Theorem frlmup3 20370

Description: The range of such an evaluation map is the finite linear combinations of the target vectors and also the span of the target vectors. (Contributed by Stefan O'Rear, 6-Feb-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
frlmup.f	⊢ 𝐹 = (𝑅 freeLMod 𝐼)
frlmup.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝐹)
frlmup.c	⊢ 𝐶 = (Base‘𝑇)
frlmup.v	⊢ · = ( ·𝑠 ‘𝑇)
frlmup.e	⊢ 𝐸 = (𝑥 ∈ 𝐵 ↦ (𝑇 Σg (𝑥 ∘𝑓 · 𝐴)))
frlmup.t	⊢ (𝜑 → 𝑇 ∈ LMod)
frlmup.i	⊢ (𝜑 → 𝐼 ∈ 𝑋)
frlmup.r	⊢ (𝜑 → 𝑅 = (Scalar‘𝑇))
frlmup.a	⊢ (𝜑 → 𝐴:𝐼⟶𝐶)
frlmup.k	⊢ 𝐾 = (LSpan‘𝑇)

Assertion

Ref	Expression
frlmup3	⊢ (𝜑 → ran 𝐸 = (𝐾‘ran 𝐴))

Distinct variable groups:   𝑥,𝑅   𝑥,𝐼   𝑥,𝐹   𝑥,𝐵   𝑥,𝐶   𝑥, ·   𝑥,𝐴   𝑥,𝑋   𝑥,𝐾   𝜑,𝑥   𝑥,𝑇

Allowed substitution hint:   𝐸(𝑥)

Proof of Theorem frlmup3

Dummy variable 𝑢 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		frlmup.f	. . . 4 ⊢ 𝐹 = (𝑅 freeLMod 𝐼)
2		frlmup.b	. . . 4 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐹)
3		frlmup.c	. . . 4 ⊢ 𝐶 = (Base‘𝑇)
4		frlmup.v	. . . 4 ⊢ · = ( ·𝑠 ‘𝑇)
5		frlmup.e	. . . 4 ⊢ 𝐸 = (𝑥 ∈ 𝐵 ↦ (𝑇 Σg (𝑥 ∘𝑓 · 𝐴)))
6		frlmup.t	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑇 ∈ LMod)
7		frlmup.i	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐼 ∈ 𝑋)
8		frlmup.r	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑅 = (Scalar‘𝑇))
9		frlmup.a	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐴:𝐼⟶𝐶)
10	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9	frlmup1 20368	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ (𝐹 LMHom 𝑇))
11		eqid 2817	. . . . . . . 8 ⊢ (Scalar‘𝑇) = (Scalar‘𝑇)
12	11	lmodring 19095	. . . . . . 7 ⊢ (𝑇 ∈ LMod → (Scalar‘𝑇) ∈ Ring)
13	6, 12	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (Scalar‘𝑇) ∈ Ring)
14	8, 13	eqeltrd 2896	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ Ring)
15		eqid 2817	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 unitVec 𝐼) = (𝑅 unitVec 𝐼)
16	15, 1, 2	uvcff 20361	. . . . 5 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐼 ∈ 𝑋) → (𝑅 unitVec 𝐼):𝐼⟶𝐵)
17	14, 7, 16	syl2anc 575	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑅 unitVec 𝐼):𝐼⟶𝐵)
18	17	frnd 6273	. . 3 ⊢ (𝜑 → ran (𝑅 unitVec 𝐼) ⊆ 𝐵)
19		eqid 2817	. . . 4 ⊢ (LSpan‘𝐹) = (LSpan‘𝐹)
20		frlmup.k	. . . 4 ⊢ 𝐾 = (LSpan‘𝑇)
21	2, 19, 20	lmhmlsp 19276	. . 3 ⊢ ((𝐸 ∈ (𝐹 LMHom 𝑇) ∧ ran (𝑅 unitVec 𝐼) ⊆ 𝐵) → (𝐸 “ ((LSpan‘𝐹)‘ran (𝑅 unitVec 𝐼))) = (𝐾‘(𝐸 “ ran (𝑅 unitVec 𝐼))))
22	10, 18, 21	syl2anc 575	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐸 “ ((LSpan‘𝐹)‘ran (𝑅 unitVec 𝐼))) = (𝐾‘(𝐸 “ ran (𝑅 unitVec 𝐼))))
23	2, 3	lmhmf 19261	. . . . . 6 ⊢ (𝐸 ∈ (𝐹 LMHom 𝑇) → 𝐸:𝐵⟶𝐶)
24	10, 23	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐸:𝐵⟶𝐶)
25	24	ffnd 6267	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐸 Fn 𝐵)
26		fnima 6231	. . . 4 ⊢ (𝐸 Fn 𝐵 → (𝐸 “ 𝐵) = ran 𝐸)
27	25, 26	syl 17	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐸 “ 𝐵) = ran 𝐸)
28		eqid 2817	. . . . . . . 8 ⊢ (LBasis‘𝐹) = (LBasis‘𝐹)
29	1, 15, 28	frlmlbs 20367	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐼 ∈ 𝑋) → ran (𝑅 unitVec 𝐼) ∈ (LBasis‘𝐹))
30	14, 7, 29	syl2anc 575	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ran (𝑅 unitVec 𝐼) ∈ (LBasis‘𝐹))
31	2, 28, 19	lbssp 19306	. . . . . 6 ⊢ (ran (𝑅 unitVec 𝐼) ∈ (LBasis‘𝐹) → ((LSpan‘𝐹)‘ran (𝑅 unitVec 𝐼)) = 𝐵)
32	30, 31	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((LSpan‘𝐹)‘ran (𝑅 unitVec 𝐼)) = 𝐵)
33	32	eqcomd 2823	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐵 = ((LSpan‘𝐹)‘ran (𝑅 unitVec 𝐼)))
34	33	imaeq2d 5690	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐸 “ 𝐵) = (𝐸 “ ((LSpan‘𝐹)‘ran (𝑅 unitVec 𝐼))))
35	27, 34	eqtr3d 2853	. 2 ⊢ (𝜑 → ran 𝐸 = (𝐸 “ ((LSpan‘𝐹)‘ran (𝑅 unitVec 𝐼))))
36		imaco 5868	. . . 4 ⊢ ((𝐸 ∘ (𝑅 unitVec 𝐼)) “ 𝐼) = (𝐸 “ ((𝑅 unitVec 𝐼) “ 𝐼))
37	9	ffnd 6267	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐴 Fn 𝐼)
38	17	ffnd 6267	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑅 unitVec 𝐼) Fn 𝐼)
39		fnco 6220	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐸 Fn 𝐵 ∧ (𝑅 unitVec 𝐼) Fn 𝐼 ∧ ran (𝑅 unitVec 𝐼) ⊆ 𝐵) → (𝐸 ∘ (𝑅 unitVec 𝐼)) Fn 𝐼)
40	25, 38, 18, 39	syl3anc 1483	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐸 ∘ (𝑅 unitVec 𝐼)) Fn 𝐼)
41		fvco2 6504	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑅 unitVec 𝐼) Fn 𝐼 ∧ 𝑢 ∈ 𝐼) → ((𝐸 ∘ (𝑅 unitVec 𝐼))‘𝑢) = (𝐸‘((𝑅 unitVec 𝐼)‘𝑢)))
42	38, 41	sylan 571	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑢 ∈ 𝐼) → ((𝐸 ∘ (𝑅 unitVec 𝐼))‘𝑢) = (𝐸‘((𝑅 unitVec 𝐼)‘𝑢)))
43	6	adantr 468	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑢 ∈ 𝐼) → 𝑇 ∈ LMod)
44	7	adantr 468	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑢 ∈ 𝐼) → 𝐼 ∈ 𝑋)
45	8	adantr 468	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑢 ∈ 𝐼) → 𝑅 = (Scalar‘𝑇))
46	9	adantr 468	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑢 ∈ 𝐼) → 𝐴:𝐼⟶𝐶)
47		simpr 473	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑢 ∈ 𝐼) → 𝑢 ∈ 𝐼)
48	1, 2, 3, 4, 5, 43, 44, 45, 46, 47, 15	frlmup2 20369	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑢 ∈ 𝐼) → (𝐸‘((𝑅 unitVec 𝐼)‘𝑢)) = (𝐴‘𝑢))
49	42, 48	eqtr2d 2852	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑢 ∈ 𝐼) → (𝐴‘𝑢) = ((𝐸 ∘ (𝑅 unitVec 𝐼))‘𝑢))
50	37, 40, 49	eqfnfvd 6546	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐴 = (𝐸 ∘ (𝑅 unitVec 𝐼)))
51	50	imaeq1d 5689	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴 “ 𝐼) = ((𝐸 ∘ (𝑅 unitVec 𝐼)) “ 𝐼))
52		fnima 6231	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 Fn 𝐼 → (𝐴 “ 𝐼) = ran 𝐴)
53	37, 52	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴 “ 𝐼) = ran 𝐴)
54	51, 53	eqtr3d 2853	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((𝐸 ∘ (𝑅 unitVec 𝐼)) “ 𝐼) = ran 𝐴)
55		fnima 6231	. . . . . 6 ⊢ ((𝑅 unitVec 𝐼) Fn 𝐼 → ((𝑅 unitVec 𝐼) “ 𝐼) = ran (𝑅 unitVec 𝐼))
56	38, 55	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝑅 unitVec 𝐼) “ 𝐼) = ran (𝑅 unitVec 𝐼))
57	56	imaeq2d 5690	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐸 “ ((𝑅 unitVec 𝐼) “ 𝐼)) = (𝐸 “ ran (𝑅 unitVec 𝐼)))
58	36, 54, 57	3eqtr3a 2875	. . 3 ⊢ (𝜑 → ran 𝐴 = (𝐸 “ ran (𝑅 unitVec 𝐼)))
59	58	fveq2d 6422	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐾‘ran 𝐴) = (𝐾‘(𝐸 “ ran (𝑅 unitVec 𝐼))))
60	22, 35, 59	3eqtr4d 2861	1 ⊢ (𝜑 → ran 𝐸 = (𝐾‘ran 𝐴))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 384   = wceq 1637   ∈ wcel 2157   ⊆ wss 3780   ↦ cmpt 4934  ran crn 5325   “ cima 5327   ∘ ccom 5328   Fn wfn 6106  ⟶wf 6107  ‘cfv 6111  (class class class)co 6884   ∘_𝑓 cof 7135  Basecbs 16088  Scalarcsca 16176   ·_𝑠 cvsca 16177   Σ_g cgsu 16326  Ringcrg 18769  LModclmod 19087  LSpanclspn 19198   LMHom clmhm 19246  LBasisclbs 19301   freeLMod cfrlm 20321   unitVec cuvc 20352

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1877  ax-4 1894  ax-5 2001  ax-6 2069  ax-7 2105  ax-8 2159  ax-9 2166  ax-10 2186  ax-11 2202  ax-12 2215  ax-13 2422  ax-ext 2795  ax-rep 4977  ax-sep 4988  ax-nul 4996  ax-pow 5048  ax-pr 5109  ax-un 7189  ax-inf2 8795  ax-cnex 10287  ax-resscn 10288  ax-1cn 10289  ax-icn 10290  ax-addcl 10291  ax-addrcl 10292  ax-mulcl 10293  ax-mulrcl 10294  ax-mulcom 10295  ax-addass 10296  ax-mulass 10297  ax-distr 10298  ax-i2m1 10299  ax-1ne0 10300  ax-1rid 10301  ax-rnegex 10302  ax-rrecex 10303  ax-cnre 10304  ax-pre-lttri 10305  ax-pre-lttrn 10306  ax-pre-ltadd 10307  ax-pre-mulgt0 10308

This theorem depends on definitions:  df-bi 198  df-an 385  df-or 866  df-3or 1101  df-3an 1102  df-tru 1641  df-ex 1860  df-nf 1864  df-sb 2062  df-mo 2635  df-eu 2642  df-clab 2804  df-cleq 2810  df-clel 2813  df-nfc 2948  df-ne 2990  df-nel 3093  df-ral 3112  df-rex 3113  df-reu 3114  df-rmo 3115  df-rab 3116  df-v 3404  df-sbc 3645  df-csb 3740  df-dif 3783  df-un 3785  df-in 3787  df-ss 3794  df-pss 3796  df-nul 4128  df-if 4291  df-pw 4364  df-sn 4382  df-pr 4384  df-tp 4386  df-op 4388  df-uni 4642  df-int 4681  df-iun 4725  df-iin 4726  df-br 4856  df-opab 4918  df-mpt 4935  df-tr 4958  df-id 5232  df-eprel 5237  df-po 5245  df-so 5246  df-fr 5283  df-se 5284  df-we 5285  df-xp 5330  df-rel 5331  df-cnv 5332  df-co 5333  df-dm 5334  df-rn 5335  df-res 5336  df-ima 5337  df-pred 5907  df-ord 5953  df-on 5954  df-lim 5955  df-suc 5956  df-iota 6074  df-fun 6113  df-fn 6114  df-f 6115  df-f1 6116  df-fo 6117  df-f1o 6118  df-fv 6119  df-isom 6120  df-riota 6845  df-ov 6887  df-oprab 6888  df-mpt2 6889  df-of 7137  df-om 7306  df-1st 7408  df-2nd 7409  df-supp 7540  df-wrecs 7652  df-recs 7714  df-rdg 7752  df-1o 7806  df-oadd 7810  df-er 7989  df-map 8104  df-ixp 8156  df-en 8203  df-dom 8204  df-sdom 8205  df-fin 8206  df-fsupp 8525  df-sup 8597  df-oi 8664  df-card 9058  df-pnf 10371  df-mnf 10372  df-xr 10373  df-ltxr 10374  df-le 10375  df-sub 10563  df-neg 10564  df-nn 11316  df-2 11376  df-3 11377  df-4 11378  df-5 11379  df-6 11380  df-7 11381  df-8 11382  df-9 11383  df-n0 11580  df-z 11664  df-dec 11780  df-uz 11925  df-fz 12570  df-fzo 12710  df-seq 13045  df-hash 13358  df-struct 16090  df-ndx 16091  df-slot 16092  df-base 16094  df-sets 16095  df-ress 16096  df-plusg 16186  df-mulr 16187  df-sca 16189  df-vsca 16190  df-ip 16191  df-tset 16192  df-ple 16193  df-ds 16195  df-hom 16197  df-cco 16198  df-0g 16327  df-gsum 16328  df-prds 16333  df-pws 16335  df-mre 16471  df-mrc 16472  df-acs 16474  df-mgm 17467  df-sgrp 17509  df-mnd 17520  df-mhm 17560  df-submnd 17561  df-grp 17650  df-minusg 17651  df-sbg 17652  df-mulg 17766  df-subg 17813  df-ghm 17880  df-cntz 17971  df-cmn 18416  df-abl 18417  df-mgp 18712  df-ur 18724  df-ring 18771  df-subrg 19002  df-lmod 19089  df-lss 19157  df-lsp 19199  df-lmhm 19249  df-lbs 19302  df-sra 19401  df-rgmod 19402  df-nzr 19487  df-dsmm 20307  df-frlm 20322  df-uvc 20353

This theorem is referenced by:  ellspd  20372  indlcim  20410  lnrfg  38208