Theorem ellspd 20941

Description: The elements of the span of an indexed collection of basic vectors are those vectors which can be written as finite linear combinations of basic vectors. (Contributed by Stefan O'Rear, 7-Feb-2015.) (Revised by AV, 24-Jun-2019.) (Revised by AV, 11-Apr-2024.)

Hypotheses

Ref	Expression
ellspd.n	⊢ 𝑁 = (LSpan‘𝑀)
ellspd.v	⊢ 𝐵 = (Base‘𝑀)
ellspd.k	⊢ 𝐾 = (Base‘𝑆)
ellspd.s	⊢ 𝑆 = (Scalar‘𝑀)
ellspd.z	⊢ 0 = (0g‘𝑆)
ellspd.t	⊢ · = ( ·𝑠 ‘𝑀)
ellspd.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:𝐼⟶𝐵)
ellspd.m	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ LMod)
ellspd.i	⊢ (𝜑 → 𝐼 ∈ 𝑉)

Assertion

Ref	Expression
ellspd	⊢ (𝜑 → (𝑋 ∈ (𝑁‘(𝐹 “ 𝐼)) ↔ ∃𝑓 ∈ (𝐾 ↑m 𝐼)(𝑓 finSupp 0 ∧ 𝑋 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹)))))

Distinct variable groups:   𝐵,𝑓   𝑓,𝐹   𝑓,𝐼   𝑓,𝐾   𝑓,𝑀   𝑓,𝑁   𝑆,𝑓   𝑓,𝑋   0 ,𝑓   · ,𝑓   𝜑,𝑓   𝑓,𝑉

Proof of Theorem ellspd

Dummy variable 𝑎 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ellspd.f	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝐼⟶𝐵)
2		ffn 6507	. . . . . 6 ⊢ (𝐹:𝐼⟶𝐵 → 𝐹 Fn 𝐼)
3		fnima 6471	. . . . . 6 ⊢ (𝐹 Fn 𝐼 → (𝐹 “ 𝐼) = ran 𝐹)
4	1, 2, 3	3syl 18	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐹 “ 𝐼) = ran 𝐹)
5	4	fveq2d 6667	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑁‘(𝐹 “ 𝐼)) = (𝑁‘ran 𝐹))
6		eqid 2820	. . . . . 6 ⊢ (𝑓 ∈ (Base‘(𝑆 freeLMod 𝐼)) ↦ (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹))) = (𝑓 ∈ (Base‘(𝑆 freeLMod 𝐼)) ↦ (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹)))
7	6	rnmpt 5820	. . . . 5 ⊢ ran (𝑓 ∈ (Base‘(𝑆 freeLMod 𝐼)) ↦ (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹))) = {𝑎 ∣ ∃𝑓 ∈ (Base‘(𝑆 freeLMod 𝐼))𝑎 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹))}
8		eqid 2820	. . . . . 6 ⊢ (𝑆 freeLMod 𝐼) = (𝑆 freeLMod 𝐼)
9		eqid 2820	. . . . . 6 ⊢ (Base‘(𝑆 freeLMod 𝐼)) = (Base‘(𝑆 freeLMod 𝐼))
10		ellspd.v	. . . . . 6 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝑀)
11		ellspd.t	. . . . . 6 ⊢ · = ( ·𝑠 ‘𝑀)
12		ellspd.m	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ LMod)
13		ellspd.i	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐼 ∈ 𝑉)
14		ellspd.s	. . . . . . 7 ⊢ 𝑆 = (Scalar‘𝑀)
15	14	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑆 = (Scalar‘𝑀))
16		ellspd.n	. . . . . 6 ⊢ 𝑁 = (LSpan‘𝑀)
17	8, 9, 10, 11, 6, 12, 13, 15, 1, 16	frlmup3 20939	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ran (𝑓 ∈ (Base‘(𝑆 freeLMod 𝐼)) ↦ (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹))) = (𝑁‘ran 𝐹))
18	7, 17	syl5eqr 2869	. . . 4 ⊢ (𝜑 → {𝑎 ∣ ∃𝑓 ∈ (Base‘(𝑆 freeLMod 𝐼))𝑎 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹))} = (𝑁‘ran 𝐹))
19	5, 18	eqtr4d 2858	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑁‘(𝐹 “ 𝐼)) = {𝑎 ∣ ∃𝑓 ∈ (Base‘(𝑆 freeLMod 𝐼))𝑎 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹))})
20	19	eleq2d 2897	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝑋 ∈ (𝑁‘(𝐹 “ 𝐼)) ↔ 𝑋 ∈ {𝑎 ∣ ∃𝑓 ∈ (Base‘(𝑆 freeLMod 𝐼))𝑎 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹))}))
21		ovex 7182	. . . . . 6 ⊢ (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹)) ∈ V
22		eleq1 2899	. . . . . 6 ⊢ (𝑋 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹)) → (𝑋 ∈ V ↔ (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹)) ∈ V))
23	21, 22	mpbiri 260	. . . . 5 ⊢ (𝑋 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹)) → 𝑋 ∈ V)
24	23	rexlimivw 3281	. . . 4 ⊢ (∃𝑓 ∈ (Base‘(𝑆 freeLMod 𝐼))𝑋 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹)) → 𝑋 ∈ V)
25		eqeq1 2824	. . . . 5 ⊢ (𝑎 = 𝑋 → (𝑎 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹)) ↔ 𝑋 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹))))
26	25	rexbidv 3296	. . . 4 ⊢ (𝑎 = 𝑋 → (∃𝑓 ∈ (Base‘(𝑆 freeLMod 𝐼))𝑎 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹)) ↔ ∃𝑓 ∈ (Base‘(𝑆 freeLMod 𝐼))𝑋 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹))))
27	24, 26	elab3 3670	. . 3 ⊢ (𝑋 ∈ {𝑎 ∣ ∃𝑓 ∈ (Base‘(𝑆 freeLMod 𝐼))𝑎 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹))} ↔ ∃𝑓 ∈ (Base‘(𝑆 freeLMod 𝐼))𝑋 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹)))
28	14	fvexi 6677	. . . . . . 7 ⊢ 𝑆 ∈ V
29		ellspd.k	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐾 = (Base‘𝑆)
30		ellspd.z	. . . . . . . 8 ⊢ 0 = (0g‘𝑆)
31		eqid 2820	. . . . . . . 8 ⊢ {𝑎 ∈ (𝐾 ↑m 𝐼) ∣ 𝑎 finSupp 0 } = {𝑎 ∈ (𝐾 ↑m 𝐼) ∣ 𝑎 finSupp 0 }
32	8, 29, 30, 31	frlmbas 20894	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑆 ∈ V ∧ 𝐼 ∈ 𝑉) → {𝑎 ∈ (𝐾 ↑m 𝐼) ∣ 𝑎 finSupp 0 } = (Base‘(𝑆 freeLMod 𝐼)))
33	28, 13, 32	sylancr 589	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → {𝑎 ∈ (𝐾 ↑m 𝐼) ∣ 𝑎 finSupp 0 } = (Base‘(𝑆 freeLMod 𝐼)))
34	33	eqcomd 2826	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (Base‘(𝑆 freeLMod 𝐼)) = {𝑎 ∈ (𝐾 ↑m 𝐼) ∣ 𝑎 finSupp 0 })
35	34	rexeqdv 3415	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (∃𝑓 ∈ (Base‘(𝑆 freeLMod 𝐼))𝑋 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹)) ↔ ∃𝑓 ∈ {𝑎 ∈ (𝐾 ↑m 𝐼) ∣ 𝑎 finSupp 0 }𝑋 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹))))
36		breq1 5062	. . . . 5 ⊢ (𝑎 = 𝑓 → (𝑎 finSupp 0 ↔ 𝑓 finSupp 0 ))
37	36	rexrab 3683	. . . 4 ⊢ (∃𝑓 ∈ {𝑎 ∈ (𝐾 ↑m 𝐼) ∣ 𝑎 finSupp 0 }𝑋 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹)) ↔ ∃𝑓 ∈ (𝐾 ↑m 𝐼)(𝑓 finSupp 0 ∧ 𝑋 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹))))
38	35, 37	syl6bb 289	. . 3 ⊢ (𝜑 → (∃𝑓 ∈ (Base‘(𝑆 freeLMod 𝐼))𝑋 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹)) ↔ ∃𝑓 ∈ (𝐾 ↑m 𝐼)(𝑓 finSupp 0 ∧ 𝑋 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹)))))
39	27, 38	syl5bb 285	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝑋 ∈ {𝑎 ∣ ∃𝑓 ∈ (Base‘(𝑆 freeLMod 𝐼))𝑎 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹))} ↔ ∃𝑓 ∈ (𝐾 ↑m 𝐼)(𝑓 finSupp 0 ∧ 𝑋 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹)))))
40	20, 39	bitrd 281	1 ⊢ (𝜑 → (𝑋 ∈ (𝑁‘(𝐹 “ 𝐼)) ↔ ∃𝑓 ∈ (𝐾 ↑m 𝐼)(𝑓 finSupp 0 ∧ 𝑋 = (𝑀 Σg (𝑓 ∘f · 𝐹)))))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 208   ∧ wa 398   = wceq 1536   ∈ wcel 2113  {cab 2798  ∃wrex 3138  {crab 3141  Vcvv 3491   class class class wbr 5059   ↦ cmpt 5139  ran crn 5549   “ cima 5551   Fn wfn 6343  ⟶wf 6344  ‘cfv 6348  (class class class)co 7149   ∘_f cof 7400   ↑_m cmap 8399   finSupp cfsupp 8826  Basecbs 16478  Scalarcsca 16563   ·_𝑠 cvsca 16564  0_gc0g 16708   Σ_g cgsu 16709  LModclmod 19629  LSpanclspn 19738   freeLMod cfrlm 20885

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1969  ax-7 2014  ax-8 2115  ax-9 2123  ax-10 2144  ax-11 2160  ax-12 2176  ax-ext 2792  ax-rep 5183  ax-sep 5196  ax-nul 5203  ax-pow 5259  ax-pr 5323  ax-un 7454  ax-cnex 10586  ax-resscn 10587  ax-1cn 10588  ax-icn 10589  ax-addcl 10590  ax-addrcl 10591  ax-mulcl 10592  ax-mulrcl 10593  ax-mulcom 10594  ax-addass 10595  ax-mulass 10596  ax-distr 10597  ax-i2m1 10598  ax-1ne0 10599  ax-1rid 10600  ax-rnegex 10601  ax-rrecex 10602  ax-cnre 10603  ax-pre-lttri 10604  ax-pre-lttrn 10605  ax-pre-ltadd 10606  ax-pre-mulgt0 10607

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 844  df-3or 1083  df-3an 1084  df-tru 1539  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2069  df-mo 2621  df-eu 2653  df-clab 2799  df-cleq 2813  df-clel 2892  df-nfc 2962  df-ne 3016  df-nel 3123  df-ral 3142  df-rex 3143  df-reu 3144  df-rmo 3145  df-rab 3146  df-v 3493  df-sbc 3769  df-csb 3877  df-dif 3932  df-un 3934  df-in 3936  df-ss 3945  df-pss 3947  df-nul 4285  df-if 4461  df-pw 4534  df-sn 4561  df-pr 4563  df-tp 4565  df-op 4567  df-uni 4832  df-int 4870  df-iun 4914  df-iin 4915  df-br 5060  df-opab 5122  df-mpt 5140  df-tr 5166  df-id 5453  df-eprel 5458  df-po 5467  df-so 5468  df-fr 5507  df-se 5508  df-we 5509  df-xp 5554  df-rel 5555  df-cnv 5556  df-co 5557  df-dm 5558  df-rn 5559  df-res 5560  df-ima 5561  df-pred 6141  df-ord 6187  df-on 6188  df-lim 6189  df-suc 6190  df-iota 6307  df-fun 6350  df-fn 6351  df-f 6352  df-f1 6353  df-fo 6354  df-f1o 6355  df-fv 6356  df-isom 6357  df-riota 7107  df-ov 7152  df-oprab 7153  df-mpo 7154  df-of 7402  df-om 7574  df-1st 7682  df-2nd 7683  df-supp 7824  df-wrecs 7940  df-recs 8001  df-rdg 8039  df-1o 8095  df-oadd 8099  df-er 8282  df-map 8401  df-ixp 8455  df-en 8503  df-dom 8504  df-sdom 8505  df-fin 8506  df-fsupp 8827  df-sup 8899  df-oi 8967  df-card 9361  df-pnf 10670  df-mnf 10671  df-xr 10672  df-ltxr 10673  df-le 10674  df-sub 10865  df-neg 10866  df-nn 11632  df-2 11694  df-3 11695  df-4 11696  df-5 11697  df-6 11698  df-7 11699  df-8 11700  df-9 11701  df-n0 11892  df-z 11976  df-dec 12093  df-uz 12238  df-fz 12890  df-fzo 13031  df-seq 13367  df-hash 13688  df-struct 16480  df-ndx 16481  df-slot 16482  df-base 16484  df-sets 16485  df-ress 16486  df-plusg 16573  df-mulr 16574  df-sca 16576  df-vsca 16577  df-ip 16578  df-tset 16579  df-ple 16580  df-ds 16582  df-hom 16584  df-cco 16585  df-0g 16710  df-gsum 16711  df-prds 16716  df-pws 16718  df-mre 16852  df-mrc 16853  df-acs 16855  df-mgm 17847  df-sgrp 17896  df-mnd 17907  df-mhm 17951  df-submnd 17952  df-grp 18101  df-minusg 18102  df-sbg 18103  df-mulg 18220  df-subg 18271  df-ghm 18351  df-cntz 18442  df-cmn 18903  df-abl 18904  df-mgp 19235  df-ur 19247  df-ring 19294  df-subrg 19528  df-lmod 19631  df-lss 19699  df-lsp 19739  df-lmhm 19789  df-lbs 19842  df-sra 19939  df-rgmod 19940  df-nzr 20026  df-dsmm 20871  df-frlm 20886  df-uvc 20922

This theorem is referenced by:  elfilspd  20942  islindf4  20977  ellspds  30954  fedgmul  31051