MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  dchrghm Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem dchrghm 27547
Description: A Dirichlet character restricted to the unit group of ℤ/nℤ is a group homomorphism into the multiplicative group of nonzero complex numbers. (Contributed by Mario Carneiro, 21-Apr-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
dchrghm.g 𝐺 = (DChr‘𝑁)
dchrghm.z 𝑍 = (ℤ/nℤ‘𝑁)
dchrghm.b 𝐷 = (Base‘𝐺)
dchrghm.u 𝑈 = (Unit‘𝑍)
dchrghm.h 𝐻 = ((mulGrp‘𝑍) ↾s 𝑈)
dchrghm.m 𝑀 = ((mulGrp‘ℂfld) ↾s (ℂ ∖ {0}))
dchrghm.x (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝐷)
Assertion
Ref Expression
dchrghm (𝜑 → (𝑋 ↾ 𝑈) ∈ (𝐻 GrpHom 𝑀))

Proof of Theorem dchrghm
Dummy variable 𝑥 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 dchrghm.g . . . . . 6 𝐺 = (DChr‘𝑁)
2 dchrghm.z . . . . . 6 𝑍 = (ℤ/nℤ‘𝑁)
3 dchrghm.b . . . . . 6 𝐷 = (Base‘𝐺)
41, 2, 3dchrmhm 27532 . . . . 5 𝐷 ⊆ ((mulGrp‘𝑍) MndHom (mulGrp‘ℂfld))
5 dchrghm.x . . . . 5 (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝐷)
64, 5sselid 3928 . . . 4 (𝜑 → 𝑋 ∈ ((mulGrp‘𝑍) MndHom (mulGrp‘ℂfld)))
71, 3dchrrcl 27531 . . . . . . . . 9 (𝑋 ∈ 𝐷 → 𝑁 ∈ ℕ)
85, 7syl 18 . . . . . . . 8 (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
98nnnn0d 12637 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ0)
102zncrng 21812 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ0 → 𝑍 ∈ CRing)
119, 10syl 18 . . . . . 6 (𝜑 → 𝑍 ∈ CRing)
12 crngring 20434 . . . . . 6 (𝑍 ∈ CRing → 𝑍 ∈ Ring)
1311, 12syl 18 . . . . 5 (𝜑 → 𝑍 ∈ Ring)
14 dchrghm.u . . . . . 6 𝑈 = (Unit‘𝑍)
15 eqid 2760 . . . . . 6 (mulGrp‘𝑍) = (mulGrp‘𝑍)
1614, 15unitsubm 20578 . . . . 5 (𝑍 ∈ Ring → 𝑈 ∈ (SubMnd‘(mulGrp‘𝑍)))
1713, 16syl 18 . . . 4 (𝜑 → 𝑈 ∈ (SubMnd‘(mulGrp‘𝑍)))
18 dchrghm.h . . . . 5 𝐻 = ((mulGrp‘𝑍) ↾s 𝑈)
1918resmhm 18978 . . . 4 ((𝑋 ∈ ((mulGrp‘𝑍) MndHom (mulGrp‘ℂfld)) ∧ 𝑈 ∈ (SubMnd‘(mulGrp‘𝑍))) → (𝑋 ↾ 𝑈) ∈ (𝐻 MndHom (mulGrp‘ℂfld)))
206, 17, 19syl2anc 596 . . 3 (𝜑 → (𝑋 ↾ 𝑈) ∈ (𝐻 MndHom (mulGrp‘ℂfld)))
21 cnring 21662 . . . . 5 ℂfld ∈ Ring
22 cnfldbas 21644 . . . . . . 7 ℂ = (Base‘ℂfld)
23 cnfld0 21664 . . . . . . 7 0 = (0g‘ℂfld)
24 cndrng 21669 . . . . . . 7 ℂfld ∈ DivRing
2522, 23, 24drngui 20948 . . . . . 6 (ℂ ∖ {0}) = (Unit‘ℂfld)
26 eqid 2760 . . . . . 6 (mulGrp‘ℂfld) = (mulGrp‘ℂfld)
2725, 26unitsubm 20578 . . . . 5 (ℂfld ∈ Ring → (ℂ ∖ {0}) ∈ (SubMnd‘(mulGrp‘ℂfld)))
2821, 27ax-mp 5 . . . 4 (ℂ ∖ {0}) ∈ (SubMnd‘(mulGrp‘ℂfld))
29 df-ima 5660 . . . . 5 (𝑋 “ 𝑈) = ran (𝑋 ↾ 𝑈)
30 eqid 2760 . . . . . . . . . 10 (Base‘𝑍) = (Base‘𝑍)
311, 2, 3, 30, 5dchrf 27533 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 𝑋:(Base‘𝑍)⟶ℂ)
3230, 14unitss 20568 . . . . . . . . . 10 𝑈 ⊆ (Base‘𝑍)
3332sseli 3926 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ 𝑈 → 𝑥 ∈ (Base‘𝑍))
34 ffvelcdm 7069 . . . . . . . . 9 ((𝑋:(Base‘𝑍)⟶ℂ ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑍)) → (𝑋‘𝑥) ∈ ℂ)
3531, 33, 34syl2an 608 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑈) → (𝑋‘𝑥) ∈ ℂ)
36 simpr 490 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑈) → 𝑥 ∈ 𝑈)
375adantr 486 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑈) → 𝑋 ∈ 𝐷)
3833adantl 487 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑈) → 𝑥 ∈ (Base‘𝑍))
391, 2, 3, 30, 14, 37, 38dchrn0 27541 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑈) → ((𝑋‘𝑥) ≠ 0 ↔ 𝑥 ∈ 𝑈))
4036, 39mpbird 260 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑈) → (𝑋‘𝑥) ≠ 0)
41 eldifsn 4747 . . . . . . . 8 ((𝑋‘𝑥) ∈ (ℂ ∖ {0}) ↔ ((𝑋‘𝑥) ∈ ℂ ∧ (𝑋‘𝑥) ≠ 0))
4235, 40, 41sylanbrc 595 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑈) → (𝑋‘𝑥) ∈ (ℂ ∖ {0}))
4342ralrimiva 3154 . . . . . 6 (𝜑 → ∀𝑥 ∈ 𝑈 (𝑋‘𝑥) ∈ (ℂ ∖ {0}))
4431ffund 6702 . . . . . . 7 (𝜑 → Fun 𝑋)
4531fdmd 6708 . . . . . . . 8 (𝜑 → dom 𝑋 = (Base‘𝑍))
4632, 45sseqtrrid 3973 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝑈 ⊆ dom 𝑋)
47 funimass4 6937 . . . . . . 7 ((Fun 𝑋 ∧ 𝑈 ⊆ dom 𝑋) → ((𝑋 “ 𝑈) ⊆ (ℂ ∖ {0}) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝑈 (𝑋‘𝑥) ∈ (ℂ ∖ {0})))
4844, 46, 47syl2anc 596 . . . . . 6 (𝜑 → ((𝑋 “ 𝑈) ⊆ (ℂ ∖ {0}) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝑈 (𝑋‘𝑥) ∈ (ℂ ∖ {0})))
4943, 48mpbird 260 . . . . 5 (𝜑 → (𝑋 “ 𝑈) ⊆ (ℂ ∖ {0}))
5029, 49eqsstrrid 3969 . . . 4 (𝜑 → ran (𝑋 ↾ 𝑈) ⊆ (ℂ ∖ {0}))
51 dchrghm.m . . . . 5 𝑀 = ((mulGrp‘ℂfld) ↾s (ℂ ∖ {0}))
5251resmhm2b 18980 . . . 4 (((ℂ ∖ {0}) ∈ (SubMnd‘(mulGrp‘ℂfld)) ∧ ran (𝑋 ↾ 𝑈) ⊆ (ℂ ∖ {0})) → ((𝑋 ↾ 𝑈) ∈ (𝐻 MndHom (mulGrp‘ℂfld)) ↔ (𝑋 ↾ 𝑈) ∈ (𝐻 MndHom 𝑀)))
5328, 50, 52sylancr 599 . . 3 (𝜑 → ((𝑋 ↾ 𝑈) ∈ (𝐻 MndHom (mulGrp‘ℂfld)) ↔ (𝑋 ↾ 𝑈) ∈ (𝐻 MndHom 𝑀)))
5420, 53mpbid 235 . 2 (𝜑 → (𝑋 ↾ 𝑈) ∈ (𝐻 MndHom 𝑀))
5514, 18unitgrp 20575 . . . 4 (𝑍 ∈ Ring → 𝐻 ∈ Grp)
5613, 55syl 18 . . 3 (𝜑 → 𝐻 ∈ Grp)
5751cnmgpabl 21696 . . . 4 𝑀 ∈ Abel
58 ablgrp 19961 . . . 4 (𝑀 ∈ Abel → 𝑀 ∈ Grp)
5957, 58ax-mp 5 . . 3 𝑀 ∈ Grp
60 ghmmhmb 19403 . . 3 ((𝐻 ∈ Grp ∧ 𝑀 ∈ Grp) → (𝐻 GrpHom 𝑀) = (𝐻 MndHom 𝑀))
6156, 59, 60sylancl 598 . 2 (𝜑 → (𝐻 GrpHom 𝑀) = (𝐻 MndHom 𝑀))
6254, 61eleqtrrd 2863 1 (𝜑 → (𝑋 ↾ 𝑈) ∈ (𝐻 GrpHom 𝑀))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2145   ≠ wne 2955  ∀wral 3076   ∖ cdif 3895   ⊆ wss 3898  {csn 4583  dom cdm 5647  ran crn 5648   ↾ cres 5649   “ cima 5650  Fun wfun 6521  ⟶wf 6523  ‘cfv 6527  (class class class)co 7408  ℂcc 11170  0cc0 11172  ℕcn 12305  ℕ0cn0 12576  Basecbs 17349   ↾s cress 17370   MndHom cmhm 18938  SubMndcsubmnd 18939  Grpcgrp 19106   GrpHom cghm 19389  Abelcabl 19957  mulGrpcmgp 20322  Ringcrg 20421  CRingccrg 20422  Unitcui 20547  ℂfldccnfld 21640  ℤ/nℤczn 21770  DChrcdchr 27523
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2732  ax-rep 5231  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7734  ax-cnex 11228  ax-resscn 11229  ax-1cn 11230  ax-icn 11231  ax-addcl 11232  ax-addrcl 11233  ax-mulcl 11234  ax-mulrcl 11235  ax-mulcom 11236  ax-addass 11237  ax-mulass 11238  ax-distr 11239  ax-i2m1 11240  ax-1ne0 11241  ax-1rid 11242  ax-rnegex 11243  ax-rrecex 11244  ax-cnre 11245  ax-pre-lttri 11246  ax-pre-lttrn 11247  ax-pre-ltadd 11248  ax-pre-mulgt0 11249  ax-addf 11251  ax-mulf 11252
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-dif 3901  df-un 3903  df-in 3905  df-ss 3915  df-pss 3918  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4584  df-pr 4586  df-tp 4588  df-op 4590  df-uni 4867  df-int 4907  df-iun 4952  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5542  df-eprel 5547  df-po 5555  df-so 5556  df-fr 5600  df-we 5602  df-xp 5653  df-rel 5654  df-cnv 5655  df-co 5656  df-dm 5657  df-rn 5658  df-res 5659  df-ima 5660  df-pred 6293  df-ord 6354  df-on 6355  df-lim 6356  df-suc 6357  df-iota 6483  df-fun 6529  df-fn 6530  df-f 6531  df-f1 6532  df-fo 6533  df-f1o 6534  df-fv 6535  df-riota 7365  df-ov 7411  df-oprab 7412  df-mpo 7413  df-om 7861  df-1st 7984  df-2nd 7985  df-tpos 8221  df-frecs 8277  df-wrecs 8308  df-recs 8357  df-rdg 8396  df-1o 8454  df-er 8695  df-ec 8697  df-qs 8701  df-map 8827  df-en 8952  df-dom 8953  df-sdom 8954  df-fin 8955  df-sup 9412  df-inf 9413  df-pnf 11317  df-mnf 11318  df-xr 11319  df-ltxr 11320  df-le 11321  df-sub 11515  df-neg 11516  df-div 11944  df-nn 12306  df-2 12375  df-3 12376  df-4 12377  df-5 12378  df-6 12379  df-7 12380  df-8 12381  df-9 12382  df-n0 12577  df-z 12664  df-dec 12785  df-uz 12936  df-fz 13610  df-struct 17287  df-sets 17304  df-slot 17322  df-ndx 17334  df-base 17350  df-ress 17371  df-plusg 17403  df-mulr 17404  df-starv 17405  df-sca 17406  df-vsca 17407  df-ip 17408  df-tset 17409  df-ple 17410  df-ds 17412  df-unif 17413  df-0g 17574  df-imas 17642  df-qus 17643  df-mgm 18778  df-sgrp 18870  df-mnd 18886  df-mhm 18940  df-submnd 18941  df-grp 19109  df-minusg 19110  df-sbg 19111  df-subg 19295  df-nsg 19296  df-eqg 19297  df-ghm 19390  df-cmn 19958  df-abl 19959  df-mgp 20323  df-rng 20337  df-ur 20370  df-ring 20423  df-cring 20424  df-oppr 20529  df-dvdsr 20549  df-unit 20550  df-invr 20580  df-dvr 20593  df-subrng 20760  df-subrg 20784  df-drng 20944  df-lmod 21099  df-lss 21169  df-lsp 21209  df-sra 21410  df-rgmod 21411  df-lidl 21448  df-rsp 21449  df-2idl 21505  df-cnfld 21641  df-zring 21715  df-zn 21774  df-dchr 27524
This theorem is used by:  dchrabs  27551  sum2dchr  27565
  Copyright terms: Public domain W3C validator