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

Theorem lsmcl 19206
Description: The sum of two subspaces is a subspace. (Contributed by NM, 4-Feb-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 19-Apr-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
lsmcl.s 𝑆 = (LSubSp‘𝑊)
lsmcl.p = (LSSum‘𝑊)
Assertion
Ref Expression
lsmcl ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) → (𝑇 𝑈) ∈ 𝑆)

Proof of Theorem lsmcl
Dummy variables 𝑎 𝑑 𝑒 𝑢 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 lmodabl 19033 . . . 4 (𝑊 ∈ LMod → 𝑊 ∈ Abel)
213ad2ant1 1125 . . 3 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) → 𝑊 ∈ Abel)
3 lsmcl.s . . . . 5 𝑆 = (LSubSp‘𝑊)
43lsssubg 19080 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆) → 𝑇 ∈ (SubGrp‘𝑊))
543adant3 1124 . . 3 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) → 𝑇 ∈ (SubGrp‘𝑊))
63lsssubg 19080 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) → 𝑈 ∈ (SubGrp‘𝑊))
763adant2 1123 . . 3 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) → 𝑈 ∈ (SubGrp‘𝑊))
8 lsmcl.p . . . 4 = (LSSum‘𝑊)
98lsmsubg2 18383 . . 3 ((𝑊 ∈ Abel ∧ 𝑇 ∈ (SubGrp‘𝑊) ∧ 𝑈 ∈ (SubGrp‘𝑊)) → (𝑇 𝑈) ∈ (SubGrp‘𝑊))
102, 5, 7, 9syl3anc 1439 . 2 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) → (𝑇 𝑈) ∈ (SubGrp‘𝑊))
11 eqid 2724 . . . . . . . 8 (+g𝑊) = (+g𝑊)
1211, 8lsmelval 18185 . . . . . . 7 ((𝑇 ∈ (SubGrp‘𝑊) ∧ 𝑈 ∈ (SubGrp‘𝑊)) → (𝑢 ∈ (𝑇 𝑈) ↔ ∃𝑑𝑇𝑒𝑈 𝑢 = (𝑑(+g𝑊)𝑒)))
135, 7, 12syl2anc 696 . . . . . 6 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) → (𝑢 ∈ (𝑇 𝑈) ↔ ∃𝑑𝑇𝑒𝑈 𝑢 = (𝑑(+g𝑊)𝑒)))
1413adantr 472 . . . . 5 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))) → (𝑢 ∈ (𝑇 𝑈) ↔ ∃𝑑𝑇𝑒𝑈 𝑢 = (𝑑(+g𝑊)𝑒)))
15 simpll1 1231 . . . . . . . . 9 ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))) ∧ (𝑑𝑇𝑒𝑈)) → 𝑊 ∈ LMod)
16 simplr 809 . . . . . . . . 9 ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))) ∧ (𝑑𝑇𝑒𝑈)) → 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)))
17 simpll2 1233 . . . . . . . . . 10 ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))) ∧ (𝑑𝑇𝑒𝑈)) → 𝑇𝑆)
18 simprl 811 . . . . . . . . . 10 ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))) ∧ (𝑑𝑇𝑒𝑈)) → 𝑑𝑇)
19 eqid 2724 . . . . . . . . . . 11 (Base‘𝑊) = (Base‘𝑊)
2019, 3lssel 19061 . . . . . . . . . 10 ((𝑇𝑆𝑑𝑇) → 𝑑 ∈ (Base‘𝑊))
2117, 18, 20syl2anc 696 . . . . . . . . 9 ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))) ∧ (𝑑𝑇𝑒𝑈)) → 𝑑 ∈ (Base‘𝑊))
22 simpll3 1235 . . . . . . . . . 10 ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))) ∧ (𝑑𝑇𝑒𝑈)) → 𝑈𝑆)
23 simprr 813 . . . . . . . . . 10 ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))) ∧ (𝑑𝑇𝑒𝑈)) → 𝑒𝑈)
2419, 3lssel 19061 . . . . . . . . . 10 ((𝑈𝑆𝑒𝑈) → 𝑒 ∈ (Base‘𝑊))
2522, 23, 24syl2anc 696 . . . . . . . . 9 ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))) ∧ (𝑑𝑇𝑒𝑈)) → 𝑒 ∈ (Base‘𝑊))
26 eqid 2724 . . . . . . . . . 10 (Scalar‘𝑊) = (Scalar‘𝑊)
27 eqid 2724 . . . . . . . . . 10 ( ·𝑠𝑊) = ( ·𝑠𝑊)
28 eqid 2724 . . . . . . . . . 10 (Base‘(Scalar‘𝑊)) = (Base‘(Scalar‘𝑊))
2919, 11, 26, 27, 28lmodvsdi 19009 . . . . . . . . 9 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑑 ∈ (Base‘𝑊) ∧ 𝑒 ∈ (Base‘𝑊))) → (𝑎( ·𝑠𝑊)(𝑑(+g𝑊)𝑒)) = ((𝑎( ·𝑠𝑊)𝑑)(+g𝑊)(𝑎( ·𝑠𝑊)𝑒)))
3015, 16, 21, 25, 29syl13anc 1441 . . . . . . . 8 ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))) ∧ (𝑑𝑇𝑒𝑈)) → (𝑎( ·𝑠𝑊)(𝑑(+g𝑊)𝑒)) = ((𝑎( ·𝑠𝑊)𝑑)(+g𝑊)(𝑎( ·𝑠𝑊)𝑒)))
3115, 17, 4syl2anc 696 . . . . . . . . 9 ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))) ∧ (𝑑𝑇𝑒𝑈)) → 𝑇 ∈ (SubGrp‘𝑊))
3215, 22, 6syl2anc 696 . . . . . . . . 9 ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))) ∧ (𝑑𝑇𝑒𝑈)) → 𝑈 ∈ (SubGrp‘𝑊))
3326, 27, 28, 3lssvscl 19078 . . . . . . . . . 10 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆) ∧ (𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑑𝑇)) → (𝑎( ·𝑠𝑊)𝑑) ∈ 𝑇)
3415, 17, 16, 18, 33syl22anc 1440 . . . . . . . . 9 ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))) ∧ (𝑑𝑇𝑒𝑈)) → (𝑎( ·𝑠𝑊)𝑑) ∈ 𝑇)
3526, 27, 28, 3lssvscl 19078 . . . . . . . . . 10 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ (𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑒𝑈)) → (𝑎( ·𝑠𝑊)𝑒) ∈ 𝑈)
3615, 22, 16, 23, 35syl22anc 1440 . . . . . . . . 9 ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))) ∧ (𝑑𝑇𝑒𝑈)) → (𝑎( ·𝑠𝑊)𝑒) ∈ 𝑈)
3711, 8lsmelvali 18186 . . . . . . . . 9 (((𝑇 ∈ (SubGrp‘𝑊) ∧ 𝑈 ∈ (SubGrp‘𝑊)) ∧ ((𝑎( ·𝑠𝑊)𝑑) ∈ 𝑇 ∧ (𝑎( ·𝑠𝑊)𝑒) ∈ 𝑈)) → ((𝑎( ·𝑠𝑊)𝑑)(+g𝑊)(𝑎( ·𝑠𝑊)𝑒)) ∈ (𝑇 𝑈))
3831, 32, 34, 36, 37syl22anc 1440 . . . . . . . 8 ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))) ∧ (𝑑𝑇𝑒𝑈)) → ((𝑎( ·𝑠𝑊)𝑑)(+g𝑊)(𝑎( ·𝑠𝑊)𝑒)) ∈ (𝑇 𝑈))
3930, 38eqeltrd 2803 . . . . . . 7 ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))) ∧ (𝑑𝑇𝑒𝑈)) → (𝑎( ·𝑠𝑊)(𝑑(+g𝑊)𝑒)) ∈ (𝑇 𝑈))
40 oveq2 6773 . . . . . . . 8 (𝑢 = (𝑑(+g𝑊)𝑒) → (𝑎( ·𝑠𝑊)𝑢) = (𝑎( ·𝑠𝑊)(𝑑(+g𝑊)𝑒)))
4140eleq1d 2788 . . . . . . 7 (𝑢 = (𝑑(+g𝑊)𝑒) → ((𝑎( ·𝑠𝑊)𝑢) ∈ (𝑇 𝑈) ↔ (𝑎( ·𝑠𝑊)(𝑑(+g𝑊)𝑒)) ∈ (𝑇 𝑈)))
4239, 41syl5ibrcom 237 . . . . . 6 ((((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))) ∧ (𝑑𝑇𝑒𝑈)) → (𝑢 = (𝑑(+g𝑊)𝑒) → (𝑎( ·𝑠𝑊)𝑢) ∈ (𝑇 𝑈)))
4342rexlimdvva 3140 . . . . 5 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))) → (∃𝑑𝑇𝑒𝑈 𝑢 = (𝑑(+g𝑊)𝑒) → (𝑎( ·𝑠𝑊)𝑢) ∈ (𝑇 𝑈)))
4414, 43sylbid 230 . . . 4 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))) → (𝑢 ∈ (𝑇 𝑈) → (𝑎( ·𝑠𝑊)𝑢) ∈ (𝑇 𝑈)))
4544impr 650 . . 3 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) ∧ (𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑢 ∈ (𝑇 𝑈))) → (𝑎( ·𝑠𝑊)𝑢) ∈ (𝑇 𝑈))
4645ralrimivva 3073 . 2 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) → ∀𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))∀𝑢 ∈ (𝑇 𝑈)(𝑎( ·𝑠𝑊)𝑢) ∈ (𝑇 𝑈))
4726, 28, 19, 27, 3islss4 19085 . . 3 (𝑊 ∈ LMod → ((𝑇 𝑈) ∈ 𝑆 ↔ ((𝑇 𝑈) ∈ (SubGrp‘𝑊) ∧ ∀𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))∀𝑢 ∈ (𝑇 𝑈)(𝑎( ·𝑠𝑊)𝑢) ∈ (𝑇 𝑈))))
48473ad2ant1 1125 . 2 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) → ((𝑇 𝑈) ∈ 𝑆 ↔ ((𝑇 𝑈) ∈ (SubGrp‘𝑊) ∧ ∀𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊))∀𝑢 ∈ (𝑇 𝑈)(𝑎( ·𝑠𝑊)𝑢) ∈ (𝑇 𝑈))))
4910, 46, 48mpbir2and 995 1 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑆𝑈𝑆) → (𝑇 𝑈) ∈ 𝑆)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 383  w3a 1072   = wceq 1596  wcel 2103  wral 3014  wrex 3015  cfv 6001  (class class class)co 6765  Basecbs 15980  +gcplusg 16064  Scalarcsca 16067   ·𝑠 cvsca 16068  SubGrpcsubg 17710  LSSumclsm 18170  Abelcabl 18315  LModclmod 18986  LSubSpclss 19055
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1835  ax-4 1850  ax-5 1952  ax-6 2018  ax-7 2054  ax-8 2105  ax-9 2112  ax-10 2132  ax-11 2147  ax-12 2160  ax-13 2355  ax-ext 2704  ax-rep 4879  ax-sep 4889  ax-nul 4897  ax-pow 4948  ax-pr 5011  ax-un 7066  ax-cnex 10105  ax-resscn 10106  ax-1cn 10107  ax-icn 10108  ax-addcl 10109  ax-addrcl 10110  ax-mulcl 10111  ax-mulrcl 10112  ax-mulcom 10113  ax-addass 10114  ax-mulass 10115  ax-distr 10116  ax-i2m1 10117  ax-1ne0 10118  ax-1rid 10119  ax-rnegex 10120  ax-rrecex 10121  ax-cnre 10122  ax-pre-lttri 10123  ax-pre-lttrn 10124  ax-pre-ltadd 10125  ax-pre-mulgt0 10126
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1599  df-ex 1818  df-nf 1823  df-sb 2011  df-eu 2575  df-mo 2576  df-clab 2711  df-cleq 2717  df-clel 2720  df-nfc 2855  df-ne 2897  df-nel 3000  df-ral 3019  df-rex 3020  df-reu 3021  df-rmo 3022  df-rab 3023  df-v 3306  df-sbc 3542  df-csb 3640  df-dif 3683  df-un 3685  df-in 3687  df-ss 3694  df-pss 3696  df-nul 4024  df-if 4195  df-pw 4268  df-sn 4286  df-pr 4288  df-tp 4290  df-op 4292  df-uni 4545  df-iun 4630  df-br 4761  df-opab 4821  df-mpt 4838  df-tr 4861  df-id 5128  df-eprel 5133  df-po 5139  df-so 5140  df-fr 5177  df-we 5179  df-xp 5224  df-rel 5225  df-cnv 5226  df-co 5227  df-dm 5228  df-rn 5229  df-res 5230  df-ima 5231  df-pred 5793  df-ord 5839  df-on 5840  df-lim 5841  df-suc 5842  df-iota 5964  df-fun 6003  df-fn 6004  df-f 6005  df-f1 6006  df-fo 6007  df-f1o 6008  df-fv 6009  df-riota 6726  df-ov 6768  df-oprab 6769  df-mpt2 6770  df-om 7183  df-1st 7285  df-2nd 7286  df-wrecs 7527  df-recs 7588  df-rdg 7626  df-er 7862  df-en 8073  df-dom 8074  df-sdom 8075  df-pnf 10189  df-mnf 10190  df-xr 10191  df-ltxr 10192  df-le 10193  df-sub 10381  df-neg 10382  df-nn 11134  df-2 11192  df-ndx 15983  df-slot 15984  df-base 15986  df-sets 15987  df-ress 15988  df-plusg 16077  df-0g 16225  df-mgm 17364  df-sgrp 17406  df-mnd 17417  df-submnd 17458  df-grp 17547  df-minusg 17548  df-sbg 17549  df-subg 17713  df-cntz 17871  df-lsm 18172  df-cmn 18316  df-abl 18317  df-mgp 18611  df-ur 18623  df-ring 18670  df-lmod 18988  df-lss 19056
This theorem is referenced by:  lsmelval2  19208  lsmsp  19209  lspprabs  19218  pj1lmhm  19223  lspabs3  19244  pjth  23331  lshpnelb  34691  lsmsat  34715  lsmcv2  34736  lcvat  34737  lcvexchlem4  34744  lcvexchlem5  34745  lcv1  34748  lsatexch  34750  lsatcv0eq  34754  lsatcvatlem  34756  lsatcvat2  34758  lsatcvat3  34759  lkrlsp  34809  dia2dimlem7  36778  dihjustlem  36924  dihord1  36926  dihlsscpre  36942  dihjatcclem2  37127  dihjat1lem  37136  dochexmidlem5  37172  dochexmidlem6  37173  dochexmidlem8  37175  lcfrlem23  37273  mapdlsmcl  37371  mapdlsm  37372  mapdpglem1  37380  mapdpglem2a  37382  mapdindp0  37427  mapdheq4lem  37439  mapdh6lem1N  37441  mapdh6lem2N  37442  hdmap1l6lem1  37516  hdmap1l6lem2  37517  hdmaprnlem3eN  37569  kercvrlsm  38072
  Copyright terms: Public domain W3C validator