Metamath Proof Explorer


Theorem vcdir

Description: Distributive law for the scalar product of a complex vector space. (Contributed by NM, 3-Nov-2006) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypotheses vciOLD.1 โŠข ๐บ = ( 1st โ€˜ ๐‘Š )
vciOLD.2 โŠข ๐‘† = ( 2nd โ€˜ ๐‘Š )
vciOLD.3 โŠข ๐‘‹ = ran ๐บ
Assertion vcdir ( ( ๐‘Š โˆˆ CVecOLD โˆง ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ต โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ถ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โ†’ ( ( ๐ด + ๐ต ) ๐‘† ๐ถ ) = ( ( ๐ด ๐‘† ๐ถ ) ๐บ ( ๐ต ๐‘† ๐ถ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 vciOLD.1 โŠข ๐บ = ( 1st โ€˜ ๐‘Š )
2 vciOLD.2 โŠข ๐‘† = ( 2nd โ€˜ ๐‘Š )
3 vciOLD.3 โŠข ๐‘‹ = ran ๐บ
4 1 2 3 vciOLD โŠข ( ๐‘Š โˆˆ CVecOLD โ†’ ( ๐บ โˆˆ AbelOp โˆง ๐‘† : ( โ„‚ ร— ๐‘‹ ) โŸถ ๐‘‹ โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ ( ( 1 ๐‘† ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ( โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ( ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) โˆง ( ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) ) ) ) ) )
5 simpl โŠข ( ( ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) โˆง ( ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) )
6 5 ralimi โŠข ( โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ( ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) โˆง ( ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) )
7 6 adantl โŠข ( ( โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ( ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) โˆง ( ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) )
8 7 ralimi โŠข ( โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ( โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ( ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) โˆง ( ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) )
9 8 adantl โŠข ( ( ( 1 ๐‘† ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ( โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ( ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) โˆง ( ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) ) ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) )
10 9 ralimi โŠข ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ ( ( 1 ๐‘† ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ( โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ( ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) โˆง ( ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) ) ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) )
11 10 3ad2ant3 โŠข ( ( ๐บ โˆˆ AbelOp โˆง ๐‘† : ( โ„‚ ร— ๐‘‹ ) โŸถ ๐‘‹ โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ ( ( 1 ๐‘† ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ( โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ( ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) โˆง ( ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) ) ) ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) )
12 4 11 syl โŠข ( ๐‘Š โˆˆ CVecOLD โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) )
13 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ถ โ†’ ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐ถ ) )
14 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ถ โ†’ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐ถ ) )
15 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ถ โ†’ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ง ๐‘† ๐ถ ) )
16 14 15 oveq12d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ถ โ†’ ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐ถ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐ถ ) ) )
17 13 16 eqeq12d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ถ โ†’ ( ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) โ†” ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐ถ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐ถ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐ถ ) ) ) )
18 oveq1 โŠข ( ๐‘ฆ = ๐ด โ†’ ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) = ( ๐ด + ๐‘ง ) )
19 18 oveq1d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐ด โ†’ ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐ถ ) = ( ( ๐ด + ๐‘ง ) ๐‘† ๐ถ ) )
20 oveq1 โŠข ( ๐‘ฆ = ๐ด โ†’ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐ถ ) = ( ๐ด ๐‘† ๐ถ ) )
21 20 oveq1d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐ด โ†’ ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐ถ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐ถ ) ) = ( ( ๐ด ๐‘† ๐ถ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐ถ ) ) )
22 19 21 eqeq12d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐ด โ†’ ( ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐ถ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐ถ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐ถ ) ) โ†” ( ( ๐ด + ๐‘ง ) ๐‘† ๐ถ ) = ( ( ๐ด ๐‘† ๐ถ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐ถ ) ) ) )
23 oveq2 โŠข ( ๐‘ง = ๐ต โ†’ ( ๐ด + ๐‘ง ) = ( ๐ด + ๐ต ) )
24 23 oveq1d โŠข ( ๐‘ง = ๐ต โ†’ ( ( ๐ด + ๐‘ง ) ๐‘† ๐ถ ) = ( ( ๐ด + ๐ต ) ๐‘† ๐ถ ) )
25 oveq1 โŠข ( ๐‘ง = ๐ต โ†’ ( ๐‘ง ๐‘† ๐ถ ) = ( ๐ต ๐‘† ๐ถ ) )
26 25 oveq2d โŠข ( ๐‘ง = ๐ต โ†’ ( ( ๐ด ๐‘† ๐ถ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐ถ ) ) = ( ( ๐ด ๐‘† ๐ถ ) ๐บ ( ๐ต ๐‘† ๐ถ ) ) )
27 24 26 eqeq12d โŠข ( ๐‘ง = ๐ต โ†’ ( ( ( ๐ด + ๐‘ง ) ๐‘† ๐ถ ) = ( ( ๐ด ๐‘† ๐ถ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐ถ ) ) โ†” ( ( ๐ด + ๐ต ) ๐‘† ๐ถ ) = ( ( ๐ด ๐‘† ๐ถ ) ๐บ ( ๐ต ๐‘† ๐ถ ) ) ) )
28 17 22 27 rspc3v โŠข ( ( ๐ถ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ต โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) โ†’ ( ( ๐ด + ๐ต ) ๐‘† ๐ถ ) = ( ( ๐ด ๐‘† ๐ถ ) ๐บ ( ๐ต ๐‘† ๐ถ ) ) ) )
29 12 28 syl5 โŠข ( ( ๐ถ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ต โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ๐‘Š โˆˆ CVecOLD โ†’ ( ( ๐ด + ๐ต ) ๐‘† ๐ถ ) = ( ( ๐ด ๐‘† ๐ถ ) ๐บ ( ๐ต ๐‘† ๐ถ ) ) ) )
30 29 3coml โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ต โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ถ โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ( ๐‘Š โˆˆ CVecOLD โ†’ ( ( ๐ด + ๐ต ) ๐‘† ๐ถ ) = ( ( ๐ด ๐‘† ๐ถ ) ๐บ ( ๐ต ๐‘† ๐ถ ) ) ) )
31 30 impcom โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ CVecOLD โˆง ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ต โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ถ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โ†’ ( ( ๐ด + ๐ต ) ๐‘† ๐ถ ) = ( ( ๐ด ๐‘† ๐ถ ) ๐บ ( ๐ต ๐‘† ๐ถ ) ) )