · 𝑥 ) = ( 𝑅 · ( 𝑦 ( +g𝑊 ) 𝑧 ) ) )
18 eqid ( 𝑥𝑉 ↦ ( 𝑅 · 𝑥 ) ) = ( 𝑥𝑉 ↦ ( 𝑅 · 𝑥 ) )
19 ovex ( 𝑅 · ( 𝑦 ( +g𝑊 ) 𝑧 ) ) ∈ V
20 17 18 19 fvmpt ( ( 𝑦 ( +g𝑊 ) 𝑧 ) ∈ 𝑉 → ( ( 𝑥𝑉 ↦ ( 𝑅 · 𝑥 ) ) ‘ ( 𝑦 ( +g𝑊 ) 𝑧 ) ) = ( 𝑅 · ( 𝑦 ( +g𝑊 ) 𝑧 ) ) )
21 16 20 syl ( ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑅𝐾 ) ∧ ( 𝑦𝑉𝑧𝑉 ) ) → ( ( 𝑥𝑉 ↦ ( 𝑅 · 𝑥 ) ) ‘ ( 𝑦 ( +g𝑊 ) 𝑧 ) ) = ( 𝑅 · ( 𝑦 ( +g𝑊 ) 𝑧 ) ) )
22 oveq2 ( 𝑥 = 𝑦 → ( 𝑅 · 𝑥 ) = ( 𝑅 · 𝑦 ) )
23 ovex ( 𝑅 · 𝑦 ) ∈ V
24 22 18 23 fvmpt ( 𝑦𝑉 → ( ( 𝑥𝑉 ↦ ( 𝑅 · 𝑥 ) ) ‘ 𝑦 ) = ( 𝑅 · 𝑦 ) )
25 oveq2 ( 𝑥 = 𝑧 → ( 𝑅 · 𝑥 ) = ( 𝑅 · 𝑧 ) )
26 ovex ( 𝑅 · 𝑧 ) ∈ V
27 25 18 26 fvmpt ( 𝑧𝑉 → ( ( 𝑥𝑉 ↦ ( 𝑅 · 𝑥 ) ) ‘ 𝑧 ) = ( 𝑅 · 𝑧 ) )
28 24 27 oveqan12d ( ( 𝑦𝑉𝑧𝑉 ) → ( ( ( 𝑥𝑉 ↦ ( 𝑅 · 𝑥 ) ) ‘ 𝑦 ) ( +g𝑊 ) ( ( 𝑥𝑉 ↦ ( 𝑅 · 𝑥 ) ) ‘ 𝑧 ) ) = ( ( 𝑅 · 𝑦 ) ( +g𝑊 ) ( 𝑅 · 𝑧 ) ) )
29 28 adantl ( ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑅𝐾 ) ∧ ( 𝑦𝑉𝑧𝑉 ) ) → ( ( ( 𝑥𝑉 ↦ ( 𝑅 · 𝑥 ) ) ‘ 𝑦 ) ( +g𝑊 ) ( ( 𝑥𝑉 ↦ ( 𝑅 · 𝑥 ) ) ‘ 𝑧 ) ) = ( ( 𝑅 · 𝑦 ) ( +g𝑊 ) ( 𝑅 · 𝑧 ) ) )
30 13 21 29 3eqtr4d ( ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑅𝐾 ) ∧ ( 𝑦𝑉𝑧𝑉 ) ) → ( ( 𝑥𝑉 ↦ ( 𝑅 · 𝑥 ) ) ‘ ( 𝑦 ( +g𝑊 ) 𝑧 ) ) = ( ( ( 𝑥𝑉 ↦ ( 𝑅 · 𝑥 ) ) ‘ 𝑦 ) ( +g𝑊 ) ( ( 𝑥𝑉 ↦ ( 𝑅 · 𝑥 ) ) ‘ 𝑧 ) ) )
31 1 1 5 5 7 7 10 30 isghmd ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑅𝐾 ) → ( 𝑥𝑉 ↦ ( 𝑅 · 𝑥 ) ) ∈ ( 𝑊 GrpHom 𝑊 ) )