Metamath Proof Explorer


Theorem lnrfg

Description: Finitely-generated modules over a Noetherian ring, being homomorphic images of free modules, are Noetherian. (Contributed by Stefan O'Rear, 7-Feb-2015)

Ref Expression
Hypothesis lnrfg.s โŠข ๐‘† = ( Scalar โ€˜ ๐‘€ )
Assertion lnrfg ( ( ๐‘€ โˆˆ LFinGen โˆง ๐‘† โˆˆ LNoeR ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ LNoeM )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lnrfg.s โŠข ๐‘† = ( Scalar โ€˜ ๐‘€ )
2 eqid โŠข ( ๐‘† freeLMod ๐‘Ž ) = ( ๐‘† freeLMod ๐‘Ž )
3 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( ๐‘† freeLMod ๐‘Ž ) ) = ( Base โ€˜ ( ๐‘† freeLMod ๐‘Ž ) )
4 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘€ ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ )
5 eqid โŠข ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ )
6 eqid โŠข ( ๐‘ โˆˆ ( Base โ€˜ ( ๐‘† freeLMod ๐‘Ž ) ) โ†ฆ ( ๐‘€ ฮฃg ( ๐‘ โˆ˜f ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ( I โ†พ ๐‘Ž ) ) ) ) = ( ๐‘ โˆˆ ( Base โ€˜ ( ๐‘† freeLMod ๐‘Ž ) ) โ†ฆ ( ๐‘€ ฮฃg ( ๐‘ โˆ˜f ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ( I โ†พ ๐‘Ž ) ) ) )
7 fglmod โŠข ( ๐‘€ โˆˆ LFinGen โ†’ ๐‘€ โˆˆ LMod )
8 7 ad3antrrr โŠข ( ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LFinGen โˆง ๐‘† โˆˆ LNoeR ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ Fin โˆง ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘Ž ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ LMod )
9 vex โŠข ๐‘Ž โˆˆ V
10 9 a1i โŠข ( ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LFinGen โˆง ๐‘† โˆˆ LNoeR ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ Fin โˆง ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘Ž ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) ) โ†’ ๐‘Ž โˆˆ V )
11 1 a1i โŠข ( ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LFinGen โˆง ๐‘† โˆˆ LNoeR ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ Fin โˆง ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘Ž ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) ) โ†’ ๐‘† = ( Scalar โ€˜ ๐‘€ ) )
12 f1oi โŠข ( I โ†พ ๐‘Ž ) : ๐‘Ž โ€“1-1-ontoโ†’ ๐‘Ž
13 f1of โŠข ( ( I โ†พ ๐‘Ž ) : ๐‘Ž โ€“1-1-ontoโ†’ ๐‘Ž โ†’ ( I โ†พ ๐‘Ž ) : ๐‘Ž โŸถ ๐‘Ž )
14 12 13 ax-mp โŠข ( I โ†พ ๐‘Ž ) : ๐‘Ž โŸถ ๐‘Ž
15 elpwi โŠข ( ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) โ†’ ๐‘Ž โІ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) )
16 fss โŠข ( ( ( I โ†พ ๐‘Ž ) : ๐‘Ž โŸถ ๐‘Ž โˆง ๐‘Ž โІ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) โ†’ ( I โ†พ ๐‘Ž ) : ๐‘Ž โŸถ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) )
17 14 15 16 sylancr โŠข ( ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) โ†’ ( I โ†พ ๐‘Ž ) : ๐‘Ž โŸถ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) )
18 17 ad2antlr โŠข ( ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LFinGen โˆง ๐‘† โˆˆ LNoeR ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ Fin โˆง ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘Ž ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) ) โ†’ ( I โ†พ ๐‘Ž ) : ๐‘Ž โŸถ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) )
19 2 3 4 5 6 8 10 11 18 frlmup1 โŠข ( ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LFinGen โˆง ๐‘† โˆˆ LNoeR ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ Fin โˆง ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘Ž ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ ( Base โ€˜ ( ๐‘† freeLMod ๐‘Ž ) ) โ†ฆ ( ๐‘€ ฮฃg ( ๐‘ โˆ˜f ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ( I โ†พ ๐‘Ž ) ) ) ) โˆˆ ( ( ๐‘† freeLMod ๐‘Ž ) LMHom ๐‘€ ) )
20 simpllr โŠข ( ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LFinGen โˆง ๐‘† โˆˆ LNoeR ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ Fin โˆง ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘Ž ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) ) โ†’ ๐‘† โˆˆ LNoeR )
21 simprl โŠข ( ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LFinGen โˆง ๐‘† โˆˆ LNoeR ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ Fin โˆง ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘Ž ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) ) โ†’ ๐‘Ž โˆˆ Fin )
22 2 lnrfrlm โŠข ( ( ๐‘† โˆˆ LNoeR โˆง ๐‘Ž โˆˆ Fin ) โ†’ ( ๐‘† freeLMod ๐‘Ž ) โˆˆ LNoeM )
23 20 21 22 syl2anc โŠข ( ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LFinGen โˆง ๐‘† โˆˆ LNoeR ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ Fin โˆง ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘Ž ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) ) โ†’ ( ๐‘† freeLMod ๐‘Ž ) โˆˆ LNoeM )
24 eqid โŠข ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) = ( LSpan โ€˜ ๐‘€ )
25 2 3 4 5 6 8 10 11 18 24 frlmup3 โŠข ( ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LFinGen โˆง ๐‘† โˆˆ LNoeR ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ Fin โˆง ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘Ž ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) ) โ†’ ran ( ๐‘ โˆˆ ( Base โ€˜ ( ๐‘† freeLMod ๐‘Ž ) ) โ†ฆ ( ๐‘€ ฮฃg ( ๐‘ โˆ˜f ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ( I โ†พ ๐‘Ž ) ) ) ) = ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ran ( I โ†พ ๐‘Ž ) ) )
26 rnresi โŠข ran ( I โ†พ ๐‘Ž ) = ๐‘Ž
27 26 fveq2i โŠข ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ran ( I โ†พ ๐‘Ž ) ) = ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘Ž )
28 simprr โŠข ( ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LFinGen โˆง ๐‘† โˆˆ LNoeR ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ Fin โˆง ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘Ž ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) ) โ†’ ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘Ž ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) )
29 27 28 eqtrid โŠข ( ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LFinGen โˆง ๐‘† โˆˆ LNoeR ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ Fin โˆง ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘Ž ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) ) โ†’ ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ran ( I โ†พ ๐‘Ž ) ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) )
30 25 29 eqtrd โŠข ( ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LFinGen โˆง ๐‘† โˆˆ LNoeR ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ Fin โˆง ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘Ž ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) ) โ†’ ran ( ๐‘ โˆˆ ( Base โ€˜ ( ๐‘† freeLMod ๐‘Ž ) ) โ†ฆ ( ๐‘€ ฮฃg ( ๐‘ โˆ˜f ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ( I โ†พ ๐‘Ž ) ) ) ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) )
31 4 lnmepi โŠข ( ( ( ๐‘ โˆˆ ( Base โ€˜ ( ๐‘† freeLMod ๐‘Ž ) ) โ†ฆ ( ๐‘€ ฮฃg ( ๐‘ โˆ˜f ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ( I โ†พ ๐‘Ž ) ) ) ) โˆˆ ( ( ๐‘† freeLMod ๐‘Ž ) LMHom ๐‘€ ) โˆง ( ๐‘† freeLMod ๐‘Ž ) โˆˆ LNoeM โˆง ran ( ๐‘ โˆˆ ( Base โ€˜ ( ๐‘† freeLMod ๐‘Ž ) ) โ†ฆ ( ๐‘€ ฮฃg ( ๐‘ โˆ˜f ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ ) ( I โ†พ ๐‘Ž ) ) ) ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ LNoeM )
32 19 23 30 31 syl3anc โŠข ( ( ( ( ๐‘€ โˆˆ LFinGen โˆง ๐‘† โˆˆ LNoeR ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ Fin โˆง ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘Ž ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ LNoeM )
33 4 24 islmodfg โŠข ( ๐‘€ โˆˆ LMod โ†’ ( ๐‘€ โˆˆ LFinGen โ†” โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ( ๐‘Ž โˆˆ Fin โˆง ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘Ž ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) ) )
34 7 33 syl โŠข ( ๐‘€ โˆˆ LFinGen โ†’ ( ๐‘€ โˆˆ LFinGen โ†” โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ( ๐‘Ž โˆˆ Fin โˆง ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘Ž ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) ) )
35 34 ibi โŠข ( ๐‘€ โˆˆ LFinGen โ†’ โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ( ๐‘Ž โˆˆ Fin โˆง ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘Ž ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) )
36 35 adantr โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LFinGen โˆง ๐‘† โˆˆ LNoeR ) โ†’ โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ( ๐‘Ž โˆˆ Fin โˆง ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘Ž ) = ( Base โ€˜ ๐‘€ ) ) )
37 32 36 r19.29a โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ LFinGen โˆง ๐‘† โˆˆ LNoeR ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ LNoeM )