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Theorem dprdfeq0

Description: The zero function is the only function that sums to zero in a direct product. (Contributed by Mario Carneiro, 25-Apr-2016) (Revised by AV, 14-Jul-2019)

Ref Expression
Hypotheses eldprdi.0 ⊢ 0 ˙ = 0 G
eldprdi.w ⊢ W = h ∈ ⨉ i ∈ I S ⁡ i | finSupp 0 ˙⁡ h
eldprdi.1 ⊢ φ → G dom ⁡ DProd S
eldprdi.2 ⊢ φ → dom ⁡ S = I
eldprdi.3 ⊢ φ → F ∈ W
Assertion dprdfeq0 ⊢ φ → ∑ G F = 0 ˙ ↔ F = x ∈ I ⟼ 0 ˙

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 eldprdi.0 ⊢ 0 ˙ = 0 G
2 eldprdi.w ⊢ W = h ∈ ⨉ i ∈ I S ⁡ i | finSupp 0 ˙⁡ h
3 eldprdi.1 ⊢ φ → G dom ⁡ DProd S
4 eldprdi.2 ⊢ φ → dom ⁡ S = I
5 eldprdi.3 ⊢ φ → F ∈ W
6 eqid ⊢ Base G = Base G
7 2 3 4 5 6 dprdff ⊢ φ → F : I ⟶ Base G
8 7 feqmptd ⊢ φ → F = x ∈ I ⟼ F ⁡ x
9 8 adantr ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ → F = x ∈ I ⟼ F ⁡ x
10 2 3 4 5 dprdfcl ⊢ φ ∧ x ∈ I → F ⁡ x ∈ S ⁡ x
11 10 adantlr ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → F ⁡ x ∈ S ⁡ x
12 3 ad2antrr ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → G dom ⁡ DProd S
13 4 ad2antrr ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → dom ⁡ S = I
14 simpr ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → x ∈ I
15 eqid ⊢ y ∈ I ⟼ if y = x F ⁡ x 0 ˙ = y ∈ I ⟼ if y = x F ⁡ x 0 ˙
16 1 2 12 13 14 11 15 dprdfid ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → y ∈ I ⟼ if y = x F ⁡ x 0 ˙ ∈ W ∧ ∑ G y ∈ I if y = x F ⁡ x 0 ˙ = F ⁡ x
17 16 simpld ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → y ∈ I ⟼ if y = x F ⁡ x 0 ˙ ∈ W
18 5 ad2antrr ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → F ∈ W
19 eqid ⊢ - G = - G
20 1 2 12 13 17 18 19 dprdfsub ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → y ∈ I ⟼ if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G f F ∈ W ∧ ∑ G y ∈ I ⟼ if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G f F = ∑ G y ∈ I if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G ∑ G F
21 20 simprd ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → ∑ G y ∈ I ⟼ if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G f F = ∑ G y ∈ I if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G ∑ G F
22 3 4 dprddomcld ⊢ φ → I ∈ V
23 22 ad2antrr ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → I ∈ V
24 fvex ⊢ F ⁡ x ∈ V
25 1 fvexi ⊢ 0 ˙ ∈ V
26 24 25 ifex ⊢ if y = x F ⁡ x 0 ˙ ∈ V
27 26 a1i ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ I → if y = x F ⁡ x 0 ˙ ∈ V
28 fvexd ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ I → F ⁡ y ∈ V
29 eqidd ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → y ∈ I ⟼ if y = x F ⁡ x 0 ˙ = y ∈ I ⟼ if y = x F ⁡ x 0 ˙
30 7 ad2antrr ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → F : I ⟶ Base G
31 30 feqmptd ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → F = y ∈ I ⟼ F ⁡ y
32 23 27 28 29 31 offval2 ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → y ∈ I ⟼ if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G f F = y ∈ I ⟼ if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G F ⁡ y
33 32 oveq2d ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → ∑ G y ∈ I ⟼ if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G f F = ∑ G y ∈ I if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G F ⁡ y
34 16 simprd ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → ∑ G y ∈ I if y = x F ⁡ x 0 ˙ = F ⁡ x
35 simplr ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → ∑ G F = 0 ˙
36 34 35 oveq12d ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → ∑ G y ∈ I if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G ∑ G F = F ⁡ x - G 0 ˙
37 dprdgrp ⊢ G dom ⁡ DProd S → G ∈ Grp
38 12 37 syl ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → G ∈ Grp
39 30 14 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → F ⁡ x ∈ Base G
40 6 1 19 grpsubid1 ⊢ G ∈ Grp ∧ F ⁡ x ∈ Base G → F ⁡ x - G 0 ˙ = F ⁡ x
41 38 39 40 syl2anc ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → F ⁡ x - G 0 ˙ = F ⁡ x
42 36 41 eqtrd ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → ∑ G y ∈ I if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G ∑ G F = F ⁡ x
43 21 33 42 3eqtr3d ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → ∑ G y ∈ I if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G F ⁡ y = F ⁡ x
44 eqid ⊢ Cntz ⁡ G = Cntz ⁡ G
45 grpmnd ⊢ G ∈ Grp → G ∈ Mnd
46 3 37 45 3syl ⊢ φ → G ∈ Mnd
47 46 ad2antrr ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → G ∈ Mnd
48 6 subgacs ⊢ G ∈ Grp → SubGrp ⁡ G ∈ ACS ⁡ Base G
49 acsmre ⊢ SubGrp ⁡ G ∈ ACS ⁡ Base G → SubGrp ⁡ G ∈ Moore ⁡ Base G
50 38 48 49 3syl ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → SubGrp ⁡ G ∈ Moore ⁡ Base G
51 imassrn ⊢ S I ∖ x ⊆ ran ⁡ S
52 3 4 dprdf2 ⊢ φ → S : I ⟶ SubGrp ⁡ G
53 52 ad2antrr ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → S : I ⟶ SubGrp ⁡ G
54 53 frnd ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → ran ⁡ S ⊆ SubGrp ⁡ G
55 mresspw ⊢ SubGrp ⁡ G ∈ Moore ⁡ Base G → SubGrp ⁡ G ⊆ 𝒫 Base G
56 50 55 syl ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → SubGrp ⁡ G ⊆ 𝒫 Base G
57 54 56 sstrd ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → ran ⁡ S ⊆ 𝒫 Base G
58 51 57 sstrid ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → S I ∖ x ⊆ 𝒫 Base G
59 sspwuni ⊢ S I ∖ x ⊆ 𝒫 Base G ↔ ⋃ S I ∖ x ⊆ Base G
60 58 59 sylib ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → ⋃ S I ∖ x ⊆ Base G
61 eqid ⊢ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G = mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G
62 61 mrccl ⊢ SubGrp ⁡ G ∈ Moore ⁡ Base G ∧ ⋃ S I ∖ x ⊆ Base G → mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x ∈ SubGrp ⁡ G
63 50 60 62 syl2anc ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x ∈ SubGrp ⁡ G
64 subgsubm ⊢ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x ∈ SubGrp ⁡ G → mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x ∈ SubMnd ⁡ G
65 63 64 syl ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x ∈ SubMnd ⁡ G
66 oveq1 ⊢ F ⁡ x = if y = x F ⁡ x 0 ˙ → F ⁡ x - G F ⁡ y = if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G F ⁡ y
67 66 eleq1d ⊢ F ⁡ x = if y = x F ⁡ x 0 ˙ → F ⁡ x - G F ⁡ y ∈ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x ↔ if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G F ⁡ y ∈ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x
68 oveq1 ⊢ 0 ˙ = if y = x F ⁡ x 0 ˙ → 0 ˙ - G F ⁡ y = if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G F ⁡ y
69 68 eleq1d ⊢ 0 ˙ = if y = x F ⁡ x 0 ˙ → 0 ˙ - G F ⁡ y ∈ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x ↔ if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G F ⁡ y ∈ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x
70 simpr ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ I ∧ y = x → y = x
71 70 fveq2d ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ I ∧ y = x → F ⁡ y = F ⁡ x
72 71 oveq2d ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ I ∧ y = x → F ⁡ x - G F ⁡ y = F ⁡ x - G F ⁡ x
73 6 1 19 grpsubid ⊢ G ∈ Grp ∧ F ⁡ x ∈ Base G → F ⁡ x - G F ⁡ x = 0 ˙
74 38 39 73 syl2anc ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → F ⁡ x - G F ⁡ x = 0 ˙
75 1 subg0cl ⊢ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x ∈ SubGrp ⁡ G → 0 ˙ ∈ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x
76 63 75 syl ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → 0 ˙ ∈ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x
77 74 76 eqeltrd ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → F ⁡ x - G F ⁡ x ∈ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x
78 77 ad2antrr ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ I ∧ y = x → F ⁡ x - G F ⁡ x ∈ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x
79 72 78 eqeltrd ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ I ∧ y = x → F ⁡ x - G F ⁡ y ∈ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x
80 63 ad2antrr ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ I ∧ ¬ y = x → mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x ∈ SubGrp ⁡ G
81 80 75 syl ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ I ∧ ¬ y = x → 0 ˙ ∈ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x
82 50 61 60 mrcssidd ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → ⋃ S I ∖ x ⊆ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x
83 82 ad2antrr ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ I ∧ ¬ y = x → ⋃ S I ∖ x ⊆ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x
84 2 12 13 18 dprdfcl ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ I → F ⁡ y ∈ S ⁡ y
85 84 adantr ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ I ∧ ¬ y = x → F ⁡ y ∈ S ⁡ y
86 53 ffnd ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → S Fn I
87 86 ad2antrr ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ I ∧ ¬ y = x → S Fn I
88 difssd ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ I ∧ ¬ y = x → I ∖ x ⊆ I
89 df-ne ⊢ y ≠ x ↔ ¬ y = x
90 eldifsn ⊢ y ∈ I ∖ x ↔ y ∈ I ∧ y ≠ x
91 90 biimpri ⊢ y ∈ I ∧ y ≠ x → y ∈ I ∖ x
92 89 91 sylan2br ⊢ y ∈ I ∧ ¬ y = x → y ∈ I ∖ x
93 92 adantll ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ I ∧ ¬ y = x → y ∈ I ∖ x
94 fnfvima ⊢ S Fn I ∧ I ∖ x ⊆ I ∧ y ∈ I ∖ x → S ⁡ y ∈ S I ∖ x
95 87 88 93 94 syl3anc ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ I ∧ ¬ y = x → S ⁡ y ∈ S I ∖ x
96 elunii ⊢ F ⁡ y ∈ S ⁡ y ∧ S ⁡ y ∈ S I ∖ x → F ⁡ y ∈ ⋃ S I ∖ x
97 85 95 96 syl2anc ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ I ∧ ¬ y = x → F ⁡ y ∈ ⋃ S I ∖ x
98 83 97 sseldd ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ I ∧ ¬ y = x → F ⁡ y ∈ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x
99 19 subgsubcl ⊢ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x ∈ SubGrp ⁡ G ∧ 0 ˙ ∈ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x ∧ F ⁡ y ∈ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x → 0 ˙ - G F ⁡ y ∈ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x
100 80 81 98 99 syl3anc ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ I ∧ ¬ y = x → 0 ˙ - G F ⁡ y ∈ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x
101 67 69 79 100 ifbothda ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ I → if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G F ⁡ y ∈ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x
102 101 fmpttd ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → y ∈ I ⟼ if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G F ⁡ y : I ⟶ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x
103 20 simpld ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → y ∈ I ⟼ if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G f F ∈ W
104 32 103 eqeltrrd ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → y ∈ I ⟼ if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G F ⁡ y ∈ W
105 2 12 13 104 44 dprdfcntz ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → ran ⁡ y ∈ I ⟼ if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G F ⁡ y ⊆ Cntz ⁡ G ⁡ ran ⁡ y ∈ I ⟼ if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G F ⁡ y
106 2 12 13 104 dprdffsupp ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → finSupp 0 ˙⁡ y ∈ I ⟼ if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G F ⁡ y
107 1 44 47 23 65 102 105 106 gsumzsubmcl ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → ∑ G y ∈ I if y = x F ⁡ x 0 ˙ - G F ⁡ y ∈ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x
108 43 107 eqeltrrd ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → F ⁡ x ∈ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x
109 11 108 elind ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → F ⁡ x ∈ S ⁡ x ∩ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x
110 12 13 14 1 61 dprddisj ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → S ⁡ x ∩ mrCls ⁡ SubGrp ⁡ G ⁡ ⋃ S I ∖ x = 0 ˙
111 109 110 eleqtrd ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → F ⁡ x ∈ 0 ˙
112 elsni ⊢ F ⁡ x ∈ 0 ˙ → F ⁡ x = 0 ˙
113 111 112 syl ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ ∧ x ∈ I → F ⁡ x = 0 ˙
114 113 mpteq2dva ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ → x ∈ I ⟼ F ⁡ x = x ∈ I ⟼ 0 ˙
115 9 114 eqtrd ⊢ φ ∧ ∑ G F = 0 ˙ → F = x ∈ I ⟼ 0 ˙
116 115 ex ⊢ φ → ∑ G F = 0 ˙ → F = x ∈ I ⟼ 0 ˙
117 1 gsumz ⊢ G ∈ Mnd ∧ I ∈ V → ∑ G x ∈ I 0 ˙ = 0 ˙
118 46 22 117 syl2anc ⊢ φ → ∑ G x ∈ I 0 ˙ = 0 ˙
119 oveq2 ⊢ F = x ∈ I ⟼ 0 ˙ → ∑ G F = ∑ G x ∈ I 0 ˙
120 119 eqeq1d ⊢ F = x ∈ I ⟼ 0 ˙ → ∑ G F = 0 ˙ ↔ ∑ G x ∈ I 0 ˙ = 0 ˙
121 118 120 syl5ibrcom ⊢ φ → F = x ∈ I ⟼ 0 ˙ → ∑ G F = 0 ˙
122 116 121 impbid ⊢ φ → ∑ G F = 0 ˙ ↔ F = x ∈ I ⟼ 0 ˙