Metamath Proof Explorer


Theorem lmodvsghm

Description: Scalar multiplication of the vector space by a fixed scalar is an endomorphism of the additive group of vectors. (Contributed by Mario Carneiro, 5-May-2015)

Ref Expression
Hypotheses lmodvsghm.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
lmodvsghm.f โŠข ๐น = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
lmodvsghm.s โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š )
lmodvsghm.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐น )
Assertion lmodvsghm ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘… โˆˆ ๐พ ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ๐‘… ยท ๐‘ฅ ) ) โˆˆ ( ๐‘Š GrpHom ๐‘Š ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lmodvsghm.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
2 lmodvsghm.f โŠข ๐น = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
3 lmodvsghm.s โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š )
4 lmodvsghm.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐น )
5 eqid โŠข ( +g โ€˜ ๐‘Š ) = ( +g โ€˜ ๐‘Š )
6 lmodgrp โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ๐‘Š โˆˆ Grp )
7 6 adantr โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘… โˆˆ ๐พ ) โ†’ ๐‘Š โˆˆ Grp )
8 1 2 3 4 lmodvscl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘… โˆˆ ๐พ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘… ยท ๐‘ฅ ) โˆˆ ๐‘‰ )
9 8 3expa โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘… โˆˆ ๐พ ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘… ยท ๐‘ฅ ) โˆˆ ๐‘‰ )
10 9 fmpttd โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘… โˆˆ ๐พ ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ๐‘… ยท ๐‘ฅ ) ) : ๐‘‰ โŸถ ๐‘‰ )
11 1 5 2 3 4 lmodvsdi โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘… โˆˆ ๐พ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘ง โˆˆ ๐‘‰ ) ) โ†’ ( ๐‘… ยท ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘… ยท ๐‘ฆ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐‘… ยท ๐‘ง ) ) )
12 11 3exp2 โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ( ๐‘… โˆˆ ๐พ โ†’ ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ( ๐‘ง โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ( ๐‘… ยท ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘… ยท ๐‘ฆ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐‘… ยท ๐‘ง ) ) ) ) ) )
13 12 imp43 โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘… โˆˆ ๐พ ) โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘ง โˆˆ ๐‘‰ ) ) โ†’ ( ๐‘… ยท ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘… ยท ๐‘ฆ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐‘… ยท ๐‘ง ) ) )
14 1 5 lmodvacl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘ง โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ๐‘‰ )
15 14 3expb โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘ง โˆˆ ๐‘‰ ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ๐‘‰ )
16 15 adantlr โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘… โˆˆ ๐พ ) โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘ง โˆˆ ๐‘‰ ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ๐‘‰ )
17 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โ†’ ( ๐‘… ยท ๐‘ฅ ) = ( ๐‘… ยท ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) )
18 eqid โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ๐‘… ยท ๐‘ฅ ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ๐‘… ยท ๐‘ฅ ) )
19 ovex โŠข ( ๐‘… ยท ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) โˆˆ V
20 17 18 19 fvmpt โŠข ( ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ๐‘… ยท ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) = ( ๐‘… ยท ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) )
21 16 20 syl โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘… โˆˆ ๐พ ) โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘ง โˆˆ ๐‘‰ ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ๐‘… ยท ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) = ( ๐‘… ยท ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) )
22 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ ( ๐‘… ยท ๐‘ฅ ) = ( ๐‘… ยท ๐‘ฆ ) )
23 ovex โŠข ( ๐‘… ยท ๐‘ฆ ) โˆˆ V
24 22 18 23 fvmpt โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ๐‘… ยท ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( ๐‘… ยท ๐‘ฆ ) )
25 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ง โ†’ ( ๐‘… ยท ๐‘ฅ ) = ( ๐‘… ยท ๐‘ง ) )
26 ovex โŠข ( ๐‘… ยท ๐‘ง ) โˆˆ V
27 25 18 26 fvmpt โŠข ( ๐‘ง โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ๐‘… ยท ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ง ) = ( ๐‘… ยท ๐‘ง ) )
28 24 27 oveqan12d โŠข ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘ง โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ๐‘… ยท ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ๐‘… ยท ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘… ยท ๐‘ฆ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐‘… ยท ๐‘ง ) ) )
29 28 adantl โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘… โˆˆ ๐พ ) โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘ง โˆˆ ๐‘‰ ) ) โ†’ ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ๐‘… ยท ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ๐‘… ยท ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘… ยท ๐‘ฆ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( ๐‘… ยท ๐‘ง ) ) )
30 13 21 29 3eqtr4d โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘… โˆˆ ๐พ ) โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘ง โˆˆ ๐‘‰ ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ๐‘… ยท ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) = ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ๐‘… ยท ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ๐‘… ยท ๐‘ฅ ) ) โ€˜ ๐‘ง ) ) )
31 1 1 5 5 7 7 10 30 isghmd โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘… โˆˆ ๐พ ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ๐‘… ยท ๐‘ฅ ) ) โˆˆ ( ๐‘Š GrpHom ๐‘Š ) )