Metamath Proof Explorer


Theorem vcdi

Description: Distributive law for the scalar product of a complex vector space. (Contributed by NM, 3-Nov-2006) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypotheses vciOLD.1 โŠข ๐บ = ( 1st โ€˜ ๐‘Š )
vciOLD.2 โŠข ๐‘† = ( 2nd โ€˜ ๐‘Š )
vciOLD.3 โŠข ๐‘‹ = ran ๐บ
Assertion vcdi ( ( ๐‘Š โˆˆ CVecOLD โˆง ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ต โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐ถ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โ†’ ( ๐ด ๐‘† ( ๐ต ๐บ ๐ถ ) ) = ( ( ๐ด ๐‘† ๐ต ) ๐บ ( ๐ด ๐‘† ๐ถ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 vciOLD.1 โŠข ๐บ = ( 1st โ€˜ ๐‘Š )
2 vciOLD.2 โŠข ๐‘† = ( 2nd โ€˜ ๐‘Š )
3 vciOLD.3 โŠข ๐‘‹ = ran ๐บ
4 1 2 3 vciOLD โŠข ( ๐‘Š โˆˆ CVecOLD โ†’ ( ๐บ โˆˆ AbelOp โˆง ๐‘† : ( โ„‚ ร— ๐‘‹ ) โŸถ ๐‘‹ โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ ( ( 1 ๐‘† ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ( โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ( ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) โˆง ( ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) ) ) ) ) )
5 simpl โŠข ( ( โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ( ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) โˆง ( ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) )
6 5 ralimi โŠข ( โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ( โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ( ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) โˆง ( ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) )
7 6 adantl โŠข ( ( ( 1 ๐‘† ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ( โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ( ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) โˆง ( ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) ) ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) )
8 7 ralimi โŠข ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ ( ( 1 ๐‘† ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ( โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ( ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) โˆง ( ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) ) ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) )
9 8 3ad2ant3 โŠข ( ( ๐บ โˆˆ AbelOp โˆง ๐‘† : ( โ„‚ ร— ๐‘‹ ) โŸถ ๐‘‹ โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ ( ( 1 ๐‘† ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ( โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ( ( ( ๐‘ฆ + ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) โˆง ( ( ๐‘ฆ ยท ๐‘ง ) ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ง ๐‘† ๐‘ฅ ) ) ) ) ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) )
10 4 9 syl โŠข ( ๐‘Š โˆˆ CVecOLD โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) )
11 oveq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ต โ†’ ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) = ( ๐ต ๐บ ๐‘ง ) )
12 11 oveq2d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ต โ†’ ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐ต ๐บ ๐‘ง ) ) )
13 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ต โ†’ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐ต ) )
14 13 oveq1d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ต โ†’ ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐ต ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) )
15 12 14 eqeq12d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ต โ†’ ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) โ†” ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐ต ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐ต ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) ) )
16 oveq1 โŠข ( ๐‘ฆ = ๐ด โ†’ ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐ต ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ๐ด ๐‘† ( ๐ต ๐บ ๐‘ง ) ) )
17 oveq1 โŠข ( ๐‘ฆ = ๐ด โ†’ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐ต ) = ( ๐ด ๐‘† ๐ต ) )
18 oveq1 โŠข ( ๐‘ฆ = ๐ด โ†’ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) = ( ๐ด ๐‘† ๐‘ง ) )
19 17 18 oveq12d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐ด โ†’ ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐ต ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) = ( ( ๐ด ๐‘† ๐ต ) ๐บ ( ๐ด ๐‘† ๐‘ง ) ) )
20 16 19 eqeq12d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐ด โ†’ ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐ต ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐ต ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) โ†” ( ๐ด ๐‘† ( ๐ต ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐ด ๐‘† ๐ต ) ๐บ ( ๐ด ๐‘† ๐‘ง ) ) ) )
21 oveq2 โŠข ( ๐‘ง = ๐ถ โ†’ ( ๐ต ๐บ ๐‘ง ) = ( ๐ต ๐บ ๐ถ ) )
22 21 oveq2d โŠข ( ๐‘ง = ๐ถ โ†’ ( ๐ด ๐‘† ( ๐ต ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ๐ด ๐‘† ( ๐ต ๐บ ๐ถ ) ) )
23 oveq2 โŠข ( ๐‘ง = ๐ถ โ†’ ( ๐ด ๐‘† ๐‘ง ) = ( ๐ด ๐‘† ๐ถ ) )
24 23 oveq2d โŠข ( ๐‘ง = ๐ถ โ†’ ( ( ๐ด ๐‘† ๐ต ) ๐บ ( ๐ด ๐‘† ๐‘ง ) ) = ( ( ๐ด ๐‘† ๐ต ) ๐บ ( ๐ด ๐‘† ๐ถ ) ) )
25 22 24 eqeq12d โŠข ( ๐‘ง = ๐ถ โ†’ ( ( ๐ด ๐‘† ( ๐ต ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐ด ๐‘† ๐ต ) ๐บ ( ๐ด ๐‘† ๐‘ง ) ) โ†” ( ๐ด ๐‘† ( ๐ต ๐บ ๐ถ ) ) = ( ( ๐ด ๐‘† ๐ต ) ๐บ ( ๐ด ๐‘† ๐ถ ) ) ) )
26 15 20 25 rspc3v โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ถ โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ฆ ๐‘† ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ง ) ) = ( ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ฅ ) ๐บ ( ๐‘ฆ ๐‘† ๐‘ง ) ) โ†’ ( ๐ด ๐‘† ( ๐ต ๐บ ๐ถ ) ) = ( ( ๐ด ๐‘† ๐ต ) ๐บ ( ๐ด ๐‘† ๐ถ ) ) ) )
27 10 26 syl5 โŠข ( ( ๐ต โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ถ โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ( ๐‘Š โˆˆ CVecOLD โ†’ ( ๐ด ๐‘† ( ๐ต ๐บ ๐ถ ) ) = ( ( ๐ด ๐‘† ๐ต ) ๐บ ( ๐ด ๐‘† ๐ถ ) ) ) )
28 27 3com12 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ต โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐ถ โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ( ๐‘Š โˆˆ CVecOLD โ†’ ( ๐ด ๐‘† ( ๐ต ๐บ ๐ถ ) ) = ( ( ๐ด ๐‘† ๐ต ) ๐บ ( ๐ด ๐‘† ๐ถ ) ) ) )
29 28 impcom โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ CVecOLD โˆง ( ๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ต โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐ถ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โ†’ ( ๐ด ๐‘† ( ๐ต ๐บ ๐ถ ) ) = ( ( ๐ด ๐‘† ๐ต ) ๐บ ( ๐ด ๐‘† ๐ถ ) ) )