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

Theorem dchrinvcl 25205
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 25192 . . . . 5 (𝑋𝐷𝑁 ∈ ℕ)
96, 8syl 17 . . . 4 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
10 fveq2 6331 . . . . 5 (𝑘 = 𝑥 → (𝑋𝑘) = (𝑋𝑥))
1110oveq2d 6807 . . . 4 (𝑘 = 𝑥 → (1 / (𝑋𝑘)) = (1 / (𝑋𝑥)))
12 fveq2 6331 . . . . 5 (𝑘 = 𝑦 → (𝑋𝑘) = (𝑋𝑦))
1312oveq2d 6807 . . . 4 (𝑘 = 𝑦 → (1 / (𝑋𝑘)) = (1 / (𝑋𝑦)))
14 fveq2 6331 . . . . 5 (𝑘 = (𝑥(.r𝑍)𝑦) → (𝑋𝑘) = (𝑋‘(𝑥(.r𝑍)𝑦)))
1514oveq2d 6807 . . . 4 (𝑘 = (𝑥(.r𝑍)𝑦) → (1 / (𝑋𝑘)) = (1 / (𝑋‘(𝑥(.r𝑍)𝑦))))
16 fveq2 6331 . . . . 5 (𝑘 = (1r𝑍) → (𝑋𝑘) = (𝑋‘(1r𝑍)))
1716oveq2d 6807 . . . 4 (𝑘 = (1r𝑍) → (1 / (𝑋𝑘)) = (1 / (𝑋‘(1r𝑍))))
182, 3, 7, 4, 6dchrf 25194 . . . . . 6 (𝜑𝑋:𝐵⟶ℂ)
194, 5unitss 18874 . . . . . . 7 𝑈𝐵
2019sseli 3745 . . . . . 6 (𝑘𝑈𝑘𝐵)
21 ffvelrn 6499 . . . . . 6 ((𝑋:𝐵⟶ℂ ∧ 𝑘𝐵) → (𝑋𝑘) ∈ ℂ)
2218, 20, 21syl2an 496 . . . . 5 ((𝜑𝑘𝑈) → (𝑋𝑘) ∈ ℂ)
23 simpr 480 . . . . . 6 ((𝜑𝑘𝑈) → 𝑘𝑈)
246adantr 473 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘𝑈) → 𝑋𝐷)
2520adantl 474 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘𝑈) → 𝑘𝐵)
262, 3, 7, 4, 5, 24, 25dchrn0 25202 . . . . . 6 ((𝜑𝑘𝑈) → ((𝑋𝑘) ≠ 0 ↔ 𝑘𝑈))
2723, 26mpbird 247 . . . . 5 ((𝜑𝑘𝑈) → (𝑋𝑘) ≠ 0)
2822, 27reccld 10994 . . . 4 ((𝜑𝑘𝑈) → (1 / (𝑋𝑘)) ∈ ℂ)
29 1t1e1 11375 . . . . . . . 8 (1 · 1) = 1
3029eqcomi 2778 . . . . . . 7 1 = (1 · 1)
3130a1i 11 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → 1 = (1 · 1))
322, 3, 7dchrmhm 25193 . . . . . . . 8 𝐷 ⊆ ((mulGrp‘𝑍) MndHom (mulGrp‘ℂfld))
336adantr 473 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → 𝑋𝐷)
3432, 33sseldi 3747 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → 𝑋 ∈ ((mulGrp‘𝑍) MndHom (mulGrp‘ℂfld)))
35 simprl 808 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → 𝑥𝑈)
3619, 35sseldi 3747 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → 𝑥𝐵)
37 simprr 810 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → 𝑦𝑈)
3819, 37sseldi 3747 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → 𝑦𝐵)
39 eqid 2769 . . . . . . . . 9 (mulGrp‘𝑍) = (mulGrp‘𝑍)
4039, 4mgpbas 18709 . . . . . . . 8 𝐵 = (Base‘(mulGrp‘𝑍))
41 eqid 2769 . . . . . . . . 9 (.r𝑍) = (.r𝑍)
4239, 41mgpplusg 18707 . . . . . . . 8 (.r𝑍) = (+g‘(mulGrp‘𝑍))
43 eqid 2769 . . . . . . . . 9 (mulGrp‘ℂfld) = (mulGrp‘ℂfld)
44 cnfldmul 19973 . . . . . . . . 9 · = (.r‘ℂfld)
4543, 44mgpplusg 18707 . . . . . . . 8 · = (+g‘(mulGrp‘ℂfld))
4640, 42, 45mhmlin 17556 . . . . . . 7 ((𝑋 ∈ ((mulGrp‘𝑍) MndHom (mulGrp‘ℂfld)) ∧ 𝑥𝐵𝑦𝐵) → (𝑋‘(𝑥(.r𝑍)𝑦)) = ((𝑋𝑥) · (𝑋𝑦)))
4734, 36, 38, 46syl3anc 1474 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → (𝑋‘(𝑥(.r𝑍)𝑦)) = ((𝑋𝑥) · (𝑋𝑦)))
4831, 47oveq12d 6809 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → (1 / (𝑋‘(𝑥(.r𝑍)𝑦))) = ((1 · 1) / ((𝑋𝑥) · (𝑋𝑦))))
49 1cnd 10256 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → 1 ∈ ℂ)
5018adantr 473 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → 𝑋:𝐵⟶ℂ)
5150, 36ffvelrnd 6502 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → (𝑋𝑥) ∈ ℂ)
5250, 38ffvelrnd 6502 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → (𝑋𝑦) ∈ ℂ)
532, 3, 7, 4, 5, 33, 36dchrn0 25202 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → ((𝑋𝑥) ≠ 0 ↔ 𝑥𝑈))
5435, 53mpbird 247 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → (𝑋𝑥) ≠ 0)
552, 3, 7, 4, 5, 33, 38dchrn0 25202 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → ((𝑋𝑦) ≠ 0 ↔ 𝑦𝑈))
5637, 55mpbird 247 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → (𝑋𝑦) ≠ 0)
5749, 51, 49, 52, 54, 56divmuldivd 11042 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → ((1 / (𝑋𝑥)) · (1 / (𝑋𝑦))) = ((1 · 1) / ((𝑋𝑥) · (𝑋𝑦))))
5848, 57eqtr4d 2806 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑈𝑦𝑈)) → (1 / (𝑋‘(𝑥(.r𝑍)𝑦))) = ((1 / (𝑋𝑥)) · (1 / (𝑋𝑦))))
5932, 6sseldi 3747 . . . . . . 7 (𝜑𝑋 ∈ ((mulGrp‘𝑍) MndHom (mulGrp‘ℂfld)))
60 eqid 2769 . . . . . . . . 9 (1r𝑍) = (1r𝑍)
6139, 60ringidval 18717 . . . . . . . 8 (1r𝑍) = (0g‘(mulGrp‘𝑍))
62 cnfld1 19992 . . . . . . . . 9 1 = (1r‘ℂfld)
6343, 62ringidval 18717 . . . . . . . 8 1 = (0g‘(mulGrp‘ℂfld))
6461, 63mhm0 17557 . . . . . . 7 (𝑋 ∈ ((mulGrp‘𝑍) MndHom (mulGrp‘ℂfld)) → (𝑋‘(1r𝑍)) = 1)
6559, 64syl 17 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑋‘(1r𝑍)) = 1)
6665oveq2d 6807 . . . . 5 (𝜑 → (1 / (𝑋‘(1r𝑍))) = (1 / 1))
67 1div1e1 10917 . . . . 5 (1 / 1) = 1
6866, 67syl6eq 2819 . . . 4 (𝜑 → (1 / (𝑋‘(1r𝑍))) = 1)
692, 3, 4, 5, 9, 7, 11, 13, 15, 17, 28, 58, 68dchrelbasd 25191 . . 3 (𝜑 → (𝑘𝐵 ↦ if(𝑘𝑈, (1 / (𝑋𝑘)), 0)) ∈ 𝐷)
701, 69syl5eqel 2852 . 2 (𝜑𝐾𝐷)
71 dchrmulid2.t . . . 4 · = (+g𝐺)
722, 3, 7, 71, 70, 6dchrmul 25200 . . 3 (𝜑 → (𝐾 · 𝑋) = (𝐾𝑓 · 𝑋))
73 fvex 6341 . . . . . . 7 (Base‘𝑍) ∈ V
744, 73eqeltri 2844 . . . . . 6 𝐵 ∈ V
7574a1i 11 . . . . 5 (𝜑𝐵 ∈ V)
76 ovex 6821 . . . . . . 7 (1 / (𝑋𝑘)) ∈ V
77 c0ex 10234 . . . . . . 7 0 ∈ V
7876, 77ifex 4292 . . . . . 6 if(𝑘𝑈, (1 / (𝑋𝑘)), 0) ∈ V
7978a1i 11 . . . . 5 ((𝜑𝑘𝐵) → if(𝑘𝑈, (1 / (𝑋𝑘)), 0) ∈ V)
8018ffvelrnda 6501 . . . . 5 ((𝜑𝑘𝐵) → (𝑋𝑘) ∈ ℂ)
811a1i 11 . . . . 5 (𝜑𝐾 = (𝑘𝐵 ↦ if(𝑘𝑈, (1 / (𝑋𝑘)), 0)))
8218feqmptd 6390 . . . . 5 (𝜑𝑋 = (𝑘𝐵 ↦ (𝑋𝑘)))
8375, 79, 80, 81, 82offval2 7059 . . . 4 (𝜑 → (𝐾𝑓 · 𝑋) = (𝑘𝐵 ↦ (if(𝑘𝑈, (1 / (𝑋𝑘)), 0) · (𝑋𝑘))))
84 ovif 6882 . . . . . . 7 (if(𝑘𝑈, (1 / (𝑋𝑘)), 0) · (𝑋𝑘)) = if(𝑘𝑈, ((1 / (𝑋𝑘)) · (𝑋𝑘)), (0 · (𝑋𝑘)))
8580adantr 473 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑘𝐵) ∧ 𝑘𝑈) → (𝑋𝑘) ∈ ℂ)
866adantr 473 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑘𝐵) → 𝑋𝐷)
87 simpr 480 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑘𝐵) → 𝑘𝐵)
882, 3, 7, 4, 5, 86, 87dchrn0 25202 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑘𝐵) → ((𝑋𝑘) ≠ 0 ↔ 𝑘𝑈))
8988biimpar 504 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑘𝐵) ∧ 𝑘𝑈) → (𝑋𝑘) ≠ 0)
9085, 89recid2d 10997 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑘𝐵) ∧ 𝑘𝑈) → ((1 / (𝑋𝑘)) · (𝑋𝑘)) = 1)
9190ifeq1da 4252 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑘𝐵) → if(𝑘𝑈, ((1 / (𝑋𝑘)) · (𝑋𝑘)), (0 · (𝑋𝑘))) = if(𝑘𝑈, 1, (0 · (𝑋𝑘))))
9280mul02d 10434 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑘𝐵) → (0 · (𝑋𝑘)) = 0)
9392ifeq2d 4241 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑘𝐵) → if(𝑘𝑈, 1, (0 · (𝑋𝑘))) = if(𝑘𝑈, 1, 0))
9491, 93eqtrd 2803 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘𝐵) → if(𝑘𝑈, ((1 / (𝑋𝑘)) · (𝑋𝑘)), (0 · (𝑋𝑘))) = if(𝑘𝑈, 1, 0))
9584, 94syl5eq 2815 . . . . . 6 ((𝜑𝑘𝐵) → (if(𝑘𝑈, (1 / (𝑋𝑘)), 0) · (𝑋𝑘)) = if(𝑘𝑈, 1, 0))
9695mpteq2dva 4875 . . . . 5 (𝜑 → (𝑘𝐵 ↦ (if(𝑘𝑈, (1 / (𝑋𝑘)), 0) · (𝑋𝑘))) = (𝑘𝐵 ↦ if(𝑘𝑈, 1, 0)))
97 dchr1cl.o . . . . 5 1 = (𝑘𝐵 ↦ if(𝑘𝑈, 1, 0))
9896, 97syl6reqr 2822 . . . 4 (𝜑1 = (𝑘𝐵 ↦ (if(𝑘𝑈, (1 / (𝑋𝑘)), 0) · (𝑋𝑘))))
9983, 98eqtr4d 2806 . . 3 (𝜑 → (𝐾𝑓 · 𝑋) = 1 )
10072, 99eqtrd 2803 . 2 (𝜑 → (𝐾 · 𝑋) = 1 )
10170, 100jca 556 1 (𝜑 → (𝐾𝐷 ∧ (𝐾 · 𝑋) = 1 ))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 383   = wceq 1629  wcel 2143  wne 2941  Vcvv 3348  ifcif 4222  cmpt 4860  wf 6026  cfv 6030  (class class class)co 6791  𝑓 cof 7040  cc 10134  0cc0 10136  1c1 10137   · cmul 10141   / cdiv 10884  cn 11220  Basecbs 16070  +gcplusg 16155  .rcmulr 16156   MndHom cmhm 17547  mulGrpcmgp 18703  1rcur 18715  Unitcui 18853  fldccnfld 19967  ℤ/nczn 20072  DChrcdchr 25184
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1868  ax-4 1883  ax-5 1989  ax-6 2055  ax-7 2091  ax-8 2145  ax-9 2152  ax-10 2172  ax-11 2188  ax-12 2201  ax-13 2406  ax-ext 2749  ax-rep 4901  ax-sep 4911  ax-nul 4919  ax-pow 4970  ax-pr 5033  ax-un 7094  ax-cnex 10192  ax-resscn 10193  ax-1cn 10194  ax-icn 10195  ax-addcl 10196  ax-addrcl 10197  ax-mulcl 10198  ax-mulrcl 10199  ax-mulcom 10200  ax-addass 10201  ax-mulass 10202  ax-distr 10203  ax-i2m1 10204  ax-1ne0 10205  ax-1rid 10206  ax-rnegex 10207  ax-rrecex 10208  ax-cnre 10209  ax-pre-lttri 10210  ax-pre-lttrn 10211  ax-pre-ltadd 10212  ax-pre-mulgt0 10213  ax-addf 10215  ax-mulf 10216
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1070  df-3an 1071  df-tru 1632  df-ex 1851  df-nf 1856  df-sb 2048  df-eu 2620  df-mo 2621  df-clab 2756  df-cleq 2762  df-clel 2765  df-nfc 2900  df-ne 2942  df-nel 3045  df-ral 3064  df-rex 3065  df-reu 3066  df-rmo 3067  df-rab 3068  df-v 3350  df-sbc 3585  df-csb 3680  df-dif 3723  df-un 3725  df-in 3727  df-ss 3734  df-pss 3736  df-nul 4061  df-if 4223  df-pw 4296  df-sn 4314  df-pr 4316  df-tp 4318  df-op 4320  df-uni 4572  df-int 4609  df-iun 4653  df-br 4784  df-opab 4844  df-mpt 4861  df-tr 4884  df-id 5156  df-eprel 5161  df-po 5169  df-so 5170  df-fr 5207  df-we 5209  df-xp 5254  df-rel 5255  df-cnv 5256  df-co 5257  df-dm 5258  df-rn 5259  df-res 5260  df-ima 5261  df-pred 5822  df-ord 5868  df-on 5869  df-lim 5870  df-suc 5871  df-iota 5993  df-fun 6032  df-fn 6033  df-f 6034  df-f1 6035  df-fo 6036  df-f1o 6037  df-fv 6038  df-riota 6752  df-ov 6794  df-oprab 6795  df-mpt2 6796  df-of 7042  df-om 7211  df-1st 7313  df-2nd 7314  df-tpos 7502  df-wrecs 7557  df-recs 7619  df-rdg 7657  df-1o 7711  df-oadd 7715  df-er 7894  df-ec 7896  df-qs 7900  df-map 8009  df-en 8108  df-dom 8109  df-sdom 8110  df-fin 8111  df-sup 8502  df-inf 8503  df-pnf 10276  df-mnf 10277  df-xr 10278  df-ltxr 10279  df-le 10280  df-sub 10468  df-neg 10469  df-div 10885  df-nn 11221  df-2 11279  df-3 11280  df-4 11281  df-5 11282  df-6 11283  df-7 11284  df-8 11285  df-9 11286  df-n0 11493  df-z 11578  df-dec 11694  df-uz 11888  df-fz 12533  df-struct 16072  df-ndx 16073  df-slot 16074  df-base 16076  df-sets 16077  df-ress 16078  df-plusg 16168  df-mulr 16169  df-starv 16170  df-sca 16171  df-vsca 16172  df-ip 16173  df-tset 16174  df-ple 16175  df-ds 16178  df-unif 16179  df-0g 16316  df-imas 16382  df-qus 16383  df-mgm 17456  df-sgrp 17498  df-mnd 17509  df-mhm 17549  df-grp 17639  df-minusg 17640  df-sbg 17641  df-subg 17805  df-nsg 17806  df-eqg 17807  df-cmn 18408  df-abl 18409  df-mgp 18704  df-ur 18716  df-ring 18763  df-cring 18764  df-oppr 18837  df-dvdsr 18855  df-unit 18856  df-invr 18886  df-subrg 18994  df-lmod 19081  df-lss 19149  df-lsp 19191  df-sra 19393  df-rgmod 19394  df-lidl 19395  df-rsp 19396  df-2idl 19453  df-cnfld 19968  df-zring 20040  df-zn 20076  df-dchr 25185
This theorem is referenced by:  dchrabl  25206
  Copyright terms: Public domain W3C validator