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

Theorem dchrghm 27584
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 27569 . . . . 5 𝐷 ⊆ ((mulGrp‘𝑍) MndHom (mulGrp‘ℂfld))
5 dchrghm.x . . . . 5 (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝐷)
64, 5sselid 3906 . . . 4 (𝜑 → 𝑋 ∈ ((mulGrp‘𝑍) MndHom (mulGrp‘ℂfld)))
71, 3dchrrcl 27568 . . . . . . . . 9 (𝑋 ∈ 𝐷 → 𝑁 ∈ ℕ)
85, 7syl 18 . . . . . . . 8 (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
98nnnn0d 12668 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ0)
102zncrng 21851 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ0 → 𝑍 ∈ CRing)
119, 10syl 18 . . . . . 6 (𝜑 → 𝑍 ∈ CRing)
12 crngring 20473 . . . . . 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 20617 . . . . 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 19017 . . . 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 21701 . . . . 5 ℂfld ∈ Ring
22 cnfldbas 21683 . . . . . . 7 ℂ = (Base‘ℂfld)
23 cnfld0 21703 . . . . . . 7 0 = (0g‘ℂfld)
24 cndrng 21708 . . . . . . 7 ℂfld ∈ DivRing
2522, 23, 24drngui 20987 . . . . . 6 (ℂ ∖ {0}) = (Unit‘ℂfld)
26 eqid 2760 . . . . . 6 (mulGrp‘ℂfld) = (mulGrp‘ℂfld)
2725, 26unitsubm 20617 . . . . 5 (ℂfld ∈ Ring → (ℂ ∖ {0}) ∈ (SubMnd‘(mulGrp‘ℂfld)))
2821, 27ax-mp 5 . . . 4 (ℂ ∖ {0}) ∈ (SubMnd‘(mulGrp‘ℂfld))
29 df-ima 5663 . . . . 5 (𝑋 “ 𝑈) = ran (𝑋 ↾ 𝑈)
30 eqid 2760 . . . . . . . . . 10 (Base‘𝑍) = (Base‘𝑍)
311, 2, 3, 30, 5dchrf 27570 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 𝑋:(Base‘𝑍)⟶ℂ)
3230, 14unitss 20607 . . . . . . . . . 10 𝑈 ⊆ (Base‘𝑍)
3332sseli 3904 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ 𝑈 → 𝑥 ∈ (Base‘𝑍))
34 ffvelcdm 7081 . . . . . . . . 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 27578 . . . . . . . . 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 6714 . . . . . . 7 (𝜑 → Fun 𝑋)
4531fdmd 6720 . . . . . . . 8 (𝜑 → dom 𝑋 = (Base‘𝑍))
4632, 45sseqtrrid 3951 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝑈 ⊆ dom 𝑋)
47 funimass4 6949 . . . . . . 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 3947 . . . 4 (𝜑 → ran (𝑋 ↾ 𝑈) ⊆ (ℂ ∖ {0}))
51 dchrghm.m . . . . 5 𝑀 = ((mulGrp‘ℂfld) ↾s (ℂ ∖ {0}))
5251resmhm2b 19019 . . . 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 20614 . . . 4 (𝑍 ∈ Ring → 𝐻 ∈ Grp)
5613, 55syl 18 . . 3 (𝜑 → 𝐻 ∈ Grp)
5751cnmgpabl 21735 . . . 4 𝑀 ∈ Abel
58 ablgrp 20000 . . . 4 (𝑀 ∈ Abel → 𝑀 ∈ Grp)
5957, 58ax-mp 5 . . 3 𝑀 ∈ Grp
60 ghmmhmb 19442 . . 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 1569   ∈ wcel 2144   ≠ wne 2955  ∀wral 3076   ⊆ wss 3895   ∖ cdif 4045  {csn 4583  dom cdm 5650  ran crn 5651   ↾ cres 5652   “ cima 5653  Fun wfun 6532  ⟶wf 6534  ‘cfv 6538  (class class class)co 7420  ℂcc 11199  0cc0 11201  ℕcn 12336  ℕ0cn0 12607  Basecbs 17388   ↾s cress 17409   MndHom cmhm 18977  SubMndcsubmnd 18978  Grpcgrp 19145   GrpHom cghm 19428  Abelcabl 19996  mulGrpcmgp 20361  Ringcrg 20460  CRingccrg 20461  Unitcui 20586  ℂfldccnfld 21679  ℤ/nℤczn 21809  DChrcdchr 27560
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-rep 5231  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7751  ax-cnex 11257  ax-resscn 11258  ax-1cn 11259  ax-icn 11260  ax-addcl 11261  ax-addrcl 11262  ax-mulcl 11263  ax-mulrcl 11264  ax-mulcom 11265  ax-addass 11266  ax-mulass 11267  ax-distr 11268  ax-i2m1 11269  ax-1ne0 11270  ax-1rid 11271  ax-rnegex 11272  ax-rrecex 11273  ax-cnre 11274  ax-pre-lttri 11275  ax-pre-lttrn 11276  ax-pre-ltadd 11277  ax-pre-mulgt0 11278  ax-addf 11280  ax-mulf 11281
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  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-ss 3896  df-pss 4014  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  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 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-we 5605  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-riota 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-om 7878  df-1st 8001  df-2nd 8002  df-tpos 8244  df-frecs 8300  df-wrecs 8331  df-recs 8380  df-rdg 8419  df-1o 8477  df-er 8718  df-ec 8720  df-qs 8724  df-map 8850  df-en 8975  df-dom 8976  df-sdom 8977  df-fin 8978  df-sup 9435  df-inf 9436  df-pnf 11346  df-mnf 11347  df-xr 11348  df-ltxr 11349  df-le 11350  df-sub 11544  df-neg 11545  df-div 11975  df-nn 12337  df-2 12406  df-3 12407  df-4 12408  df-5 12409  df-6 12410  df-7 12411  df-8 12412  df-9 12413  df-n0 12608  df-z 12695  df-dec 12816  df-uz 12967  df-fz 13641  df-struct 17326  df-sets 17343  df-slot 17361  df-ndx 17373  df-base 17389  df-ress 17410  df-plusg 17442  df-mulr 17443  df-starv 17444  df-sca 17445  df-vsca 17446  df-ip 17447  df-tset 17448  df-ple 17449  df-ds 17451  df-unif 17452  df-0g 17613  df-imas 17681  df-qus 17682  df-mgm 18817  df-sgrp 18909  df-mnd 18925  df-mhm 18979  df-submnd 18980  df-grp 19148  df-minusg 19149  df-sbg 19150  df-subg 19334  df-nsg 19335  df-eqg 19336  df-ghm 19429  df-cmn 19997  df-abl 19998  df-mgp 20362  df-rng 20376  df-ur 20409  df-ring 20462  df-cring 20463  df-oppr 20568  df-dvdsr 20588  df-unit 20589  df-invr 20619  df-dvr 20632  df-subrng 20799  df-subrg 20823  df-drng 20983  df-lmod 21138  df-lss 21208  df-lsp 21248  df-sra 21449  df-rgmod 21450  df-lidl 21487  df-rsp 21488  df-2idl 21544  df-cnfld 21680  df-zring 21754  df-zn 21813  df-dchr 27561
This theorem is used by:  dchrabs  27588  sum2dchr  27602
  Copyright terms: Public domain W3C validator