Theorem lmodvslmhm 31001

Description: Scalar multiplication in a left module by a fixed element is a group homomorphism. (Contributed by Thierry Arnoux, 12-Jun-2023.)

Hypotheses

Ref	Expression
lmodvslmhm.v	⊢ 𝑉 = (Base‘𝑊)
lmodvslmhm.f	⊢ 𝐹 = (Scalar‘𝑊)
lmodvslmhm.s	⊢ · = ( ·𝑠 ‘𝑊)
lmodvslmhm.k	⊢ 𝐾 = (Base‘𝐹)

Assertion

Ref	Expression
lmodvslmhm	⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) → (𝑥 ∈ 𝐾 ↦ (𝑥 · 𝑌)) ∈ (𝐹 GrpHom 𝑊))

Distinct variable groups:   𝑥, ·   𝑥,𝐹   𝑥,𝐾   𝑥,𝑉   𝑥,𝑊   𝑥,𝑌

Proof of Theorem lmodvslmhm

Dummy variables 𝑖 𝑗 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		lmodvslmhm.k	. 2 ⊢ 𝐾 = (Base‘𝐹)
2		lmodvslmhm.v	. 2 ⊢ 𝑉 = (Base‘𝑊)
3		eqid 2734	. 2 ⊢ (+g‘𝐹) = (+g‘𝐹)
4		eqid 2734	. 2 ⊢ (+g‘𝑊) = (+g‘𝑊)
5		lmodvslmhm.f	. . . 4 ⊢ 𝐹 = (Scalar‘𝑊)
6	5	lmodfgrp 19880	. . 3 ⊢ (𝑊 ∈ LMod → 𝐹 ∈ Grp)
7	6	adantr 484	. 2 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) → 𝐹 ∈ Grp)
8		lmodgrp 19878	. . 3 ⊢ (𝑊 ∈ LMod → 𝑊 ∈ Grp)
9	8	adantr 484	. 2 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) → 𝑊 ∈ Grp)
10		lmodvslmhm.s	. . . . . 6 ⊢ · = ( ·𝑠 ‘𝑊)
11	2, 5, 10, 1	lmodvscl 19888	. . . . 5 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑥 ∈ 𝐾 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) → (𝑥 · 𝑌) ∈ 𝑉)
12	11	3expa 1120	. . . 4 ⊢ (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑥 ∈ 𝐾) ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) → (𝑥 · 𝑌) ∈ 𝑉)
13	12	an32s 652	. . 3 ⊢ (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ 𝑥 ∈ 𝐾) → (𝑥 · 𝑌) ∈ 𝑉)
14		eqid 2734	. . 3 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐾 ↦ (𝑥 · 𝑌)) = (𝑥 ∈ 𝐾 ↦ (𝑥 · 𝑌))
15	13, 14	fmptd 6920	. 2 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) → (𝑥 ∈ 𝐾 ↦ (𝑥 · 𝑌)):𝐾⟶𝑉)
16		simpll 767	. . . 4 ⊢ (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) → 𝑊 ∈ LMod)
17		simprl 771	. . . 4 ⊢ (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) → 𝑖 ∈ 𝐾)
18		simprr 773	. . . 4 ⊢ (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) → 𝑗 ∈ 𝐾)
19		simplr 769	. . . 4 ⊢ (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) → 𝑌 ∈ 𝑉)
20	2, 4, 5, 10, 1, 3	lmodvsdir 19895	. . . 4 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾 ∧ 𝑌 ∈ 𝑉)) → ((𝑖(+g‘𝐹)𝑗) · 𝑌) = ((𝑖 · 𝑌)(+g‘𝑊)(𝑗 · 𝑌)))
21	16, 17, 18, 19, 20	syl13anc 1374	. . 3 ⊢ (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) → ((𝑖(+g‘𝐹)𝑗) · 𝑌) = ((𝑖 · 𝑌)(+g‘𝑊)(𝑗 · 𝑌)))
22	14	a1i 11	. . . 4 ⊢ (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) → (𝑥 ∈ 𝐾 ↦ (𝑥 · 𝑌)) = (𝑥 ∈ 𝐾 ↦ (𝑥 · 𝑌)))
23		simpr 488	. . . . 5 ⊢ ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) ∧ 𝑥 = (𝑖(+g‘𝐹)𝑗)) → 𝑥 = (𝑖(+g‘𝐹)𝑗))
24	23	oveq1d 7217	. . . 4 ⊢ ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) ∧ 𝑥 = (𝑖(+g‘𝐹)𝑗)) → (𝑥 · 𝑌) = ((𝑖(+g‘𝐹)𝑗) · 𝑌))
25	5, 1, 3	lmodacl 19882	. . . . . 6 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾) → (𝑖(+g‘𝐹)𝑗) ∈ 𝐾)
26	25	3expb 1122	. . . . 5 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) → (𝑖(+g‘𝐹)𝑗) ∈ 𝐾)
27	26	adantlr 715	. . . 4 ⊢ (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) → (𝑖(+g‘𝐹)𝑗) ∈ 𝐾)
28		ovexd 7237	. . . 4 ⊢ (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) → ((𝑖(+g‘𝐹)𝑗) · 𝑌) ∈ V)
29	22, 24, 27, 28	fvmptd 6814	. . 3 ⊢ (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) → ((𝑥 ∈ 𝐾 ↦ (𝑥 · 𝑌))‘(𝑖(+g‘𝐹)𝑗)) = ((𝑖(+g‘𝐹)𝑗) · 𝑌))
30		simpr 488	. . . . . 6 ⊢ ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) ∧ 𝑥 = 𝑖) → 𝑥 = 𝑖)
31	30	oveq1d 7217	. . . . 5 ⊢ ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) ∧ 𝑥 = 𝑖) → (𝑥 · 𝑌) = (𝑖 · 𝑌))
32		ovexd 7237	. . . . 5 ⊢ (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) → (𝑖 · 𝑌) ∈ V)
33	22, 31, 17, 32	fvmptd 6814	. . . 4 ⊢ (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) → ((𝑥 ∈ 𝐾 ↦ (𝑥 · 𝑌))‘𝑖) = (𝑖 · 𝑌))
34		simpr 488	. . . . . 6 ⊢ ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) ∧ 𝑥 = 𝑗) → 𝑥 = 𝑗)
35	34	oveq1d 7217	. . . . 5 ⊢ ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) ∧ 𝑥 = 𝑗) → (𝑥 · 𝑌) = (𝑗 · 𝑌))
36		ovexd 7237	. . . . 5 ⊢ (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) → (𝑗 · 𝑌) ∈ V)
37	22, 35, 18, 36	fvmptd 6814	. . . 4 ⊢ (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) → ((𝑥 ∈ 𝐾 ↦ (𝑥 · 𝑌))‘𝑗) = (𝑗 · 𝑌))
38	33, 37	oveq12d 7220	. . 3 ⊢ (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) → (((𝑥 ∈ 𝐾 ↦ (𝑥 · 𝑌))‘𝑖)(+g‘𝑊)((𝑥 ∈ 𝐾 ↦ (𝑥 · 𝑌))‘𝑗)) = ((𝑖 · 𝑌)(+g‘𝑊)(𝑗 · 𝑌)))
39	21, 29, 38	3eqtr4d 2784	. 2 ⊢ (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) ∧ (𝑖 ∈ 𝐾 ∧ 𝑗 ∈ 𝐾)) → ((𝑥 ∈ 𝐾 ↦ (𝑥 · 𝑌))‘(𝑖(+g‘𝐹)𝑗)) = (((𝑥 ∈ 𝐾 ↦ (𝑥 · 𝑌))‘𝑖)(+g‘𝑊)((𝑥 ∈ 𝐾 ↦ (𝑥 · 𝑌))‘𝑗)))
40	1, 2, 3, 4, 7, 9, 15, 39	isghmd 18603	1 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) → (𝑥 ∈ 𝐾 ↦ (𝑥 · 𝑌)) ∈ (𝐹 GrpHom 𝑊))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 399   = wceq 1543   ∈ wcel 2110  Vcvv 3401   ↦ cmpt 5124  ‘cfv 6369  (class class class)co 7202  Basecbs 16684  +_gcplusg 16767  Scalarcsca 16770   ·_𝑠 cvsca 16771  Grpcgrp 18337   GrpHom cghm 18591  LModclmod 19871

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1803  ax-4 1817  ax-5 1918  ax-6 1976  ax-7 2016  ax-8 2112  ax-9 2120  ax-10 2141  ax-11 2158  ax-12 2175  ax-ext 2706  ax-rep 5168  ax-sep 5181  ax-nul 5188  ax-pow 5247  ax-pr 5311  ax-un 7512

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 848  df-3an 1091  df-tru 1546  df-fal 1556  df-ex 1788  df-nf 1792  df-sb 2071  df-mo 2537  df-eu 2566  df-clab 2713  df-cleq 2726  df-clel 2812  df-nfc 2882  df-ne 2936  df-ral 3059  df-rex 3060  df-reu 3061  df-rab 3063  df-v 3403  df-sbc 3688  df-csb 3803  df-dif 3860  df-un 3862  df-in 3864  df-ss 3874  df-nul 4228  df-if 4430  df-pw 4505  df-sn 4532  df-pr 4534  df-op 4538  df-uni 4810  df-iun 4896  df-br 5044  df-opab 5106  df-mpt 5125  df-id 5444  df-xp 5546  df-rel 5547  df-cnv 5548  df-co 5549  df-dm 5550  df-rn 5551  df-res 5552  df-ima 5553  df-iota 6327  df-fun 6371  df-fn 6372  df-f 6373  df-f1 6374  df-fo 6375  df-f1o 6376  df-fv 6377  df-ov 7205  df-oprab 7206  df-mpo 7207  df-mgm 18086  df-sgrp 18135  df-mnd 18146  df-grp 18340  df-ghm 18592  df-ring 19536  df-lmod 19873

This theorem is referenced by:  gsumvsmul1  31002