Metamath Proof Explorer


Theorem issubassa3

Description: A subring that is also a subspace is a subalgebra. The key theorem is islss3 . (Contributed by Mario Carneiro, 7-Jan-2015)

Ref Expression
Hypotheses issubassa.s โŠข ๐‘† = ( ๐‘Š โ†พs ๐ด )
issubassa.l โŠข ๐ฟ = ( LSubSp โ€˜ ๐‘Š )
Assertion issubassa3 ( ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐ด โˆˆ ๐ฟ ) ) โ†’ ๐‘† โˆˆ AssAlg )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 issubassa.s โŠข ๐‘† = ( ๐‘Š โ†พs ๐ด )
2 issubassa.l โŠข ๐ฟ = ( LSubSp โ€˜ ๐‘Š )
3 1 subrgbas โŠข ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โ†’ ๐ด = ( Base โ€˜ ๐‘† ) )
4 3 ad2antrl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐ด โˆˆ ๐ฟ ) ) โ†’ ๐ด = ( Base โ€˜ ๐‘† ) )
5 eqid โŠข ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
6 1 5 resssca โŠข ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) = ( Scalar โ€˜ ๐‘† ) )
7 6 ad2antrl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐ด โˆˆ ๐ฟ ) ) โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) = ( Scalar โ€˜ ๐‘† ) )
8 eqidd โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐ด โˆˆ ๐ฟ ) ) โ†’ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) )
9 eqid โŠข ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š )
10 1 9 ressvsca โŠข ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โ†’ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘† ) )
11 10 ad2antrl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐ด โˆˆ ๐ฟ ) ) โ†’ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘† ) )
12 eqid โŠข ( .r โ€˜ ๐‘Š ) = ( .r โ€˜ ๐‘Š )
13 1 12 ressmulr โŠข ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โ†’ ( .r โ€˜ ๐‘Š ) = ( .r โ€˜ ๐‘† ) )
14 13 ad2antrl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐ด โˆˆ ๐ฟ ) ) โ†’ ( .r โ€˜ ๐‘Š ) = ( .r โ€˜ ๐‘† ) )
15 assalmod โŠข ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โ†’ ๐‘Š โˆˆ LMod )
16 simpr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐ด โˆˆ ๐ฟ ) โ†’ ๐ด โˆˆ ๐ฟ )
17 1 2 lsslmod โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โˆˆ ๐ฟ ) โ†’ ๐‘† โˆˆ LMod )
18 15 16 17 syl2an โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐ด โˆˆ ๐ฟ ) ) โ†’ ๐‘† โˆˆ LMod )
19 1 subrgring โŠข ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โ†’ ๐‘† โˆˆ Ring )
20 19 ad2antrl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐ด โˆˆ ๐ฟ ) ) โ†’ ๐‘† โˆˆ Ring )
21 idd โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐ด โˆˆ ๐ฟ ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ) )
22 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘Š ) = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
23 22 subrgss โŠข ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โ†’ ๐ด โІ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) )
24 23 ad2antrl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐ด โˆˆ ๐ฟ ) ) โ†’ ๐ด โІ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) )
25 24 sseld โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐ด โˆˆ ๐ฟ ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด โ†’ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) ) )
26 24 sseld โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐ด โˆˆ ๐ฟ ) ) โ†’ ( ๐‘ง โˆˆ ๐ด โ†’ ๐‘ง โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) ) )
27 21 25 26 3anim123d โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐ด โˆˆ ๐ฟ ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด โˆง ๐‘ง โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐‘ง โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) ) ) )
28 27 imp โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐ด โˆˆ ๐ฟ ) ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด โˆง ๐‘ง โˆˆ ๐ด ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐‘ง โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) ) )
29 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) )
30 22 5 29 9 12 assaass โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐‘ง โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) ( .r โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) = ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) )
31 30 adantlr โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐ด โˆˆ ๐ฟ ) ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐‘ง โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) ( .r โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) = ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) )
32 28 31 syldan โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐ด โˆˆ ๐ฟ ) ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด โˆง ๐‘ง โˆˆ ๐ด ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) ( .r โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) = ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) )
33 22 5 29 9 12 assaassr โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐‘ง โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) = ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) )
34 33 adantlr โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐ด โˆˆ ๐ฟ ) ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐‘ง โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) = ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) )
35 28 34 syldan โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐ด โˆˆ ๐ฟ ) ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด โˆง ๐‘ง โˆˆ ๐ด ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) = ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐‘ฆ ( .r โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) )
36 4 7 8 11 14 18 20 32 35 isassad โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ AssAlg โˆง ( ๐ด โˆˆ ( SubRing โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐ด โˆˆ ๐ฟ ) ) โ†’ ๐‘† โˆˆ AssAlg )