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Theorem psrass23l

Description: Associative identity for the ring of power series. Part of psrass23 which does not require the scalar ring to be commutative. (Contributed by Mario Carneiro, 7-Jan-2015) (Revised by AV, 14-Aug-2019)

Ref Expression
Hypotheses psrring.s 𝑆 = ( 𝐼 mPwSer 𝑅 )
psrring.i ( 𝜑𝐼𝑉 )
psrring.r ( 𝜑𝑅 ∈ Ring )
psrass.d 𝐷 = { 𝑓 ∈ ( ℕ0m 𝐼 ) ∣ ( 𝑓 “ ℕ ) ∈ Fin }
psrass.t × = ( .r𝑆 )
psrass.b 𝐵 = ( Base ‘ 𝑆 )
psrass.x ( 𝜑𝑋𝐵 )
psrass.y ( 𝜑𝑌𝐵 )
psrass23l.k 𝐾 = ( Base ‘ 𝑅 )
psrass23l.n · = ( ·𝑠𝑆 )
psrass23l.a ( 𝜑𝐴𝐾 )
Assertion psrass23l ( 𝜑 → ( ( 𝐴 · 𝑋 ) × 𝑌 ) = ( 𝐴 · ( 𝑋 × 𝑌 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 psrring.s 𝑆 = ( 𝐼 mPwSer 𝑅 )
2 psrring.i ( 𝜑𝐼𝑉 )
3 psrring.r ( 𝜑𝑅 ∈ Ring )
4 psrass.d 𝐷 = { 𝑓 ∈ ( ℕ0m 𝐼 ) ∣ ( 𝑓 “ ℕ ) ∈ Fin }
5 psrass.t × = ( .r𝑆 )
6 psrass.b 𝐵 = ( Base ‘ 𝑆 )
7 psrass.x ( 𝜑𝑋𝐵 )
8 psrass.y ( 𝜑𝑌𝐵 )
9 psrass23l.k 𝐾 = ( Base ‘ 𝑅 )
10 psrass23l.n · = ( ·𝑠𝑆 )
11 psrass23l.a ( 𝜑𝐴𝐾 )
12 eqid ( Base ‘ 𝑅 ) = ( Base ‘ 𝑅 )
13 eqid ( .r𝑅 ) = ( .r𝑅 )
14 11 adantr ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) → 𝐴𝐾 )
15 14 9 eleqtrdi ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) → 𝐴 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) )
16 15 adantr ( ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ) → 𝐴 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) )
17 7 ad2antrr ( ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ) → 𝑋𝐵 )
18 ssrab2 { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ⊆ 𝐷
19 simpr ( ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ) → 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } )
20 18 19 sseldi ( ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ) → 𝑥𝐷 )
21 1 10 12 6 13 4 16 17 20 psrvscaval ( ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ) → ( ( 𝐴 · 𝑋 ) ‘ 𝑥 ) = ( 𝐴 ( .r𝑅 ) ( 𝑋𝑥 ) ) )
22 21 oveq1d ( ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ) → ( ( ( 𝐴 · 𝑋 ) ‘ 𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) = ( ( 𝐴 ( .r𝑅 ) ( 𝑋𝑥 ) ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) )
23 3 ad2antrr ( ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ) → 𝑅 ∈ Ring )
24 1 12 4 6 17 psrelbas ( ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ) → 𝑋 : 𝐷 ⟶ ( Base ‘ 𝑅 ) )
25 24 20 ffvelrnd ( ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ) → ( 𝑋𝑥 ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) )
26 8 ad2antrr ( ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ) → 𝑌𝐵 )
27 1 12 4 6 26 psrelbas ( ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ) → 𝑌 : 𝐷 ⟶ ( Base ‘ 𝑅 ) )
28 simplr ( ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ) → 𝑘𝐷 )
29 eqid { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } = { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 }
30 4 29 psrbagconcl ( ( 𝑘𝐷𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ) → ( 𝑘f𝑥 ) ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } )
31 28 19 30 syl2anc ( ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ) → ( 𝑘f𝑥 ) ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } )
32 18 31 sseldi ( ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ) → ( 𝑘f𝑥 ) ∈ 𝐷 )
33 27 32 ffvelrnd ( ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ) → ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) )
34 12 13 ringass ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝐴 ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ∧ ( 𝑋𝑥 ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ∧ ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ) ) → ( ( 𝐴 ( .r𝑅 ) ( 𝑋𝑥 ) ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) = ( 𝐴 ( .r𝑅 ) ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) )
35 23 16 25 33 34 syl13anc ( ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ) → ( ( 𝐴 ( .r𝑅 ) ( 𝑋𝑥 ) ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) = ( 𝐴 ( .r𝑅 ) ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) )
36 22 35 eqtrd ( ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ) → ( ( ( 𝐴 · 𝑋 ) ‘ 𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) = ( 𝐴 ( .r𝑅 ) ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) )
37 36 mpteq2dva ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) → ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( ( 𝐴 · 𝑋 ) ‘ 𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) = ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( 𝐴 ( .r𝑅 ) ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ) )
38 37 oveq2d ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) → ( 𝑅 Σg ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( ( 𝐴 · 𝑋 ) ‘ 𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ) = ( 𝑅 Σg ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( 𝐴 ( .r𝑅 ) ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ) ) )
39 eqid ( 0g𝑅 ) = ( 0g𝑅 )
40 eqid ( +g𝑅 ) = ( +g𝑅 )
41 3 adantr ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) → 𝑅 ∈ Ring )
42 4 psrbaglefi ( 𝑘𝐷 → { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ∈ Fin )
43 42 adantl ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) → { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ∈ Fin )
44 12 13 ringcl ( ( 𝑅 ∈ Ring ∧ ( 𝑋𝑥 ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ∧ ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) ) → ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) )
45 23 25 33 44 syl3anc ( ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) ∧ 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ) → ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ∈ ( Base ‘ 𝑅 ) )
46 ovex ( ℕ0m 𝐼 ) ∈ V
47 4 46 rabex2 𝐷 ∈ V
48 47 mptrabex ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ∈ V
49 funmpt Fun ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) )
50 fvex ( 0g𝑅 ) ∈ V
51 48 49 50 3pm3.2i ( ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ∈ V ∧ Fun ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ∧ ( 0g𝑅 ) ∈ V )
52 51 a1i ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) → ( ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ∈ V ∧ Fun ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ∧ ( 0g𝑅 ) ∈ V ) )
53 suppssdm ( ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) supp ( 0g𝑅 ) ) ⊆ dom ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) )
54 eqid ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) = ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) )
55 54 dmmptss dom ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ⊆ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 }
56 53 55 sstri ( ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) supp ( 0g𝑅 ) ) ⊆ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 }
57 56 a1i ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) → ( ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) supp ( 0g𝑅 ) ) ⊆ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } )
58 suppssfifsupp ( ( ( ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ∈ V ∧ Fun ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ∧ ( 0g𝑅 ) ∈ V ) ∧ ( { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ∈ Fin ∧ ( ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) supp ( 0g𝑅 ) ) ⊆ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ) ) → ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) finSupp ( 0g𝑅 ) )
59 52 43 57 58 syl12anc ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) → ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) finSupp ( 0g𝑅 ) )
60 12 39 40 13 41 43 15 45 59 gsummulc2 ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) → ( 𝑅 Σg ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( 𝐴 ( .r𝑅 ) ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ) ) = ( 𝐴 ( .r𝑅 ) ( 𝑅 Σg ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ) ) )
61 38 60 eqtrd ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) → ( 𝑅 Σg ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( ( 𝐴 · 𝑋 ) ‘ 𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ) = ( 𝐴 ( .r𝑅 ) ( 𝑅 Σg ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ) ) )
62 61 mpteq2dva ( 𝜑 → ( 𝑘𝐷 ↦ ( 𝑅 Σg ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( ( 𝐴 · 𝑋 ) ‘ 𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ) ) = ( 𝑘𝐷 ↦ ( 𝐴 ( .r𝑅 ) ( 𝑅 Σg ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ) ) ) )
63 1 10 9 6 3 11 7 psrvscacl ( 𝜑 → ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝐵 )
64 1 6 13 5 4 63 8 psrmulfval ( 𝜑 → ( ( 𝐴 · 𝑋 ) × 𝑌 ) = ( 𝑘𝐷 ↦ ( 𝑅 Σg ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( ( 𝐴 · 𝑋 ) ‘ 𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ) ) )
65 1 6 5 3 7 8 psrmulcl ( 𝜑 → ( 𝑋 × 𝑌 ) ∈ 𝐵 )
66 1 10 9 6 13 4 11 65 psrvsca ( 𝜑 → ( 𝐴 · ( 𝑋 × 𝑌 ) ) = ( ( 𝐷 × { 𝐴 } ) ∘f ( .r𝑅 ) ( 𝑋 × 𝑌 ) ) )
67 47 a1i ( 𝜑𝐷 ∈ V )
68 ovexd ( ( 𝜑𝑘𝐷 ) → ( 𝑅 Σg ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ) ∈ V )
69 fconstmpt ( 𝐷 × { 𝐴 } ) = ( 𝑘𝐷𝐴 )
70 69 a1i ( 𝜑 → ( 𝐷 × { 𝐴 } ) = ( 𝑘𝐷𝐴 ) )
71 1 6 13 5 4 7 8 psrmulfval ( 𝜑 → ( 𝑋 × 𝑌 ) = ( 𝑘𝐷 ↦ ( 𝑅 Σg ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ) ) )
72 67 14 68 70 71 offval2 ( 𝜑 → ( ( 𝐷 × { 𝐴 } ) ∘f ( .r𝑅 ) ( 𝑋 × 𝑌 ) ) = ( 𝑘𝐷 ↦ ( 𝐴 ( .r𝑅 ) ( 𝑅 Σg ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ) ) ) )
73 66 72 eqtrd ( 𝜑 → ( 𝐴 · ( 𝑋 × 𝑌 ) ) = ( 𝑘𝐷 ↦ ( 𝐴 ( .r𝑅 ) ( 𝑅 Σg ( 𝑥 ∈ { 𝑦𝐷𝑦r𝑘 } ↦ ( ( 𝑋𝑥 ) ( .r𝑅 ) ( 𝑌 ‘ ( 𝑘f𝑥 ) ) ) ) ) ) ) )
74 62 64 73 3eqtr4d ( 𝜑 → ( ( 𝐴 · 𝑋 ) × 𝑌 ) = ( 𝐴 · ( 𝑋 × 𝑌 ) ) )