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

Theorem dchrghm 27613
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 27598 . . . . 5 𝐷 ⊆ ((mulGrp‘𝑍) MndHom (mulGrp‘ℂfld))
5 dchrghm.x . . . . 5 (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝐷)
64, 5sselid 3911 . . . 4 (𝜑 → 𝑋 ∈ ((mulGrp‘𝑍) MndHom (mulGrp‘ℂfld)))
71, 3dchrrcl 27597 . . . . . . . . 9 (𝑋 ∈ 𝐷 → 𝑁 ∈ ℕ)
85, 7syl 18 . . . . . . . 8 (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
98nnnn0d 12694 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ0)
102zncrng 21880 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ0 → 𝑍 ∈ CRing)
119, 10syl 18 . . . . . 6 (𝜑 → 𝑍 ∈ CRing)
12 crngring 20502 . . . . . 6 (𝑍 ∈ CRing → 𝑍 ∈ Ring)
1311, 12syl 18 . . . . 5 (𝜑 → 𝑍 ∈ Ring)
14 dchrghm.u . . . . . 6 𝑈 = (Unit‘𝑍)
15 eqid 2763 . . . . . 6 (mulGrp‘𝑍) = (mulGrp‘𝑍)
1614, 15unitsubm 20646 . . . . 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 19045 . . . 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 21730 . . . . 5 ℂfld ∈ Ring
22 cnfldbas 21712 . . . . . . 7 ℂ = (Base‘ℂfld)
23 cnfld0 21732 . . . . . . 7 0 = (0g‘ℂfld)
24 cndrng 21737 . . . . . . 7 ℂfld ∈ DivRing
2522, 23, 24drngui 21016 . . . . . 6 (ℂ ∖ {0}) = (Unit‘ℂfld)
26 eqid 2763 . . . . . 6 (mulGrp‘ℂfld) = (mulGrp‘ℂfld)
2725, 26unitsubm 20646 . . . . 5 (ℂfld ∈ Ring → (ℂ ∖ {0}) ∈ (SubMnd‘(mulGrp‘ℂfld)))
2821, 27ax-mp 5 . . . 4 (ℂ ∖ {0}) ∈ (SubMnd‘(mulGrp‘ℂfld))
29 df-ima 5668 . . . . 5 (𝑋 “ 𝑈) = ran (𝑋 ↾ 𝑈)
30 eqid 2763 . . . . . . . . . 10 (Base‘𝑍) = (Base‘𝑍)
311, 2, 3, 30, 5dchrf 27599 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 𝑋:(Base‘𝑍)⟶ℂ)
3230, 14unitss 20636 . . . . . . . . . 10 𝑈 ⊆ (Base‘𝑍)
3332sseli 3909 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ 𝑈 → 𝑥 ∈ (Base‘𝑍))
34 ffvelcdm 7105 . . . . . . . . 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 27607 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑈) → ((𝑋‘𝑥) ≠ 0 ↔ 𝑥 ∈ 𝑈))
4036, 39mpbird 260 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑈) → (𝑋‘𝑥) ≠ 0)
41 eldifsn 4748 . . . . . . . 8 ((𝑋‘𝑥) ∈ (ℂ ∖ {0}) ↔ ((𝑋‘𝑥) ∈ ℂ ∧ (𝑋‘𝑥) ≠ 0))
4235, 40, 41sylanbrc 595 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑈) → (𝑋‘𝑥) ∈ (ℂ ∖ {0}))
4342ralrimiva 3158 . . . . . 6 (𝜑 → ∀𝑥 ∈ 𝑈 (𝑋‘𝑥) ∈ (ℂ ∖ {0}))
4431ffund 6736 . . . . . . 7 (𝜑 → Fun 𝑋)
4531fdmd 6742 . . . . . . . 8 (𝜑 → dom 𝑋 = (Base‘𝑍))
4632, 45sseqtrrid 3956 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝑈 ⊆ dom 𝑋)
47 funimass4 6972 . . . . . . 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 3952 . . . 4 (𝜑 → ran (𝑋 ↾ 𝑈) ⊆ (ℂ ∖ {0}))
51 dchrghm.m . . . . 5 𝑀 = ((mulGrp‘ℂfld) ↾s (ℂ ∖ {0}))
5251resmhm2b 19047 . . . 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 20643 . . . 4 (𝑍 ∈ Ring → 𝐻 ∈ Grp)
5613, 55syl 18 . . 3 (𝜑 → 𝐻 ∈ Grp)
5751cnmgpabl 21764 . . . 4 𝑀 ∈ Abel
58 ablgrp 20029 . . . 4 (𝑀 ∈ Abel → 𝑀 ∈ Grp)
5957, 58ax-mp 5 . . 3 𝑀 ∈ Grp
60 ghmmhmb 19470 . . 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 2867 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 2147   ≠ wne 2959  ∀wral 3080   ⊆ wss 3900   ∖ cdif 4048  {csn 4588  dom cdm 5655  ran crn 5656   ↾ cres 5657   “ cima 5658  Fun wfun 6552  ⟶wf 6554  ‘cfv 6558  (class class class)co 7443  ℂcc 11225  0cc0 11227  ℕcn 12362  ℕ0cn0 12633  Basecbs 17416   ↾s cress 17437   MndHom cmhm 19005  SubMndcsubmnd 19006  Grpcgrp 19173   GrpHom cghm 19456  Abelcabl 20025  mulGrpcmgp 20390  Ringcrg 20489  CRingccrg 20490  Unitcui 20615  ℂfldccnfld 21708  ℤ/nℤczn 21838  DChrcdchr 27589
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 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5235  ax-sep 5252  ax-nul 5263  ax-pow 5331  ax-pr 5395  ax-un 7775  ax-cnex 11283  ax-resscn 11284  ax-1cn 11285  ax-icn 11286  ax-addcl 11287  ax-addrcl 11288  ax-mulcl 11289  ax-mulrcl 11290  ax-mulcom 11291  ax-addass 11292  ax-mulass 11293  ax-distr 11294  ax-i2m1 11295  ax-1ne0 11296  ax-1rid 11297  ax-rnegex 11298  ax-rrecex 11299  ax-cnre 11300  ax-pre-lttri 11301  ax-pre-lttrn 11302  ax-pre-ltadd 11303  ax-pre-mulgt0 11304  ax-addf 11306  ax-mulf 11307
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 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-tp 4593  df-op 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-br 5107  df-opab 5171  df-mpt 5190  df-tr 5216  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6322  df-ord 6383  df-on 6384  df-lim 6385  df-suc 6386  df-iota 6512  df-fun 6560  df-fn 6561  df-f 6562  df-f1 6563  df-fo 6564  df-f1o 6565  df-fv 6566  df-riota 7400  df-ov 7446  df-oprab 7447  df-mpo 7448  df-om 7902  df-1st 8025  df-2nd 8026  df-tpos 8271  df-frecs 8327  df-wrecs 8358  df-recs 8407  df-rdg 8446  df-1o 8504  df-er 8745  df-ec 8747  df-qs 8751  df-map 8877  df-en 9002  df-dom 9003  df-sdom 9004  df-fin 9005  df-sup 9461  df-inf 9462  df-pnf 11372  df-mnf 11373  df-xr 11374  df-ltxr 11375  df-le 11376  df-sub 11570  df-neg 11571  df-div 12001  df-nn 12363  df-2 12432  df-3 12433  df-4 12434  df-5 12435  df-6 12436  df-7 12437  df-8 12438  df-9 12439  df-n0 12634  df-z 12721  df-dec 12842  df-uz 12993  df-fz 13667  df-struct 17354  df-sets 17371  df-slot 17389  df-ndx 17401  df-base 17417  df-ress 17438  df-plusg 17470  df-mulr 17471  df-starv 17472  df-sca 17473  df-vsca 17474  df-ip 17475  df-tset 17476  df-ple 17477  df-ds 17479  df-unif 17480  df-0g 17641  df-imas 17709  df-qus 17710  df-mgm 18845  df-sgrp 18937  df-mnd 18953  df-mhm 19007  df-submnd 19008  df-grp 19176  df-minusg 19177  df-sbg 19178  df-subg 19362  df-nsg 19363  df-eqg 19364  df-ghm 19457  df-cmn 20026  df-abl 20027  df-mgp 20391  df-rng 20405  df-ur 20438  df-ring 20491  df-cring 20492  df-oppr 20597  df-dvdsr 20617  df-unit 20618  df-invr 20648  df-dvr 20661  df-subrng 20828  df-subrg 20852  df-drng 21012  df-lmod 21167  df-lss 21237  df-lsp 21277  df-sra 21478  df-rgmod 21479  df-lidl 21516  df-rsp 21517  df-2idl 21573  df-cnfld 21709  df-zring 21783  df-zn 21842  df-dchr 27590
This theorem is used by:  dchrabs  27617  sum2dchr  27631
  Copyright terms: Public domain W3C validator