Metamath Proof Explorer


Theorem mendvscafval

Description: Scalar multiplication in the module endomorphism algebra. (Contributed by Stefan O'Rear, 2-Sep-2015) (Proof shortened by AV, 31-Oct-2024)

Ref Expression
Hypotheses mendvscafval.a โŠข ๐ด = ( MEndo โ€˜ ๐‘€ )
mendvscafval.v โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ )
mendvscafval.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ด )
mendvscafval.s โŠข ๐‘† = ( Scalar โ€˜ ๐‘€ )
mendvscafval.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐‘† )
mendvscafval.e โŠข ๐ธ = ( Base โ€˜ ๐‘€ )
Assertion mendvscafval ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ( ๐ธ ร— { ๐‘ฅ } ) โˆ˜f ยท ๐‘ฆ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mendvscafval.a โŠข ๐ด = ( MEndo โ€˜ ๐‘€ )
2 mendvscafval.v โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ )
3 mendvscafval.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ด )
4 mendvscafval.s โŠข ๐‘† = ( Scalar โ€˜ ๐‘€ )
5 mendvscafval.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐‘† )
6 mendvscafval.e โŠข ๐ธ = ( Base โ€˜ ๐‘€ )
7 1 fveq2i โŠข ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ด ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ( MEndo โ€˜ ๐‘€ ) )
8 1 mendbas โŠข ( ๐‘€ LMHom ๐‘€ ) = ( Base โ€˜ ๐ด )
9 3 8 eqtr4i โŠข ๐ต = ( ๐‘€ LMHom ๐‘€ )
10 eqid โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ๐‘ฅ โˆ˜f ( +g โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฆ ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ๐‘ฅ โˆ˜f ( +g โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฆ ) )
11 eqid โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ๐‘ฅ โˆ˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ๐‘ฅ โˆ˜ ๐‘ฆ ) )
12 eqid โŠข ๐ต = ๐ต
13 6 xpeq1i โŠข ( ๐ธ ร— { ๐‘ฅ } ) = ( ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ร— { ๐‘ฅ } )
14 eqid โŠข ๐‘ฆ = ๐‘ฆ
15 ofeq โŠข ( ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) โ†’ โˆ˜f ยท = โˆ˜f ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) )
16 2 15 ax-mp โŠข โˆ˜f ยท = โˆ˜f ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ )
17 13 14 16 oveq123i โŠข ( ( ๐ธ ร— { ๐‘ฅ } ) โˆ˜f ยท ๐‘ฆ ) = ( ( ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ร— { ๐‘ฅ } ) โˆ˜f ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฆ )
18 5 12 17 mpoeq123i โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ( ๐ธ ร— { ๐‘ฅ } ) โˆ˜f ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘† ) , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ( ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ร— { ๐‘ฅ } ) โˆ˜f ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฆ ) )
19 9 10 11 4 18 mendval โŠข ( ๐‘€ โˆˆ V โ†’ ( MEndo โ€˜ ๐‘€ ) = ( { โŸจ ( Base โ€˜ ndx ) , ๐ต โŸฉ , โŸจ ( +g โ€˜ ndx ) , ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ๐‘ฅ โˆ˜f ( +g โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฆ ) ) โŸฉ , โŸจ ( .r โ€˜ ndx ) , ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ๐‘ฅ โˆ˜ ๐‘ฆ ) ) โŸฉ } โˆช { โŸจ ( Scalar โ€˜ ndx ) , ๐‘† โŸฉ , โŸจ ( ยท๐‘  โ€˜ ndx ) , ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ( ๐ธ ร— { ๐‘ฅ } ) โˆ˜f ยท ๐‘ฆ ) ) โŸฉ } ) )
20 19 fveq2d โŠข ( ๐‘€ โˆˆ V โ†’ ( ยท๐‘  โ€˜ ( MEndo โ€˜ ๐‘€ ) ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ( { โŸจ ( Base โ€˜ ndx ) , ๐ต โŸฉ , โŸจ ( +g โ€˜ ndx ) , ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ๐‘ฅ โˆ˜f ( +g โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฆ ) ) โŸฉ , โŸจ ( .r โ€˜ ndx ) , ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ๐‘ฅ โˆ˜ ๐‘ฆ ) ) โŸฉ } โˆช { โŸจ ( Scalar โ€˜ ndx ) , ๐‘† โŸฉ , โŸจ ( ยท๐‘  โ€˜ ndx ) , ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ( ๐ธ ร— { ๐‘ฅ } ) โˆ˜f ยท ๐‘ฆ ) ) โŸฉ } ) ) )
21 5 fvexi โŠข ๐พ โˆˆ V
22 3 fvexi โŠข ๐ต โˆˆ V
23 21 22 mpoex โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ( ๐ธ ร— { ๐‘ฅ } ) โˆ˜f ยท ๐‘ฆ ) ) โˆˆ V
24 eqid โŠข ( { โŸจ ( Base โ€˜ ndx ) , ๐ต โŸฉ , โŸจ ( +g โ€˜ ndx ) , ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ๐‘ฅ โˆ˜f ( +g โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฆ ) ) โŸฉ , โŸจ ( .r โ€˜ ndx ) , ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ๐‘ฅ โˆ˜ ๐‘ฆ ) ) โŸฉ } โˆช { โŸจ ( Scalar โ€˜ ndx ) , ๐‘† โŸฉ , โŸจ ( ยท๐‘  โ€˜ ndx ) , ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ( ๐ธ ร— { ๐‘ฅ } ) โˆ˜f ยท ๐‘ฆ ) ) โŸฉ } ) = ( { โŸจ ( Base โ€˜ ndx ) , ๐ต โŸฉ , โŸจ ( +g โ€˜ ndx ) , ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ๐‘ฅ โˆ˜f ( +g โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฆ ) ) โŸฉ , โŸจ ( .r โ€˜ ndx ) , ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ๐‘ฅ โˆ˜ ๐‘ฆ ) ) โŸฉ } โˆช { โŸจ ( Scalar โ€˜ ndx ) , ๐‘† โŸฉ , โŸจ ( ยท๐‘  โ€˜ ndx ) , ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ( ๐ธ ร— { ๐‘ฅ } ) โˆ˜f ยท ๐‘ฆ ) ) โŸฉ } )
25 24 algvsca โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ( ๐ธ ร— { ๐‘ฅ } ) โˆ˜f ยท ๐‘ฆ ) ) โˆˆ V โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ( ๐ธ ร— { ๐‘ฅ } ) โˆ˜f ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ( { โŸจ ( Base โ€˜ ndx ) , ๐ต โŸฉ , โŸจ ( +g โ€˜ ndx ) , ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ๐‘ฅ โˆ˜f ( +g โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฆ ) ) โŸฉ , โŸจ ( .r โ€˜ ndx ) , ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ๐‘ฅ โˆ˜ ๐‘ฆ ) ) โŸฉ } โˆช { โŸจ ( Scalar โ€˜ ndx ) , ๐‘† โŸฉ , โŸจ ( ยท๐‘  โ€˜ ndx ) , ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ( ๐ธ ร— { ๐‘ฅ } ) โˆ˜f ยท ๐‘ฆ ) ) โŸฉ } ) ) )
26 23 25 mp1i โŠข ( ๐‘€ โˆˆ V โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ( ๐ธ ร— { ๐‘ฅ } ) โˆ˜f ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ( { โŸจ ( Base โ€˜ ndx ) , ๐ต โŸฉ , โŸจ ( +g โ€˜ ndx ) , ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ๐‘ฅ โˆ˜f ( +g โ€˜ ๐‘€ ) ๐‘ฆ ) ) โŸฉ , โŸจ ( .r โ€˜ ndx ) , ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ๐‘ฅ โˆ˜ ๐‘ฆ ) ) โŸฉ } โˆช { โŸจ ( Scalar โ€˜ ndx ) , ๐‘† โŸฉ , โŸจ ( ยท๐‘  โ€˜ ndx ) , ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ( ๐ธ ร— { ๐‘ฅ } ) โˆ˜f ยท ๐‘ฆ ) ) โŸฉ } ) ) )
27 20 26 eqtr4d โŠข ( ๐‘€ โˆˆ V โ†’ ( ยท๐‘  โ€˜ ( MEndo โ€˜ ๐‘€ ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ( ๐ธ ร— { ๐‘ฅ } ) โˆ˜f ยท ๐‘ฆ ) ) )
28 fvprc โŠข ( ยฌ ๐‘€ โˆˆ V โ†’ ( MEndo โ€˜ ๐‘€ ) = โˆ… )
29 28 fveq2d โŠข ( ยฌ ๐‘€ โˆˆ V โ†’ ( ยท๐‘  โ€˜ ( MEndo โ€˜ ๐‘€ ) ) = ( ยท๐‘  โ€˜ โˆ… ) )
30 vscaid โŠข ยท๐‘  = Slot ( ยท๐‘  โ€˜ ndx )
31 30 str0 โŠข โˆ… = ( ยท๐‘  โ€˜ โˆ… )
32 29 31 eqtr4di โŠข ( ยฌ ๐‘€ โˆˆ V โ†’ ( ยท๐‘  โ€˜ ( MEndo โ€˜ ๐‘€ ) ) = โˆ… )
33 fvprc โŠข ( ยฌ ๐‘€ โˆˆ V โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) = โˆ… )
34 4 33 eqtrid โŠข ( ยฌ ๐‘€ โˆˆ V โ†’ ๐‘† = โˆ… )
35 34 fveq2d โŠข ( ยฌ ๐‘€ โˆˆ V โ†’ ( Base โ€˜ ๐‘† ) = ( Base โ€˜ โˆ… ) )
36 base0 โŠข โˆ… = ( Base โ€˜ โˆ… )
37 35 5 36 3eqtr4g โŠข ( ยฌ ๐‘€ โˆˆ V โ†’ ๐พ = โˆ… )
38 37 orcd โŠข ( ยฌ ๐‘€ โˆˆ V โ†’ ( ๐พ = โˆ… โˆจ ๐ต = โˆ… ) )
39 0mpo0 โŠข ( ( ๐พ = โˆ… โˆจ ๐ต = โˆ… ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ( ๐ธ ร— { ๐‘ฅ } ) โˆ˜f ยท ๐‘ฆ ) ) = โˆ… )
40 38 39 syl โŠข ( ยฌ ๐‘€ โˆˆ V โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ( ๐ธ ร— { ๐‘ฅ } ) โˆ˜f ยท ๐‘ฆ ) ) = โˆ… )
41 32 40 eqtr4d โŠข ( ยฌ ๐‘€ โˆˆ V โ†’ ( ยท๐‘  โ€˜ ( MEndo โ€˜ ๐‘€ ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ( ๐ธ ร— { ๐‘ฅ } ) โˆ˜f ยท ๐‘ฆ ) ) )
42 27 41 pm2.61i โŠข ( ยท๐‘  โ€˜ ( MEndo โ€˜ ๐‘€ ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ( ๐ธ ร— { ๐‘ฅ } ) โˆ˜f ยท ๐‘ฆ ) )
43 7 42 eqtri โŠข ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ , ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต โ†ฆ ( ( ๐ธ ร— { ๐‘ฅ } ) โˆ˜f ยท ๐‘ฆ ) )