Theorem psrmulcllem

Description: Closure of the power series multiplication operation. (Contributed by Mario Carneiro, 29-Dec-2014)

	Ref	Expression
Hypotheses	psrmulcl.s	⊢ 𝑆 = ( 𝐼 mPwSer 𝑅 )
	psrmulcl.b	⊢ 𝐵 = ( Base ‘ 𝑆 )
	psrmulcl.t	⊢ · = ( .r ‘ 𝑆 )
	psrmulcl.r	⊢ ( 𝜑 → 𝑅 ∈ Ring )
	psrmulcl.x	⊢ ( 𝜑 → 𝑋 ∈ 𝐵 )
	psrmulcl.y	⊢ ( 𝜑 → 𝑌 ∈ 𝐵 )
	psrmulcl.d	⊢ 𝐷 = { 𝑓 ∈ ( ℕ0 ↑m 𝐼 ) ∣ ( ◡ 𝑓 “ ℕ ) ∈ Fin }
Assertion	psrmulcllem	⊢ ( 𝜑 → ( 𝑋 · 𝑌 ) ∈ 𝐵 )

Proof

Step	Hyp	Ref	Expression
1		psrmulcl.s	⊢ 𝑆 = ( 𝐼 mPwSer 𝑅 )
2		psrmulcl.b	⊢ 𝐵 = ( Base ‘ 𝑆 )
3		psrmulcl.t	⊢ · = ( .r ‘ 𝑆 )
4		psrmulcl.r	⊢ ( 𝜑 → 𝑅 ∈ Ring )
5		psrmulcl.x	⊢ ( 𝜑 → 𝑋 ∈ 𝐵 )
6		psrmulcl.y	⊢ ( 𝜑 → 𝑌 ∈ 𝐵 )
7		psrmulcl.d	⊢ 𝐷 = { 𝑓 ∈ ( ℕ0 ↑m 𝐼 ) ∣ ( ◡ 𝑓 “ ℕ ) ∈ Fin }
8		eqid	⊢ ( Base ‘ 𝑅 ) = ( Base ‘ 𝑅 )
9		eqid	⊢ ( 0g ‘ 𝑅 ) = ( 0g ‘ 𝑅 )
10	4	adantr	⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐷 ) → 𝑅 ∈ Ring )
11		ringcmn	⊢ ( 𝑅 ∈ Ring → 𝑅 ∈ CMnd )
12	10 11	syl	⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐷 ) → 𝑅 ∈ CMnd )
13	7	psrbaglefi	⊢ ( 𝑘 ∈ 𝐷 → { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ∈ Fin )
14	13	adantl	⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐷 ) → { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ∈ Fin )
15	4	ad2antrr	⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ) → 𝑅 ∈ Ring )
16	1 8 7 2 5	psrelbas	⊢ ( 𝜑 → 𝑋 : 𝐷 ⟶ ( Base ‘ 𝑅 ) )
17	16	ad2antrr	⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ) → 𝑋 : 𝐷 ⟶ ( Base ‘ 𝑅 ) )
18		simpr	⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ) → 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } )
19		breq1	⊢ ( 𝑦 = 𝑥 → ( 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 ↔ 𝑥 ∘r ≤ 𝑘 ) )
20	19	elrab	⊢ ( 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ↔ ( 𝑥 ∈ 𝐷 ∧ 𝑥 ∘r ≤ 𝑘 ) )
21	18 20	sylib	⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ) → ( 𝑥 ∈ 𝐷 ∧ 𝑥 ∘r ≤ 𝑘 ) )
22	21	simpld	⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ) → 𝑥 ∈ 𝐷 )
23	17 22	ffvelrnd	⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ) → ( 𝑋 ‘ 𝑥 ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) )
24	1 8 7 2 6	psrelbas	⊢ ( 𝜑 → 𝑌 : 𝐷 ⟶ ( Base ‘ 𝑅 ) )
25	24	ad2antrr	⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ) → 𝑌 : 𝐷 ⟶ ( Base ‘ 𝑅 ) )
26		simplr	⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ) → 𝑘 ∈ 𝐷 )
27	7	psrbagf	⊢ ( 𝑥 ∈ 𝐷 → 𝑥 : 𝐼 ⟶ ℕ0 )
28	22 27	syl	⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ) → 𝑥 : 𝐼 ⟶ ℕ0 )
29	21	simprd	⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ) → 𝑥 ∘r ≤ 𝑘 )
30	7	psrbagcon	⊢ ( ( 𝑘 ∈ 𝐷 ∧ 𝑥 : 𝐼 ⟶ ℕ0 ∧ 𝑥 ∘r ≤ 𝑘 ) → ( ( 𝑘 ∘f − 𝑥 ) ∈ 𝐷 ∧ ( 𝑘 ∘f − 𝑥 ) ∘r ≤ 𝑘 ) )
31	26 28 29 30	syl3anc	⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ) → ( ( 𝑘 ∘f − 𝑥 ) ∈ 𝐷 ∧ ( 𝑘 ∘f − 𝑥 ) ∘r ≤ 𝑘 ) )
32	31	simpld	⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ) → ( 𝑘 ∘f − 𝑥 ) ∈ 𝐷 )
33	25 32	ffvelrnd	⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ) → ( 𝑌 ‘ ( 𝑘 ∘f − 𝑥 ) ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) )
34		eqid	⊢ ( .r ‘ 𝑅 ) = ( .r ‘ 𝑅 )
35	8 34	ringcl	⊢ ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑋 ‘ 𝑥 ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ∧ ( 𝑌 ‘ ( 𝑘 ∘f − 𝑥 ) ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ) → ( ( 𝑋 ‘ 𝑥 ) ( .r ‘ 𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘 ∘f − 𝑥 ) ) ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) )
36	15 23 33 35	syl3anc	⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ) → ( ( 𝑋 ‘ 𝑥 ) ( .r ‘ 𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘 ∘f − 𝑥 ) ) ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) )
37	36	fmpttd	⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐷 ) → ( 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ↦ ( ( 𝑋 ‘ 𝑥 ) ( .r ‘ 𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘 ∘f − 𝑥 ) ) ) ) : { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ⟶ ( Base ‘ 𝑅 ) )
38		fvexd	⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐷 ) → ( 0g ‘ 𝑅 ) ∈ V )
39	37 14 38	fdmfifsupp	⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐷 ) → ( 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ↦ ( ( 𝑋 ‘ 𝑥 ) ( .r ‘ 𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘 ∘f − 𝑥 ) ) ) ) finSupp ( 0g ‘ 𝑅 ) )
40	8 9 12 14 37 39	gsumcl	⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐷 ) → ( 𝑅 Σg ( 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ↦ ( ( 𝑋 ‘ 𝑥 ) ( .r ‘ 𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘 ∘f − 𝑥 ) ) ) ) ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) )
41	40	fmpttd	⊢ ( 𝜑 → ( 𝑘 ∈ 𝐷 ↦ ( 𝑅 Σg ( 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ↦ ( ( 𝑋 ‘ 𝑥 ) ( .r ‘ 𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘 ∘f − 𝑥 ) ) ) ) ) ) : 𝐷 ⟶ ( Base ‘ 𝑅 ) )
42		fvex	⊢ ( Base ‘ 𝑅 ) ∈ V
43		ovex	⊢ ( ℕ0 ↑m 𝐼 ) ∈ V
44	7 43	rabex2	⊢ 𝐷 ∈ V
45	42 44	elmap	⊢ ( ( 𝑘 ∈ 𝐷 ↦ ( 𝑅 Σg ( 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ↦ ( ( 𝑋 ‘ 𝑥 ) ( .r ‘ 𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘 ∘f − 𝑥 ) ) ) ) ) ) ∈ ( ( Base ‘ 𝑅 ) ↑m 𝐷 ) ↔ ( 𝑘 ∈ 𝐷 ↦ ( 𝑅 Σg ( 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ↦ ( ( 𝑋 ‘ 𝑥 ) ( .r ‘ 𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘 ∘f − 𝑥 ) ) ) ) ) ) : 𝐷 ⟶ ( Base ‘ 𝑅 ) )
46	41 45	sylibr	⊢ ( 𝜑 → ( 𝑘 ∈ 𝐷 ↦ ( 𝑅 Σg ( 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ↦ ( ( 𝑋 ‘ 𝑥 ) ( .r ‘ 𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘 ∘f − 𝑥 ) ) ) ) ) ) ∈ ( ( Base ‘ 𝑅 ) ↑m 𝐷 ) )
47	1 2 34 3 7 5 6	psrmulfval	⊢ ( 𝜑 → ( 𝑋 · 𝑌 ) = ( 𝑘 ∈ 𝐷 ↦ ( 𝑅 Σg ( 𝑥 ∈ { 𝑦 ∈ 𝐷 ∣ 𝑦 ∘r ≤ 𝑘 } ↦ ( ( 𝑋 ‘ 𝑥 ) ( .r ‘ 𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘 ∘f − 𝑥 ) ) ) ) ) ) )
48		reldmpsr	⊢ Rel dom mPwSer
49	48 1 2	elbasov	⊢ ( 𝑋 ∈ 𝐵 → ( 𝐼 ∈ V ∧ 𝑅 ∈ V ) )
50	5 49	syl	⊢ ( 𝜑 → ( 𝐼 ∈ V ∧ 𝑅 ∈ V ) )
51	50	simpld	⊢ ( 𝜑 → 𝐼 ∈ V )
52	1 8 7 2 51	psrbas	⊢ ( 𝜑 → 𝐵 = ( ( Base ‘ 𝑅 ) ↑m 𝐷 ) )
53	46 47 52	3eltr4d	⊢ ( 𝜑 → ( 𝑋 · 𝑌 ) ∈ 𝐵 )