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

Theorem obslbs 19993
Description: An orthogonal basis is a linear basis iff the span of the basis elements is closed (which is usually not true). (Contributed by Mario Carneiro, 29-Oct-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
obslbs.j 𝐽 = (LBasis‘𝑊)
obslbs.n 𝑁 = (LSpan‘𝑊)
obslbs.c 𝐶 = (CSubSp‘𝑊)
Assertion
Ref Expression
obslbs (𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) → (𝐵𝐽 ↔ (𝑁𝐵) ∈ 𝐶))

Proof of Theorem obslbs
Dummy variables 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 obsrcl 19986 . . . . . 6 (𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) → 𝑊 ∈ PreHil)
2 eqid 2621 . . . . . . 7 (Base‘𝑊) = (Base‘𝑊)
32obsss 19987 . . . . . 6 (𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) → 𝐵 ⊆ (Base‘𝑊))
4 eqid 2621 . . . . . . 7 (ocv‘𝑊) = (ocv‘𝑊)
5 obslbs.n . . . . . . 7 𝑁 = (LSpan‘𝑊)
62, 4, 5ocvlsp 19939 . . . . . 6 ((𝑊 ∈ PreHil ∧ 𝐵 ⊆ (Base‘𝑊)) → ((ocv‘𝑊)‘(𝑁𝐵)) = ((ocv‘𝑊)‘𝐵))
71, 3, 6syl2anc 692 . . . . 5 (𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) → ((ocv‘𝑊)‘(𝑁𝐵)) = ((ocv‘𝑊)‘𝐵))
87fveq2d 6152 . . . 4 (𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) → ((ocv‘𝑊)‘((ocv‘𝑊)‘(𝑁𝐵))) = ((ocv‘𝑊)‘((ocv‘𝑊)‘𝐵)))
94, 2obs2ocv 19990 . . . 4 (𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) → ((ocv‘𝑊)‘((ocv‘𝑊)‘𝐵)) = (Base‘𝑊))
108, 9eqtrd 2655 . . 3 (𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) → ((ocv‘𝑊)‘((ocv‘𝑊)‘(𝑁𝐵))) = (Base‘𝑊))
1110eqeq2d 2631 . 2 (𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) → ((𝑁𝐵) = ((ocv‘𝑊)‘((ocv‘𝑊)‘(𝑁𝐵))) ↔ (𝑁𝐵) = (Base‘𝑊)))
12 obslbs.c . . . 4 𝐶 = (CSubSp‘𝑊)
134, 12iscss 19946 . . 3 (𝑊 ∈ PreHil → ((𝑁𝐵) ∈ 𝐶 ↔ (𝑁𝐵) = ((ocv‘𝑊)‘((ocv‘𝑊)‘(𝑁𝐵)))))
141, 13syl 17 . 2 (𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) → ((𝑁𝐵) ∈ 𝐶 ↔ (𝑁𝐵) = ((ocv‘𝑊)‘((ocv‘𝑊)‘(𝑁𝐵)))))
15 phllvec 19893 . . . 4 (𝑊 ∈ PreHil → 𝑊 ∈ LVec)
161, 15syl 17 . . 3 (𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) → 𝑊 ∈ LVec)
17 pssnel 4011 . . . . . . 7 (𝑥𝐵 → ∃𝑦(𝑦𝐵 ∧ ¬ 𝑦𝑥))
1817adantl 482 . . . . . 6 ((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) → ∃𝑦(𝑦𝐵 ∧ ¬ 𝑦𝑥))
19 simpll 789 . . . . . . . . . . 11 (((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → 𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊))
20 pssss 3680 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥𝐵𝑥𝐵)
2120ad2antlr 762 . . . . . . . . . . 11 (((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → 𝑥𝐵)
22 simpr 477 . . . . . . . . . . 11 (((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → 𝑦𝐵)
234obselocv 19991 . . . . . . . . . . 11 ((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵𝑦𝐵) → (𝑦 ∈ ((ocv‘𝑊)‘𝑥) ↔ ¬ 𝑦𝑥))
2419, 21, 22, 23syl3anc 1323 . . . . . . . . . 10 (((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → (𝑦 ∈ ((ocv‘𝑊)‘𝑥) ↔ ¬ 𝑦𝑥))
25 eqid 2621 . . . . . . . . . . . . . 14 (0g𝑊) = (0g𝑊)
2625obsne0 19988 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑦𝐵) → 𝑦 ≠ (0g𝑊))
2719, 22, 26syl2anc 692 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → 𝑦 ≠ (0g𝑊))
28 nelsn 4183 . . . . . . . . . . . 12 (𝑦 ≠ (0g𝑊) → ¬ 𝑦 ∈ {(0g𝑊)})
2927, 28syl 17 . . . . . . . . . . 11 (((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → ¬ 𝑦 ∈ {(0g𝑊)})
30 nelne1 2886 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑦 ∈ ((ocv‘𝑊)‘𝑥) ∧ ¬ 𝑦 ∈ {(0g𝑊)}) → ((ocv‘𝑊)‘𝑥) ≠ {(0g𝑊)})
3130expcom 451 . . . . . . . . . . 11 𝑦 ∈ {(0g𝑊)} → (𝑦 ∈ ((ocv‘𝑊)‘𝑥) → ((ocv‘𝑊)‘𝑥) ≠ {(0g𝑊)}))
3229, 31syl 17 . . . . . . . . . 10 (((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → (𝑦 ∈ ((ocv‘𝑊)‘𝑥) → ((ocv‘𝑊)‘𝑥) ≠ {(0g𝑊)}))
3324, 32sylbird 250 . . . . . . . . 9 (((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → (¬ 𝑦𝑥 → ((ocv‘𝑊)‘𝑥) ≠ {(0g𝑊)}))
34 npss 3695 . . . . . . . . . . 11 (¬ (𝑁𝑥) ⊊ (Base‘𝑊) ↔ ((𝑁𝑥) ⊆ (Base‘𝑊) → (𝑁𝑥) = (Base‘𝑊)))
35 phllmod 19894 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑊 ∈ PreHil → 𝑊 ∈ LMod)
361, 35syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) → 𝑊 ∈ LMod)
3736ad2antrr 761 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → 𝑊 ∈ LMod)
383ad2antrr 761 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → 𝐵 ⊆ (Base‘𝑊))
3921, 38sstrd 3593 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → 𝑥 ⊆ (Base‘𝑊))
402, 5lspssv 18902 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑥 ⊆ (Base‘𝑊)) → (𝑁𝑥) ⊆ (Base‘𝑊))
4137, 39, 40syl2anc 692 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → (𝑁𝑥) ⊆ (Base‘𝑊))
42 fveq2 6148 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁𝑥) = (Base‘𝑊) → ((ocv‘𝑊)‘(𝑁𝑥)) = ((ocv‘𝑊)‘(Base‘𝑊)))
431ad2antrr 761 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → 𝑊 ∈ PreHil)
442, 4, 5ocvlsp 19939 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑊 ∈ PreHil ∧ 𝑥 ⊆ (Base‘𝑊)) → ((ocv‘𝑊)‘(𝑁𝑥)) = ((ocv‘𝑊)‘𝑥))
4543, 39, 44syl2anc 692 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → ((ocv‘𝑊)‘(𝑁𝑥)) = ((ocv‘𝑊)‘𝑥))
462, 4, 25ocv1 19942 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑊 ∈ PreHil → ((ocv‘𝑊)‘(Base‘𝑊)) = {(0g𝑊)})
4743, 46syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → ((ocv‘𝑊)‘(Base‘𝑊)) = {(0g𝑊)})
4845, 47eqeq12d 2636 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → (((ocv‘𝑊)‘(𝑁𝑥)) = ((ocv‘𝑊)‘(Base‘𝑊)) ↔ ((ocv‘𝑊)‘𝑥) = {(0g𝑊)}))
4942, 48syl5ib 234 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → ((𝑁𝑥) = (Base‘𝑊) → ((ocv‘𝑊)‘𝑥) = {(0g𝑊)}))
5041, 49embantd 59 . . . . . . . . . . 11 (((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → (((𝑁𝑥) ⊆ (Base‘𝑊) → (𝑁𝑥) = (Base‘𝑊)) → ((ocv‘𝑊)‘𝑥) = {(0g𝑊)}))
5134, 50syl5bi 232 . . . . . . . . . 10 (((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → (¬ (𝑁𝑥) ⊊ (Base‘𝑊) → ((ocv‘𝑊)‘𝑥) = {(0g𝑊)}))
5251necon1ad 2807 . . . . . . . . 9 (((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → (((ocv‘𝑊)‘𝑥) ≠ {(0g𝑊)} → (𝑁𝑥) ⊊ (Base‘𝑊)))
5333, 52syld 47 . . . . . . . 8 (((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → (¬ 𝑦𝑥 → (𝑁𝑥) ⊊ (Base‘𝑊)))
5453expimpd 628 . . . . . . 7 ((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) → ((𝑦𝐵 ∧ ¬ 𝑦𝑥) → (𝑁𝑥) ⊊ (Base‘𝑊)))
5554exlimdv 1858 . . . . . 6 ((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) → (∃𝑦(𝑦𝐵 ∧ ¬ 𝑦𝑥) → (𝑁𝑥) ⊊ (Base‘𝑊)))
5618, 55mpd 15 . . . . 5 ((𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) ∧ 𝑥𝐵) → (𝑁𝑥) ⊊ (Base‘𝑊))
5756ex 450 . . . 4 (𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) → (𝑥𝐵 → (𝑁𝑥) ⊊ (Base‘𝑊)))
5857alrimiv 1852 . . 3 (𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) → ∀𝑥(𝑥𝐵 → (𝑁𝑥) ⊊ (Base‘𝑊)))
59 obslbs.j . . . . . 6 𝐽 = (LBasis‘𝑊)
602, 59, 5islbs3 19074 . . . . 5 (𝑊 ∈ LVec → (𝐵𝐽 ↔ (𝐵 ⊆ (Base‘𝑊) ∧ (𝑁𝐵) = (Base‘𝑊) ∧ ∀𝑥(𝑥𝐵 → (𝑁𝑥) ⊊ (Base‘𝑊)))))
61 3anan32 1048 . . . . 5 ((𝐵 ⊆ (Base‘𝑊) ∧ (𝑁𝐵) = (Base‘𝑊) ∧ ∀𝑥(𝑥𝐵 → (𝑁𝑥) ⊊ (Base‘𝑊))) ↔ ((𝐵 ⊆ (Base‘𝑊) ∧ ∀𝑥(𝑥𝐵 → (𝑁𝑥) ⊊ (Base‘𝑊))) ∧ (𝑁𝐵) = (Base‘𝑊)))
6260, 61syl6bb 276 . . . 4 (𝑊 ∈ LVec → (𝐵𝐽 ↔ ((𝐵 ⊆ (Base‘𝑊) ∧ ∀𝑥(𝑥𝐵 → (𝑁𝑥) ⊊ (Base‘𝑊))) ∧ (𝑁𝐵) = (Base‘𝑊))))
6362baibd 947 . . 3 ((𝑊 ∈ LVec ∧ (𝐵 ⊆ (Base‘𝑊) ∧ ∀𝑥(𝑥𝐵 → (𝑁𝑥) ⊊ (Base‘𝑊)))) → (𝐵𝐽 ↔ (𝑁𝐵) = (Base‘𝑊)))
6416, 3, 58, 63syl12anc 1321 . 2 (𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) → (𝐵𝐽 ↔ (𝑁𝐵) = (Base‘𝑊)))
6511, 14, 643bitr4rd 301 1 (𝐵 ∈ (OBasis‘𝑊) → (𝐵𝐽 ↔ (𝑁𝐵) ∈ 𝐶))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 196  wa 384  w3a 1036  wal 1478   = wceq 1480  wex 1701  wcel 1987  wne 2790  wss 3555  wpss 3556  {csn 4148  cfv 5847  Basecbs 15781  0gc0g 16021  LModclmod 18784  LSpanclspn 18890  LBasisclbs 18993  LVecclvec 19021  PreHilcphl 19888  ocvcocv 19923  CSubSpccss 19924  OBasiscobs 19965
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1719  ax-4 1734  ax-5 1836  ax-6 1885  ax-7 1932  ax-8 1989  ax-9 1996  ax-10 2016  ax-11 2031  ax-12 2044  ax-13 2245  ax-ext 2601  ax-rep 4731  ax-sep 4741  ax-nul 4749  ax-pow 4803  ax-pr 4867  ax-un 6902  ax-cnex 9936  ax-resscn 9937  ax-1cn 9938  ax-icn 9939  ax-addcl 9940  ax-addrcl 9941  ax-mulcl 9942  ax-mulrcl 9943  ax-mulcom 9944  ax-addass 9945  ax-mulass 9946  ax-distr 9947  ax-i2m1 9948  ax-1ne0 9949  ax-1rid 9950  ax-rnegex 9951  ax-rrecex 9952  ax-cnre 9953  ax-pre-lttri 9954  ax-pre-lttrn 9955  ax-pre-ltadd 9956  ax-pre-mulgt0 9957
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1037  df-3an 1038  df-tru 1483  df-ex 1702  df-nf 1707  df-sb 1878  df-eu 2473  df-mo 2474  df-clab 2608  df-cleq 2614  df-clel 2617  df-nfc 2750  df-ne 2791  df-nel 2894  df-ral 2912  df-rex 2913  df-reu 2914  df-rmo 2915  df-rab 2916  df-v 3188  df-sbc 3418  df-csb 3515  df-dif 3558  df-un 3560  df-in 3562  df-ss 3569  df-pss 3571  df-nul 3892  df-if 4059  df-pw 4132  df-sn 4149  df-pr 4151  df-tp 4153  df-op 4155  df-uni 4403  df-int 4441  df-iun 4487  df-br 4614  df-opab 4674  df-mpt 4675  df-tr 4713  df-eprel 4985  df-id 4989  df-po 4995  df-so 4996  df-fr 5033  df-we 5035  df-xp 5080  df-rel 5081  df-cnv 5082  df-co 5083  df-dm 5084  df-rn 5085  df-res 5086  df-ima 5087  df-pred 5639  df-ord 5685  df-on 5686  df-lim 5687  df-suc 5688  df-iota 5810  df-fun 5849  df-fn 5850  df-f 5851  df-f1 5852  df-fo 5853  df-f1o 5854  df-fv 5855  df-riota 6565  df-ov 6607  df-oprab 6608  df-mpt2 6609  df-om 7013  df-1st 7113  df-2nd 7114  df-tpos 7297  df-wrecs 7352  df-recs 7413  df-rdg 7451  df-er 7687  df-map 7804  df-en 7900  df-dom 7901  df-sdom 7902  df-pnf 10020  df-mnf 10021  df-xr 10022  df-ltxr 10023  df-le 10024  df-sub 10212  df-neg 10213  df-nn 10965  df-2 11023  df-3 11024  df-4 11025  df-5 11026  df-6 11027  df-7 11028  df-8 11029  df-ndx 15784  df-slot 15785  df-base 15786  df-sets 15787  df-ress 15788  df-plusg 15875  df-mulr 15876  df-sca 15878  df-vsca 15879  df-ip 15880  df-0g 16023  df-mgm 17163  df-sgrp 17205  df-mnd 17216  df-mhm 17256  df-grp 17346  df-minusg 17347  df-sbg 17348  df-ghm 17579  df-mgp 18411  df-ur 18423  df-ring 18470  df-oppr 18544  df-dvdsr 18562  df-unit 18563  df-invr 18593  df-rnghom 18636  df-drng 18670  df-staf 18766  df-srng 18767  df-lmod 18786  df-lss 18852  df-lsp 18891  df-lmhm 18941  df-lbs 18994  df-lvec 19022  df-sra 19091  df-rgmod 19092  df-phl 19890  df-ocv 19926  df-css 19927  df-obs 19968
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator