Theorem frlmup3 22118

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 22116	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ (𝐹 LMHom 𝑇))
11		eqid 2763	. . . . . . . 8 ⊢ (Scalar‘𝑇) = (Scalar‘𝑇)
12	11	lmodring 21155	. . . . . . 7 ⊢ (𝑇 ∈ LMod → (Scalar‘𝑇) ∈ Ring)
13	6, 12	syl 18	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (Scalar‘𝑇) ∈ Ring)
14	8, 13	eqeltrd 2863	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ Ring)
15		eqid 2763	. . . . . 6 ⊢ (𝑅 unitVec 𝐼) = (𝑅 unitVec 𝐼)
16	15, 1, 2	uvcff 22109	. . . . 5 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐼 ∈ 𝑋) → (𝑅 unitVec 𝐼):𝐼⟶𝐵)
17	14, 7, 16	syl2anc 596	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑅 unitVec 𝐼):𝐼⟶𝐵)
18	17	frnd 6726	. . 3 ⊢ (𝜑 → ran (𝑅 unitVec 𝐼) ⊆ 𝐵)
19		eqid 2763	. . . 4 ⊢ (LSpan‘𝐹) = (LSpan‘𝐹)
20		frlmup.k	. . . 4 ⊢ 𝐾 = (LSpan‘𝑇)
21	2, 19, 20	lmhmlsp 21336	. . 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 596	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐸 “ ((LSpan‘𝐹)‘ran (𝑅 unitVec 𝐼))) = (𝐾‘(𝐸 “ ran (𝑅 unitVec 𝐼))))
23	2, 3	lmhmf 21321	. . . . . 6 ⊢ (𝐸 ∈ (𝐹 LMHom 𝑇) → 𝐸:𝐵⟶𝐶)
24	10, 23	syl 18	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐸:𝐵⟶𝐶)
25	24	ffnd 6718	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐸 Fn 𝐵)
26		fnima 6677	. . . 4 ⊢ (𝐸 Fn 𝐵 → (𝐸 “ 𝐵) = ran 𝐸)
27	25, 26	syl 18	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐸 “ 𝐵) = ran 𝐸)
28		eqid 2763	. . . . . . . 8 ⊢ (LBasis‘𝐹) = (LBasis‘𝐹)
29	1, 15, 28	frlmlbs 22115	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑅 ∈ Ring ∧ 𝐼 ∈ 𝑋) → ran (𝑅 unitVec 𝐼) ∈ (LBasis‘𝐹))
30	14, 7, 29	syl2anc 596	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ran (𝑅 unitVec 𝐼) ∈ (LBasis‘𝐹))
31	2, 28, 19	lbssp 21366	. . . . . 6 ⊢ (ran (𝑅 unitVec 𝐼) ∈ (LBasis‘𝐹) → ((LSpan‘𝐹)‘ran (𝑅 unitVec 𝐼)) = 𝐵)
32	30, 31	syl 18	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((LSpan‘𝐹)‘ran (𝑅 unitVec 𝐼)) = 𝐵)
33	32	eqcomd 2769	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐵 = ((LSpan‘𝐹)‘ran (𝑅 unitVec 𝐼)))
34	33	imaeq2d 6057	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐸 “ 𝐵) = (𝐸 “ ((LSpan‘𝐹)‘ran (𝑅 unitVec 𝐼))))
35	27, 34	eqtr3d 2800	. 2 ⊢ (𝜑 → ran 𝐸 = (𝐸 “ ((LSpan‘𝐹)‘ran (𝑅 unitVec 𝐼))))
36		imaco 6258	. . . 4 ⊢ ((𝐸 ∘ (𝑅 unitVec 𝐼)) “ 𝐼) = (𝐸 “ ((𝑅 unitVec 𝐼) “ 𝐼))
37	9	ffnd 6718	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐴 Fn 𝐼)
38	17	ffnd 6718	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑅 unitVec 𝐼) Fn 𝐼)
39		fnco 6665	. . . . . . . 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 1398	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐸 ∘ (𝑅 unitVec 𝐼)) Fn 𝐼)
41		fvco2 6990	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑅 unitVec 𝐼) Fn 𝐼 ∧ 𝑢 ∈ 𝐼) → ((𝐸 ∘ (𝑅 unitVec 𝐼))‘𝑢) = (𝐸‘((𝑅 unitVec 𝐼)‘𝑢)))
42	38, 41	sylan 592	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑢 ∈ 𝐼) → ((𝐸 ∘ (𝑅 unitVec 𝐼))‘𝑢) = (𝐸‘((𝑅 unitVec 𝐼)‘𝑢)))
43	6	adantr 486	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑢 ∈ 𝐼) → 𝑇 ∈ LMod)
44	7	adantr 486	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑢 ∈ 𝐼) → 𝐼 ∈ 𝑋)
45	8	adantr 486	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑢 ∈ 𝐼) → 𝑅 = (Scalar‘𝑇))
46	9	adantr 486	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑢 ∈ 𝐼) → 𝐴:𝐼⟶𝐶)
47		simpr 490	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑢 ∈ 𝐼) → 𝑢 ∈ 𝐼)
48	1, 2, 3, 4, 5, 43, 44, 45, 46, 47, 15	frlmup2 22117	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑢 ∈ 𝐼) → (𝐸‘((𝑅 unitVec 𝐼)‘𝑢)) = (𝐴‘𝑢))
49	42, 48	eqtr2d 2799	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑢 ∈ 𝐼) → (𝐴‘𝑢) = ((𝐸 ∘ (𝑅 unitVec 𝐼))‘𝑢))
50	37, 40, 49	eqfnfvd 7040	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐴 = (𝐸 ∘ (𝑅 unitVec 𝐼)))
51	50	imaeq1d 6056	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴 “ 𝐼) = ((𝐸 ∘ (𝑅 unitVec 𝐼)) “ 𝐼))
52		fnima 6677	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 Fn 𝐼 → (𝐴 “ 𝐼) = ran 𝐴)
53	37, 52	syl 18	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴 “ 𝐼) = ran 𝐴)
54	51, 53	eqtr3d 2800	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((𝐸 ∘ (𝑅 unitVec 𝐼)) “ 𝐼) = ran 𝐴)
55		fnima 6677	. . . . . 6 ⊢ ((𝑅 unitVec 𝐼) Fn 𝐼 → ((𝑅 unitVec 𝐼) “ 𝐼) = ran (𝑅 unitVec 𝐼))
56	38, 55	syl 18	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝑅 unitVec 𝐼) “ 𝐼) = ran (𝑅 unitVec 𝐼))
57	56	imaeq2d 6057	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐸 “ ((𝑅 unitVec 𝐼) “ 𝐼)) = (𝐸 “ ran (𝑅 unitVec 𝐼)))
58	36, 54, 57	3eqtr3a 2822	. . 3 ⊢ (𝜑 → ran 𝐴 = (𝐸 “ ran (𝑅 unitVec 𝐼)))
59	58	fveq2d 6897	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐾‘ran 𝐴) = (𝐾‘(𝐸 “ ran (𝑅 unitVec 𝐼))))
60	22, 35, 59	3eqtr4d 2808	1 ⊢ (𝜑 → ran 𝐸 = (𝐾‘ran 𝐴))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1569   ∈ wcel 2146   ⊆ wss 3899   ↦ cmpt 5188  ran crn 5655   “ cima 5657   ∘ ccom 5658   Fn wfn 6541  ⟶wf 6542  ‘cfv 6546  (class class class)co 7427   ∘_f cof 7698  Basecbs 17399  Scalarcsca 17443   ·_𝑠 cvsca 17444   Σ_g cgsu 17623  Ringcrg 20471  LModclmod 21147  LSpanclspn 21258   LMHom clmhm 21306  LBasisclbs 21361   freeLMod cfrlm 22064   unitVec cuvc 22100

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 1944  ax-6 2001  ax-7 2042  ax-8 2148  ax-9 2156  ax-10 2179  ax-11 2196  ax-12 2215  ax-ext 2735  ax-rep 5234  ax-sep 5251  ax-nul 5262  ax-pow 5330  ax-pr 5394  ax-un 7758  ax-cnex 11266  ax-resscn 11267  ax-1cn 11268  ax-icn 11269  ax-addcl 11270  ax-addrcl 11271  ax-mulcl 11272  ax-mulrcl 11273  ax-mulcom 11274  ax-addass 11275  ax-mulass 11276  ax-distr 11277  ax-i2m1 11278  ax-1ne0 11279  ax-1rid 11280  ax-rnegex 11281  ax-rrecex 11282  ax-cnre 11283  ax-pre-lttri 11284  ax-pre-lttrn 11285  ax-pre-ltadd 11286  ax-pre-mulgt0 11287

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 2101  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2838  df-nfc 2912  df-ne 2959  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3368  df-reu 3369  df-rab 3416  df-v 3455  df-sbc 3742  df-csb 3851  df-ss 3900  df-pss 4016  df-dif 4049  df-in 4093  df-un 4153  df-nul 4281  df-if 4485  df-pw 4561  df-sn 4588  df-pr 4590  df-tp 4592  df-op 4838  df-uni 4870  df-int 4910  df-iun 4955  df-iin 4956  df-br 5106  df-opab 5170  df-mpt 5189  df-tr 5215  df-id 5549  df-eprel 5554  df-po 5562  df-so 5563  df-fr 5607  df-se 5608  df-we 5609  df-xp 5660  df-rel 5661  df-cnv 5662  df-co 5663  df-dm 5664  df-rn 5665  df-res 5666  df-ima 5667  df-pred 6310  df-ord 6371  df-on 6372  df-lim 6373  df-suc 6374  df-iota 6500  df-fun 6548  df-fn 6549  df-f 6550  df-f1 6551  df-fo 6552  df-f1o 6553  df-fv 6554  df-isom 6555  df-riota 7384  df-ov 7430  df-oprab 7431  df-mpo 7432  df-of 7700  df-om 7885  df-1st 8008  df-2nd 8009  df-supp 8188  df-frecs 8310  df-wrecs 8341  df-recs 8390  df-rdg 8429  df-1o 8487  df-2o 8488  df-er 8728  df-map 8860  df-ixp 8937  df-en 8985  df-dom 8986  df-sdom 8987  df-fin 8988  df-fsupp 9365  df-sup 9444  df-oi 9514  df-card 10030  df-pnf 11355  df-mnf 11356  df-xr 11357  df-ltxr 11358  df-le 11359  df-sub 11553  df-neg 11554  df-nn 12346  df-2 12415  df-3 12416  df-4 12417  df-5 12418  df-6 12419  df-7 12420  df-8 12421  df-9 12422  df-n0 12617  df-z 12704  df-dec 12825  df-uz 12976  df-fz 13650  df-fzo 13799  df-seq 14155  df-hash 14485  df-struct 17337  df-sets 17354  df-slot 17372  df-ndx 17384  df-base 17400  df-ress 17421  df-plusg 17453  df-mulr 17454  df-sca 17456  df-vsca 17457  df-ip 17458  df-tset 17459  df-ple 17460  df-ds 17462  df-hom 17464  df-cco 17465  df-0g 17624  df-gsum 17625  df-prds 17630  df-pws 17632  df-mre 17768  df-mrc 17769  df-acs 17771  df-mgm 18828  df-sgrp 18920  df-mnd 18936  df-mhm 18990  df-submnd 18991  df-grp 19159  df-minusg 19160  df-sbg 19161  df-mulg 19290  df-subg 19345  df-ghm 19440  df-cntz 19543  df-cmn 20008  df-abl 20009  df-mgp 20373  df-rng 20387  df-ur 20420  df-ring 20473  df-nzr 20775  df-subrg 20834  df-lmod 21149  df-lss 21219  df-lsp 21259  df-lmhm 21309  df-lbs 21362  df-sra 21460  df-rgmod 21461  df-dsmm 22050  df-frlm 22065  df-uvc 22101

This theorem is used by:  ellspd  22120  indlcim  22158  lnrfg  44261