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

Theorem dchrghm 25843
Description: A Dirichlet character restricted to the unit group of ℤ/n 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 (𝜑𝑋𝐷)
Assertion
Ref Expression
dchrghm (𝜑 → (𝑋𝑈) ∈ (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 25828 . . . . 5 𝐷 ⊆ ((mulGrp‘𝑍) MndHom (mulGrp‘ℂfld))
5 dchrghm.x . . . . 5 (𝜑𝑋𝐷)
64, 5sseldi 3916 . . . 4 (𝜑𝑋 ∈ ((mulGrp‘𝑍) MndHom (mulGrp‘ℂfld)))
71, 3dchrrcl 25827 . . . . . . . . 9 (𝑋𝐷𝑁 ∈ ℕ)
85, 7syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
98nnnn0d 11947 . . . . . . 7 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
102zncrng 20239 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ0𝑍 ∈ CRing)
119, 10syl 17 . . . . . 6 (𝜑𝑍 ∈ CRing)
12 crngring 19305 . . . . . 6 (𝑍 ∈ CRing → 𝑍 ∈ Ring)
1311, 12syl 17 . . . . 5 (𝜑𝑍 ∈ Ring)
14 dchrghm.u . . . . . 6 𝑈 = (Unit‘𝑍)
15 eqid 2801 . . . . . 6 (mulGrp‘𝑍) = (mulGrp‘𝑍)
1614, 15unitsubm 19419 . . . . 5 (𝑍 ∈ Ring → 𝑈 ∈ (SubMnd‘(mulGrp‘𝑍)))
1713, 16syl 17 . . . 4 (𝜑𝑈 ∈ (SubMnd‘(mulGrp‘𝑍)))
18 dchrghm.h . . . . 5 𝐻 = ((mulGrp‘𝑍) ↾s 𝑈)
1918resmhm 17980 . . . 4 ((𝑋 ∈ ((mulGrp‘𝑍) MndHom (mulGrp‘ℂfld)) ∧ 𝑈 ∈ (SubMnd‘(mulGrp‘𝑍))) → (𝑋𝑈) ∈ (𝐻 MndHom (mulGrp‘ℂfld)))
206, 17, 19syl2anc 587 . . 3 (𝜑 → (𝑋𝑈) ∈ (𝐻 MndHom (mulGrp‘ℂfld)))
21 cnring 20116 . . . . 5 fld ∈ Ring
22 cnfldbas 20098 . . . . . . 7 ℂ = (Base‘ℂfld)
23 cnfld0 20118 . . . . . . 7 0 = (0g‘ℂfld)
24 cndrng 20123 . . . . . . 7 fld ∈ DivRing
2522, 23, 24drngui 19504 . . . . . 6 (ℂ ∖ {0}) = (Unit‘ℂfld)
26 eqid 2801 . . . . . 6 (mulGrp‘ℂfld) = (mulGrp‘ℂfld)
2725, 26unitsubm 19419 . . . . 5 (ℂfld ∈ Ring → (ℂ ∖ {0}) ∈ (SubMnd‘(mulGrp‘ℂfld)))
2821, 27ax-mp 5 . . . 4 (ℂ ∖ {0}) ∈ (SubMnd‘(mulGrp‘ℂfld))
29 df-ima 5536 . . . . 5 (𝑋𝑈) = ran (𝑋𝑈)
30 eqid 2801 . . . . . . . . . 10 (Base‘𝑍) = (Base‘𝑍)
311, 2, 3, 30, 5dchrf 25829 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑋:(Base‘𝑍)⟶ℂ)
3230, 14unitss 19409 . . . . . . . . . 10 𝑈 ⊆ (Base‘𝑍)
3332sseli 3914 . . . . . . . . 9 (𝑥𝑈𝑥 ∈ (Base‘𝑍))
34 ffvelrn 6830 . . . . . . . . 9 ((𝑋:(Base‘𝑍)⟶ℂ ∧ 𝑥 ∈ (Base‘𝑍)) → (𝑋𝑥) ∈ ℂ)
3531, 33, 34syl2an 598 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑥𝑈) → (𝑋𝑥) ∈ ℂ)
36 simpr 488 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑥𝑈) → 𝑥𝑈)
375adantr 484 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑥𝑈) → 𝑋𝐷)
3833adantl 485 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑥𝑈) → 𝑥 ∈ (Base‘𝑍))
391, 2, 3, 30, 14, 37, 38dchrn0 25837 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑥𝑈) → ((𝑋𝑥) ≠ 0 ↔ 𝑥𝑈))
4036, 39mpbird 260 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑥𝑈) → (𝑋𝑥) ≠ 0)
41 eldifsn 4683 . . . . . . . 8 ((𝑋𝑥) ∈ (ℂ ∖ {0}) ↔ ((𝑋𝑥) ∈ ℂ ∧ (𝑋𝑥) ≠ 0))
4235, 40, 41sylanbrc 586 . . . . . . 7 ((𝜑𝑥𝑈) → (𝑋𝑥) ∈ (ℂ ∖ {0}))
4342ralrimiva 3152 . . . . . 6 (𝜑 → ∀𝑥𝑈 (𝑋𝑥) ∈ (ℂ ∖ {0}))
4431ffund 6495 . . . . . . 7 (𝜑 → Fun 𝑋)
4531fdmd 6501 . . . . . . . 8 (𝜑 → dom 𝑋 = (Base‘𝑍))
4632, 45sseqtrrid 3971 . . . . . . 7 (𝜑𝑈 ⊆ dom 𝑋)
47 funimass4 6709 . . . . . . 7 ((Fun 𝑋𝑈 ⊆ dom 𝑋) → ((𝑋𝑈) ⊆ (ℂ ∖ {0}) ↔ ∀𝑥𝑈 (𝑋𝑥) ∈ (ℂ ∖ {0})))
4844, 46, 47syl2anc 587 . . . . . 6 (𝜑 → ((𝑋𝑈) ⊆ (ℂ ∖ {0}) ↔ ∀𝑥𝑈 (𝑋𝑥) ∈ (ℂ ∖ {0})))
4943, 48mpbird 260 . . . . 5 (𝜑 → (𝑋𝑈) ⊆ (ℂ ∖ {0}))
5029, 49eqsstrrid 3967 . . . 4 (𝜑 → ran (𝑋𝑈) ⊆ (ℂ ∖ {0}))
51 dchrghm.m . . . . 5 𝑀 = ((mulGrp‘ℂfld) ↾s (ℂ ∖ {0}))
5251resmhm2b 17982 . . . 4 (((ℂ ∖ {0}) ∈ (SubMnd‘(mulGrp‘ℂfld)) ∧ ran (𝑋𝑈) ⊆ (ℂ ∖ {0})) → ((𝑋𝑈) ∈ (𝐻 MndHom (mulGrp‘ℂfld)) ↔ (𝑋𝑈) ∈ (𝐻 MndHom 𝑀)))
5328, 50, 52sylancr 590 . . 3 (𝜑 → ((𝑋𝑈) ∈ (𝐻 MndHom (mulGrp‘ℂfld)) ↔ (𝑋𝑈) ∈ (𝐻 MndHom 𝑀)))
5420, 53mpbid 235 . 2 (𝜑 → (𝑋𝑈) ∈ (𝐻 MndHom 𝑀))
5514, 18unitgrp 19416 . . . 4 (𝑍 ∈ Ring → 𝐻 ∈ Grp)
5613, 55syl 17 . . 3 (𝜑𝐻 ∈ Grp)
5751cnmgpabl 20155 . . . 4 𝑀 ∈ Abel
58 ablgrp 18906 . . . 4 (𝑀 ∈ Abel → 𝑀 ∈ Grp)
5957, 58ax-mp 5 . . 3 𝑀 ∈ Grp
60 ghmmhmb 18364 . . 3 ((𝐻 ∈ Grp ∧ 𝑀 ∈ Grp) → (𝐻 GrpHom 𝑀) = (𝐻 MndHom 𝑀))
6156, 59, 60sylancl 589 . 2 (𝜑 → (𝐻 GrpHom 𝑀) = (𝐻 MndHom 𝑀))
6254, 61eleqtrrd 2896 1 (𝜑 → (𝑋𝑈) ∈ (𝐻 GrpHom 𝑀))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 209  wa 399   = wceq 1538  wcel 2112  wne 2990  wral 3109  cdif 3881  wss 3884  {csn 4528  dom cdm 5523  ran crn 5524  cres 5525  cima 5526  Fun wfun 6322  wf 6324  cfv 6328  (class class class)co 7139  cc 10528  0cc0 10530  cn 11629  0cn0 11889  Basecbs 16478  s cress 16479   MndHom cmhm 17949  SubMndcsubmnd 17950  Grpcgrp 18098   GrpHom cghm 18350  Abelcabl 18902  mulGrpcmgp 19235  Ringcrg 19293  CRingccrg 19294  Unitcui 19388  fldccnfld 20094  ℤ/nczn 20199  DChrcdchr 25819
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2114  ax-9 2122  ax-10 2143  ax-11 2159  ax-12 2176  ax-ext 2773  ax-rep 5157  ax-sep 5170  ax-nul 5177  ax-pow 5234  ax-pr 5298  ax-un 7445  ax-cnex 10586  ax-resscn 10587  ax-1cn 10588  ax-icn 10589  ax-addcl 10590  ax-addrcl 10591  ax-mulcl 10592  ax-mulrcl 10593  ax-mulcom 10594  ax-addass 10595  ax-mulass 10596  ax-distr 10597  ax-i2m1 10598  ax-1ne0 10599  ax-1rid 10600  ax-rnegex 10601  ax-rrecex 10602  ax-cnre 10603  ax-pre-lttri 10604  ax-pre-lttrn 10605  ax-pre-ltadd 10606  ax-pre-mulgt0 10607  ax-addf 10609  ax-mulf 10610
This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2070  df-mo 2601  df-eu 2632  df-clab 2780  df-cleq 2794  df-clel 2873  df-nfc 2941  df-ne 2991  df-nel 3095  df-ral 3114  df-rex 3115  df-reu 3116  df-rmo 3117  df-rab 3118  df-v 3446  df-sbc 3724  df-csb 3832  df-dif 3887  df-un 3889  df-in 3891  df-ss 3901  df-pss 3903  df-nul 4247  df-if 4429  df-pw 4502  df-sn 4529  df-pr 4531  df-tp 4533  df-op 4535  df-uni 4804  df-int 4842  df-iun 4886  df-br 5034  df-opab 5096  df-mpt 5114  df-tr 5140  df-id 5428  df-eprel 5433  df-po 5442  df-so 5443  df-fr 5482  df-we 5484  df-xp 5529  df-rel 5530  df-cnv 5531  df-co 5532  df-dm 5533  df-rn 5534  df-res 5535  df-ima 5536  df-pred 6120  df-ord 6166  df-on 6167  df-lim 6168  df-suc 6169  df-iota 6287  df-fun 6330  df-fn 6331  df-f 6332  df-f1 6333  df-fo 6334  df-f1o 6335  df-fv 6336  df-riota 7097  df-ov 7142  df-oprab 7143  df-mpo 7144  df-om 7565  df-1st 7675  df-2nd 7676  df-tpos 7879  df-wrecs 7934  df-recs 7995  df-rdg 8033  df-1o 8089  df-oadd 8093  df-er 8276  df-ec 8278  df-qs 8282  df-map 8395  df-en 8497  df-dom 8498  df-sdom 8499  df-fin 8500  df-sup 8894  df-inf 8895  df-pnf 10670  df-mnf 10671  df-xr 10672  df-ltxr 10673  df-le 10674  df-sub 10865  df-neg 10866  df-div 11291  df-nn 11630  df-2 11692  df-3 11693  df-4 11694  df-5 11695  df-6 11696  df-7 11697  df-8 11698  df-9 11699  df-n0 11890  df-z 11974  df-dec 12091  df-uz 12236  df-fz 12890  df-struct 16480  df-ndx 16481  df-slot 16482  df-base 16484  df-sets 16485  df-ress 16486  df-plusg 16573  df-mulr 16574  df-starv 16575  df-sca 16576  df-vsca 16577  df-ip 16578  df-tset 16579  df-ple 16580  df-ds 16582  df-unif 16583  df-0g 16710  df-imas 16776  df-qus 16777  df-mgm 17847  df-sgrp 17896  df-mnd 17907  df-mhm 17951  df-submnd 17952  df-grp 18101  df-minusg 18102  df-sbg 18103  df-subg 18271  df-nsg 18272  df-eqg 18273  df-ghm 18351  df-cmn 18903  df-abl 18904  df-mgp 19236  df-ur 19248  df-ring 19295  df-cring 19296  df-oppr 19372  df-dvdsr 19390  df-unit 19391  df-invr 19421  df-dvr 19432  df-drng 19500  df-subrg 19529  df-lmod 19632  df-lss 19700  df-lsp 19740  df-sra 19940  df-rgmod 19941  df-lidl 19942  df-rsp 19943  df-2idl 20001  df-cnfld 20095  df-zring 20167  df-zn 20203  df-dchr 25820
This theorem is referenced by:  dchrabs  25847  sum2dchr  25861
  Copyright terms: Public domain W3C validator