Metamath Proof Explorer


Theorem stoweidlem22

Description: If a set of real functions from a common domain is closed under addition, multiplication and it contains constants, then it is closed under subtraction. (Contributed by Glauco Siliprandi, 20-Apr-2017)

Ref Expression
Hypotheses stoweidlem22.8 โŠข โ„ฒ ๐‘ก ๐œ‘
stoweidlem22.9 โŠข โ„ฒ ๐‘ก ๐น
stoweidlem22.10 โŠข โ„ฒ ๐‘ก ๐บ
stoweidlem22.1 โŠข ๐ป = ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) โˆ’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) ) )
stoweidlem22.2 โŠข ๐ผ = ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ - 1 )
stoweidlem22.3 โŠข ๐ฟ = ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐ผ โ€˜ ๐‘ก ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) ) )
stoweidlem22.4 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐‘“ : ๐‘‡ โŸถ โ„ )
stoweidlem22.5 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐ด โˆง ๐‘” โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ก ) + ( ๐‘” โ€˜ ๐‘ก ) ) ) โˆˆ ๐ด )
stoweidlem22.6 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐ด โˆง ๐‘” โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ก ) ยท ( ๐‘” โ€˜ ๐‘ก ) ) ) โˆˆ ๐ด )
stoweidlem22.7 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ๐‘ฅ ) โˆˆ ๐ด )
Assertion stoweidlem22 ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) โˆ’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) ) ) โˆˆ ๐ด )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 stoweidlem22.8 โŠข โ„ฒ ๐‘ก ๐œ‘
2 stoweidlem22.9 โŠข โ„ฒ ๐‘ก ๐น
3 stoweidlem22.10 โŠข โ„ฒ ๐‘ก ๐บ
4 stoweidlem22.1 โŠข ๐ป = ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) โˆ’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) ) )
5 stoweidlem22.2 โŠข ๐ผ = ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ - 1 )
6 stoweidlem22.3 โŠข ๐ฟ = ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐ผ โ€˜ ๐‘ก ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) ) )
7 stoweidlem22.4 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐‘“ : ๐‘‡ โŸถ โ„ )
8 stoweidlem22.5 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐ด โˆง ๐‘” โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ก ) + ( ๐‘” โ€˜ ๐‘ก ) ) ) โˆˆ ๐ด )
9 stoweidlem22.6 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐ด โˆง ๐‘” โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ก ) ยท ( ๐‘” โ€˜ ๐‘ก ) ) ) โˆˆ ๐ด )
10 stoweidlem22.7 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ๐‘ฅ ) โˆˆ ๐ด )
11 2 nfel1 โŠข โ„ฒ ๐‘ก ๐น โˆˆ ๐ด
12 3 nfel1 โŠข โ„ฒ ๐‘ก ๐บ โˆˆ ๐ด
13 1 11 12 nf3an โŠข โ„ฒ ๐‘ก ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด )
14 simpr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ )
15 simpl1 โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ๐œ‘ )
16 neg1rr โŠข - 1 โˆˆ โ„
17 10 stoweidlem4 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง - 1 โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ - 1 ) โˆˆ ๐ด )
18 16 17 mpan2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ - 1 ) โˆˆ ๐ด )
19 5 18 eqeltrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ผ โˆˆ ๐ด )
20 eleq1 โŠข ( ๐‘“ = ๐ผ โ†’ ( ๐‘“ โˆˆ ๐ด โ†” ๐ผ โˆˆ ๐ด ) )
21 20 anbi2d โŠข ( ๐‘“ = ๐ผ โ†’ ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐ด ) โ†” ( ๐œ‘ โˆง ๐ผ โˆˆ ๐ด ) ) )
22 feq1 โŠข ( ๐‘“ = ๐ผ โ†’ ( ๐‘“ : ๐‘‡ โŸถ โ„ โ†” ๐ผ : ๐‘‡ โŸถ โ„ ) )
23 21 22 imbi12d โŠข ( ๐‘“ = ๐ผ โ†’ ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐‘“ : ๐‘‡ โŸถ โ„ ) โ†” ( ( ๐œ‘ โˆง ๐ผ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐ผ : ๐‘‡ โŸถ โ„ ) ) )
24 23 7 vtoclg โŠข ( ๐ผ โˆˆ ๐ด โ†’ ( ( ๐œ‘ โˆง ๐ผ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐ผ : ๐‘‡ โŸถ โ„ ) )
25 24 anabsi7 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐ผ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐ผ : ๐‘‡ โŸถ โ„ )
26 15 19 25 syl2anc2 โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ๐ผ : ๐‘‡ โŸถ โ„ )
27 26 14 ffvelcdmd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( ๐ผ โ€˜ ๐‘ก ) โˆˆ โ„ )
28 simpl3 โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ๐บ โˆˆ ๐ด )
29 eleq1 โŠข ( ๐‘“ = ๐บ โ†’ ( ๐‘“ โˆˆ ๐ด โ†” ๐บ โˆˆ ๐ด ) )
30 29 anbi2d โŠข ( ๐‘“ = ๐บ โ†’ ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐ด ) โ†” ( ๐œ‘ โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) ) )
31 feq1 โŠข ( ๐‘“ = ๐บ โ†’ ( ๐‘“ : ๐‘‡ โŸถ โ„ โ†” ๐บ : ๐‘‡ โŸถ โ„ ) )
32 30 31 imbi12d โŠข ( ๐‘“ = ๐บ โ†’ ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐‘“ : ๐‘‡ โŸถ โ„ ) โ†” ( ( ๐œ‘ โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐บ : ๐‘‡ โŸถ โ„ ) ) )
33 32 7 vtoclg โŠข ( ๐บ โˆˆ ๐ด โ†’ ( ( ๐œ‘ โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐บ : ๐‘‡ โŸถ โ„ ) )
34 33 anabsi7 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐บ : ๐‘‡ โŸถ โ„ )
35 34 3adant3 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ๐บ : ๐‘‡ โŸถ โ„ )
36 simp3 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ )
37 35 36 ffvelcdmd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) โˆˆ โ„ )
38 15 28 14 37 syl3anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) โˆˆ โ„ )
39 27 38 remulcld โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( ( ๐ผ โ€˜ ๐‘ก ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) ) โˆˆ โ„ )
40 6 fvmpt2 โŠข ( ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โˆง ( ( ๐ผ โ€˜ ๐‘ก ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) ) โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘ก ) = ( ( ๐ผ โ€˜ ๐‘ก ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) ) )
41 14 39 40 syl2anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘ก ) = ( ( ๐ผ โ€˜ ๐‘ก ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) ) )
42 5 fvmpt2 โŠข ( ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โˆง - 1 โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ๐ผ โ€˜ ๐‘ก ) = - 1 )
43 16 42 mpan2 โŠข ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†’ ( ๐ผ โ€˜ ๐‘ก ) = - 1 )
44 43 adantl โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( ๐ผ โ€˜ ๐‘ก ) = - 1 )
45 44 oveq1d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( ( ๐ผ โ€˜ ๐‘ก ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) ) = ( - 1 ยท ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) ) )
46 38 recnd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) โˆˆ โ„‚ )
47 46 mulm1d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( - 1 ยท ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) ) = - ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) )
48 41 45 47 3eqtrd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘ก ) = - ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) )
49 48 oveq2d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) + ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘ก ) ) = ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) + - ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) ) )
50 simpl2 โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ๐น โˆˆ ๐ด )
51 eleq1 โŠข ( ๐‘“ = ๐น โ†’ ( ๐‘“ โˆˆ ๐ด โ†” ๐น โˆˆ ๐ด ) )
52 51 anbi2d โŠข ( ๐‘“ = ๐น โ†’ ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐ด ) โ†” ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด ) ) )
53 feq1 โŠข ( ๐‘“ = ๐น โ†’ ( ๐‘“ : ๐‘‡ โŸถ โ„ โ†” ๐น : ๐‘‡ โŸถ โ„ ) )
54 52 53 imbi12d โŠข ( ๐‘“ = ๐น โ†’ ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐‘“ : ๐‘‡ โŸถ โ„ ) โ†” ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐น : ๐‘‡ โŸถ โ„ ) ) )
55 54 7 vtoclg โŠข ( ๐น โˆˆ ๐ด โ†’ ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐น : ๐‘‡ โŸถ โ„ ) )
56 55 anabsi7 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐น : ๐‘‡ โŸถ โ„ )
57 15 50 56 syl2anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ๐น : ๐‘‡ โŸถ โ„ )
58 57 14 ffvelcdmd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) โˆˆ โ„ )
59 58 recnd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) โˆˆ โ„‚ )
60 59 46 negsubd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) + - ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) ) = ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) โˆ’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) ) )
61 49 60 eqtr2d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) โˆ’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) ) = ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) + ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘ก ) ) )
62 13 61 mpteq2da โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) โˆ’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) ) ) = ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) + ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘ก ) ) ) )
63 19 3ad2ant1 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐ผ โˆˆ ๐ด )
64 nfmpt1 โŠข โ„ฒ ๐‘ก ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ - 1 )
65 5 64 nfcxfr โŠข โ„ฒ ๐‘ก ๐ผ
66 65 nfeq2 โŠข โ„ฒ ๐‘ก ๐‘“ = ๐ผ
67 3 nfeq2 โŠข โ„ฒ ๐‘ก ๐‘” = ๐บ
68 66 67 9 stoweidlem6 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐ผ โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐ผ โ€˜ ๐‘ก ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) ) ) โˆˆ ๐ด )
69 63 68 syld3an2 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐ผ โ€˜ ๐‘ก ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) ) ) โˆˆ ๐ด )
70 6 69 eqeltrid โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐ฟ โˆˆ ๐ด )
71 nfmpt1 โŠข โ„ฒ ๐‘ก ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐ผ โ€˜ ๐‘ก ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) ) )
72 6 71 nfcxfr โŠข โ„ฒ ๐‘ก ๐ฟ
73 8 2 72 stoweidlem8 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐ฟ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) + ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘ก ) ) ) โˆˆ ๐ด )
74 70 73 syld3an3 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) + ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘ก ) ) ) โˆˆ ๐ด )
75 62 74 eqeltrd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐น โˆˆ ๐ด โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) โˆ’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) ) ) โˆˆ ๐ด )