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

Theorem dchrinvcl 25762
Description: Closure of the group inverse operation on Dirichlet characters. (Contributed by Mario Carneiro, 19-Apr-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
dchrmhm.g 𝐺 = (DChr‘𝑁)
dchrmhm.z 𝑍 = (ℤ/nℤ‘𝑁)
dchrmhm.b 𝐷 = (Base‘𝐺)
dchrn0.b 𝐵 = (Base‘𝑍)
dchrn0.u 𝑈 = (Unit‘𝑍)
dchr1cl.o 1 = (𝑘𝐵 ↦ if(𝑘𝑈, 1, 0))
dchrmulid2.t · = (+g𝐺)
dchrmulid2.x (𝜑𝑋𝐷)
dchrinvcl.n 𝐾 = (𝑘𝐵 ↦ if(𝑘𝑈, (1 / (𝑋𝑘)), 0))
Assertion
Ref Expression
dchrinvcl (𝜑 → (𝐾𝐷 ∧ (𝐾 · 𝑋) = 1 ))
Distinct variable groups:   𝐵,𝑘   𝑈,𝑘   𝑘,𝑁   𝜑,𝑘   𝑘,𝑋   𝑘,𝑍
Allowed substitution hints:   𝐷(𝑘)   · (𝑘)   1 (𝑘)   𝐺(𝑘)   𝐾(𝑘)

Proof of Theorem dchrinvcl
Dummy variables 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 dchrinvcl.n . . 3 𝐾 = (𝑘𝐵 ↦ if(𝑘𝑈, (1 / (𝑋𝑘)), 0))
2 dchrmhm.g . . . 4 𝐺 = (DChr‘𝑁)
3 dchrmhm.z . . . 4 𝑍 = (ℤ/nℤ‘𝑁)
4 dchrn0.b . . . 4 𝐵 = (Base‘𝑍)
5 dchrn0.u . . . 4 𝑈 = (Unit‘𝑍)
6 dchrmulid2.x . . . . 5 (𝜑𝑋𝐷)
7 dchrmhm.b . . . . . 6 𝐷 = (Base‘𝐺)
82, 7dchrrcl 25749 . . . . 5 (𝑋𝐷𝑁 ∈ ℕ)
96, 8syl 17 . . . 4 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
10 fveq2 6669 . . . . 5 (𝑘 = 𝑥 → (𝑋𝑘) = (𝑋𝑥))
1110oveq2d 7166 . . . 4 (𝑘 = 𝑥 → (1 / (𝑋𝑘)) = (1 / (𝑋𝑥)))
12 fveq2 6669 . . . . 5 (𝑘 = 𝑦 → (𝑋𝑘) = (𝑋𝑦))
1312oveq2d 7166 . . . 4 (𝑘 = 𝑦 → (1 / (𝑋𝑘)) = (1 / (𝑋𝑦)))
14 fveq2 6669 . . . . 5 (𝑘 = (𝑥(.r𝑍)𝑦) → (𝑋𝑘) = (𝑋‘(𝑥(.r𝑍)𝑦)))
1514oveq2d 7166 . . . 4 (𝑘 = (𝑥(.r𝑍)𝑦) → (1 / (𝑋𝑘)) = (1 / (𝑋‘(𝑥(.r𝑍)𝑦))))
16 fveq2 6669 . . . . 5 (𝑘 = (1r𝑍) → (𝑋𝑘) = (𝑋‘(1r𝑍)))
1716oveq2d 7166 . . . 4 (𝑘 = (1r𝑍) → (1 / (𝑋𝑘)) = (1 / (𝑋‘(1r𝑍))))
182, 3, 7, 4, 6dchrf 25751 . . . . . 6 (𝜑𝑋:𝐵⟶ℂ)
194, 5unitss 19346 . . . . . . 7 𝑈𝐵
2019sseli 3967 . . . . . 6 (𝑘𝑈𝑘𝐵)
21 ffvelrn 6847 . . . . . 6 ((𝑋:𝐵⟶ℂ ∧ 𝑘𝐵) → (𝑋𝑘) ∈ ℂ)
2218, 20, 21syl2an 595 . . . . 5 ((𝜑𝑘𝑈) → (𝑋𝑘) ∈ ℂ)
23 simpr 485 . . . . . 6 ((𝜑𝑘𝑈) → 𝑘𝑈)
246adantr 481 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘𝑈) → 𝑋𝐷)
2520adantl 482 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘𝑈) → 𝑘𝐵)
262, 3, 7, 4, 5, 24, 25dchrn0 25759 . . . . . 6 ((𝜑𝑘𝑈) → ((𝑋𝑘) ≠ 0 ↔ 𝑘𝑈))
2723, 26mpbird 258 . . . . 5 ((𝜑𝑘𝑈) → (𝑋𝑘) ≠ 0)
2822, 27reccld 11403 . . . 4 ((𝜑𝑘𝑈) → (1 / (𝑋𝑘)) ∈ ℂ)
29 1t1e1 11793 . . . . . . . 8 (1 · 1) = 1
3029eqcomi 2835 . . . . . . 7 1 = (1 · 1)
3130a1i 11 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → 1 = (1 · 1))
322, 3, 7dchrmhm 25750 . . . . . . . 8 𝐷 ⊆ ((mulGrp‘𝑍) MndHom (mulGrp‘ℂfld))
336adantr 481 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → 𝑋𝐷)
3432, 33sseldi 3969 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → 𝑋 ∈ ((mulGrp‘𝑍) MndHom (mulGrp‘ℂfld)))
35 simprl 767 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → 𝑥𝑈)
3619, 35sseldi 3969 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → 𝑥𝐵)
37 simprr 769 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → 𝑦𝑈)
3819, 37sseldi 3969 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → 𝑦𝐵)
39 eqid 2826 . . . . . . . . 9 (mulGrp‘𝑍) = (mulGrp‘𝑍)
4039, 4mgpbas 19181 . . . . . . . 8 𝐵 = (Base‘(mulGrp‘𝑍))
41 eqid 2826 . . . . . . . . 9 (.r𝑍) = (.r𝑍)
4239, 41mgpplusg 19179 . . . . . . . 8 (.r𝑍) = (+g‘(mulGrp‘𝑍))
43 eqid 2826 . . . . . . . . 9 (mulGrp‘ℂfld) = (mulGrp‘ℂfld)
44 cnfldmul 20486 . . . . . . . . 9 · = (.r‘ℂfld)
4543, 44mgpplusg 19179 . . . . . . . 8 · = (+g‘(mulGrp‘ℂfld))
4640, 42, 45mhmlin 17958 . . . . . . 7 ((𝑋 ∈ ((mulGrp‘𝑍) MndHom (mulGrp‘ℂfld)) ∧ 𝑥𝐵𝑦𝐵) → (𝑋‘(𝑥(.r𝑍)𝑦)) = ((𝑋𝑥) · (𝑋𝑦)))
4734, 36, 38, 46syl3anc 1365 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → (𝑋‘(𝑥(.r𝑍)𝑦)) = ((𝑋𝑥) · (𝑋𝑦)))
4831, 47oveq12d 7168 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → (1 / (𝑋‘(𝑥(.r𝑍)𝑦))) = ((1 · 1) / ((𝑋𝑥) · (𝑋𝑦))))
49 1cnd 10630 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → 1 ∈ ℂ)
5018adantr 481 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → 𝑋:𝐵⟶ℂ)
5150, 36ffvelrnd 6850 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → (𝑋𝑥) ∈ ℂ)
5250, 38ffvelrnd 6850 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → (𝑋𝑦) ∈ ℂ)
532, 3, 7, 4, 5, 33, 36dchrn0 25759 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → ((𝑋𝑥) ≠ 0 ↔ 𝑥𝑈))
5435, 53mpbird 258 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → (𝑋𝑥) ≠ 0)
552, 3, 7, 4, 5, 33, 38dchrn0 25759 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → ((𝑋𝑦) ≠ 0 ↔ 𝑦𝑈))
5637, 55mpbird 258 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → (𝑋𝑦) ≠ 0)
5749, 51, 49, 52, 54, 56divmuldivd 11451 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → ((1 / (𝑋𝑥)) · (1 / (𝑋𝑦))) = ((1 · 1) / ((𝑋𝑥) · (𝑋𝑦))))
5848, 57eqtr4d 2864 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → (1 / (𝑋‘(𝑥(.r𝑍)𝑦))) = ((1 / (𝑋𝑥)) · (1 / (𝑋𝑦))))
5932, 6sseldi 3969 . . . . . . 7 (𝜑𝑋 ∈ ((mulGrp‘𝑍) MndHom (mulGrp‘ℂfld)))
60 eqid 2826 . . . . . . . . 9 (1r𝑍) = (1r𝑍)
6139, 60ringidval 19189 . . . . . . . 8 (1r𝑍) = (0g‘(mulGrp‘𝑍))
62 cnfld1 20505 . . . . . . . . 9 1 = (1r‘ℂfld)
6343, 62ringidval 19189 . . . . . . . 8 1 = (0g‘(mulGrp‘ℂfld))
6461, 63mhm0 17959 . . . . . . 7 (𝑋 ∈ ((mulGrp‘𝑍) MndHom (mulGrp‘ℂfld)) → (𝑋‘(1r𝑍)) = 1)
6559, 64syl 17 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑋‘(1r𝑍)) = 1)
6665oveq2d 7166 . . . . 5 (𝜑 → (1 / (𝑋‘(1r𝑍))) = (1 / 1))
67 1div1e1 11324 . . . . 5 (1 / 1) = 1
6866, 67syl6eq 2877 . . . 4 (𝜑 → (1 / (𝑋‘(1r𝑍))) = 1)
692, 3, 4, 5, 9, 7, 11, 13, 15, 17, 28, 58, 68dchrelbasd 25748 . . 3 (𝜑 → (𝑘𝐵 ↦ if(𝑘𝑈, (1 / (𝑋𝑘)), 0)) ∈ 𝐷)
701, 69eqeltrid 2922 . 2 (𝜑𝐾𝐷)
71 dchrmulid2.t . . . 4 · = (+g𝐺)
722, 3, 7, 71, 70, 6dchrmul 25757 . . 3 (𝜑 → (𝐾 · 𝑋) = (𝐾f · 𝑋))
734fvexi 6683 . . . . . 6 𝐵 ∈ V
7473a1i 11 . . . . 5 (𝜑𝐵 ∈ V)
75 ovex 7183 . . . . . . 7 (1 / (𝑋𝑘)) ∈ V
76 c0ex 10629 . . . . . . 7 0 ∈ V
7775, 76ifex 4518 . . . . . 6 if(𝑘𝑈, (1 / (𝑋𝑘)), 0) ∈ V
7877a1i 11 . . . . 5 ((𝜑𝑘𝐵) → if(𝑘𝑈, (1 / (𝑋𝑘)), 0) ∈ V)
7918ffvelrnda 6849 . . . . 5 ((𝜑𝑘𝐵) → (𝑋𝑘) ∈ ℂ)
801a1i 11 . . . . 5 (𝜑𝐾 = (𝑘𝐵 ↦ if(𝑘𝑈, (1 / (𝑋𝑘)), 0)))
8118feqmptd 6732 . . . . 5 (𝜑𝑋 = (𝑘𝐵 ↦ (𝑋𝑘)))
8274, 78, 79, 80, 81offval2 7420 . . . 4 (𝜑 → (𝐾f · 𝑋) = (𝑘𝐵 ↦ (if(𝑘𝑈, (1 / (𝑋𝑘)), 0) · (𝑋𝑘))))
83 ovif 7245 . . . . . . 7 (if(𝑘𝑈, (1 / (𝑋𝑘)), 0) · (𝑋𝑘)) = if(𝑘𝑈, ((1 / (𝑋𝑘)) · (𝑋𝑘)), (0 · (𝑋𝑘)))
8479adantr 481 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑘𝐵) ∧ 𝑘𝑈) → (𝑋𝑘) ∈ ℂ)
856adantr 481 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑘𝐵) → 𝑋𝐷)
86 simpr 485 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑘𝐵) → 𝑘𝐵)
872, 3, 7, 4, 5, 85, 86dchrn0 25759 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑘𝐵) → ((𝑋𝑘) ≠ 0 ↔ 𝑘𝑈))
8887biimpar 478 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑘𝐵) ∧ 𝑘𝑈) → (𝑋𝑘) ≠ 0)
8984, 88recid2d 11406 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑘𝐵) ∧ 𝑘𝑈) → ((1 / (𝑋𝑘)) · (𝑋𝑘)) = 1)
9089ifeq1da 4500 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑘𝐵) → if(𝑘𝑈, ((1 / (𝑋𝑘)) · (𝑋𝑘)), (0 · (𝑋𝑘))) = if(𝑘𝑈, 1, (0 · (𝑋𝑘))))
9179mul02d 10832 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑘𝐵) → (0 · (𝑋𝑘)) = 0)
9291ifeq2d 4489 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑘𝐵) → if(𝑘𝑈, 1, (0 · (𝑋𝑘))) = if(𝑘𝑈, 1, 0))
9390, 92eqtrd 2861 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘𝐵) → if(𝑘𝑈, ((1 / (𝑋𝑘)) · (𝑋𝑘)), (0 · (𝑋𝑘))) = if(𝑘𝑈, 1, 0))
9483, 93syl5eq 2873 . . . . . 6 ((𝜑𝑘𝐵) → (if(𝑘𝑈, (1 / (𝑋𝑘)), 0) · (𝑋𝑘)) = if(𝑘𝑈, 1, 0))
9594mpteq2dva 5158 . . . . 5 (𝜑 → (𝑘𝐵 ↦ (if(𝑘𝑈, (1 / (𝑋𝑘)), 0) · (𝑋𝑘))) = (𝑘𝐵 ↦ if(𝑘𝑈, 1, 0)))
96 dchr1cl.o . . . . 5 1 = (𝑘𝐵 ↦ if(𝑘𝑈, 1, 0))
9795, 96syl6reqr 2880 . . . 4 (𝜑1 = (𝑘𝐵 ↦ (if(𝑘𝑈, (1 / (𝑋𝑘)), 0) · (𝑋𝑘))))
9882, 97eqtr4d 2864 . . 3 (𝜑 → (𝐾f · 𝑋) = 1 )
9972, 98eqtrd 2861 . 2 (𝜑 → (𝐾 · 𝑋) = 1 )
10070, 99jca 512 1 (𝜑 → (𝐾𝐷 ∧ (𝐾 · 𝑋) = 1 ))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 396   = wceq 1530  wcel 2107  wne 3021  Vcvv 3500  ifcif 4470  cmpt 5143  wf 6350  cfv 6354  (class class class)co 7150  f cof 7401  cc 10529  0cc0 10531  1c1 10532   · cmul 10536   / cdiv 11291  cn 11632  Basecbs 16478  +gcplusg 16560  .rcmulr 16561   MndHom cmhm 17949  mulGrpcmgp 19175  1rcur 19187  Unitcui 19325  fldccnfld 20480  ℤ/nczn 20585  DChrcdchr 25741
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1789  ax-4 1803  ax-5 1904  ax-6 1963  ax-7 2008  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2138  ax-11 2153  ax-12 2169  ax-ext 2798  ax-rep 5187  ax-sep 5200  ax-nul 5207  ax-pow 5263  ax-pr 5326  ax-un 7455  ax-cnex 10587  ax-resscn 10588  ax-1cn 10589  ax-icn 10590  ax-addcl 10591  ax-addrcl 10592  ax-mulcl 10593  ax-mulrcl 10594  ax-mulcom 10595  ax-addass 10596  ax-mulass 10597  ax-distr 10598  ax-i2m1 10599  ax-1ne0 10600  ax-1rid 10601  ax-rnegex 10602  ax-rrecex 10603  ax-cnre 10604  ax-pre-lttri 10605  ax-pre-lttrn 10606  ax-pre-ltadd 10607  ax-pre-mulgt0 10608  ax-addf 10610  ax-mulf 10611
This theorem depends on definitions:  df-bi 208  df-an 397  df-or 844  df-3or 1082  df-3an 1083  df-tru 1533  df-ex 1774  df-nf 1778  df-sb 2063  df-mo 2620  df-eu 2652  df-clab 2805  df-cleq 2819  df-clel 2898  df-nfc 2968  df-ne 3022  df-nel 3129  df-ral 3148  df-rex 3149  df-reu 3150  df-rmo 3151  df-rab 3152  df-v 3502  df-sbc 3777  df-csb 3888  df-dif 3943  df-un 3945  df-in 3947  df-ss 3956  df-pss 3958  df-nul 4296  df-if 4471  df-pw 4544  df-sn 4565  df-pr 4567  df-tp 4569  df-op 4571  df-uni 4838  df-int 4875  df-iun 4919  df-br 5064  df-opab 5126  df-mpt 5144  df-tr 5170  df-id 5459  df-eprel 5464  df-po 5473  df-so 5474  df-fr 5513  df-we 5515  df-xp 5560  df-rel 5561  df-cnv 5562  df-co 5563  df-dm 5564  df-rn 5565  df-res 5566  df-ima 5567  df-pred 6147  df-ord 6193  df-on 6194  df-lim 6195  df-suc 6196  df-iota 6313  df-fun 6356  df-fn 6357  df-f 6358  df-f1 6359  df-fo 6360  df-f1o 6361  df-fv 6362  df-riota 7108  df-ov 7153  df-oprab 7154  df-mpo 7155  df-of 7403  df-om 7574  df-1st 7685  df-2nd 7686  df-tpos 7888  df-wrecs 7943  df-recs 8004  df-rdg 8042  df-1o 8098  df-oadd 8102  df-er 8284  df-ec 8286  df-qs 8290  df-map 8403  df-en 8504  df-dom 8505  df-sdom 8506  df-fin 8507  df-sup 8900  df-inf 8901  df-pnf 10671  df-mnf 10672  df-xr 10673  df-ltxr 10674  df-le 10675  df-sub 10866  df-neg 10867  df-div 11292  df-nn 11633  df-2 11694  df-3 11695  df-4 11696  df-5 11697  df-6 11698  df-7 11699  df-8 11700  df-9 11701  df-n0 11892  df-z 11976  df-dec 12093  df-uz 12238  df-fz 12888  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-grp 18051  df-minusg 18052  df-sbg 18053  df-subg 18221  df-nsg 18222  df-eqg 18223  df-cmn 18844  df-abl 18845  df-mgp 19176  df-ur 19188  df-ring 19235  df-cring 19236  df-oppr 19309  df-dvdsr 19327  df-unit 19328  df-invr 19358  df-subrg 19469  df-lmod 19572  df-lss 19640  df-lsp 19680  df-sra 19880  df-rgmod 19881  df-lidl 19882  df-rsp 19883  df-2idl 19940  df-cnfld 20481  df-zring 20553  df-zn 20589  df-dchr 25742
This theorem is referenced by:  dchrabl  25763
  Copyright terms: Public domain W3C validator