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/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 (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  ℂcc 10528  0cc0 10530  ℕcn 11629  ℕ0cn0 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  ℂfldccnfld 20094  ℤ/nℤczn 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