Theorem islss 20911

Description: The predicate "is a subspace" (of a left module or left vector space). (Contributed by NM, 8-Dec-2013.) (Revised by Mario Carneiro, 8-Jan-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
lssset.f	⊢ 𝐹 = (Scalar‘𝑊)
lssset.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝐹)
lssset.v	⊢ 𝑉 = (Base‘𝑊)
lssset.p	⊢ + = (+g‘𝑊)
lssset.t	⊢ · = ( ·𝑠 ‘𝑊)
lssset.s	⊢ 𝑆 = (LSubSp‘𝑊)

Assertion

Ref	Expression
islss	⊢ (𝑈 ∈ 𝑆 ↔ (𝑈 ⊆ 𝑉 ∧ 𝑈 ≠ ∅ ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑎 ∈ 𝑈 ∀𝑏 ∈ 𝑈 ((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑈))

Distinct variable groups:   𝑥,𝐵   𝑎,𝑏,𝑥,𝑊   𝑈,𝑎,𝑏,𝑥

Allowed substitution hints:   𝐵(𝑎,𝑏)   + (𝑥,𝑎,𝑏)   𝑆(𝑥,𝑎,𝑏)   · (𝑥,𝑎,𝑏)   𝐹(𝑥,𝑎,𝑏)   𝑉(𝑥,𝑎,𝑏)

Proof of Theorem islss

Dummy variable 𝑠 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		elfvex 6939	. . 3 ⊢ (𝑈 ∈ (LSubSp‘𝑊) → 𝑊 ∈ V)
2		lssset.s	. . 3 ⊢ 𝑆 = (LSubSp‘𝑊)
3	1, 2	eleq2s 2844	. 2 ⊢ (𝑈 ∈ 𝑆 → 𝑊 ∈ V)
4		lssset.v	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑉 = (Base‘𝑊)
5		fvprc 6893	. . . . . . . . 9 ⊢ (¬ 𝑊 ∈ V → (Base‘𝑊) = ∅)
6	4, 5	eqtrid 2778	. . . . . . . 8 ⊢ (¬ 𝑊 ∈ V → 𝑉 = ∅)
7	6	sseq2d 4012	. . . . . . 7 ⊢ (¬ 𝑊 ∈ V → (𝑈 ⊆ 𝑉 ↔ 𝑈 ⊆ ∅))
8	7	biimpcd 248	. . . . . 6 ⊢ (𝑈 ⊆ 𝑉 → (¬ 𝑊 ∈ V → 𝑈 ⊆ ∅))
9		ss0 4403	. . . . . 6 ⊢ (𝑈 ⊆ ∅ → 𝑈 = ∅)
10	8, 9	syl6 35	. . . . 5 ⊢ (𝑈 ⊆ 𝑉 → (¬ 𝑊 ∈ V → 𝑈 = ∅))
11	10	necon1ad 2947	. . . 4 ⊢ (𝑈 ⊆ 𝑉 → (𝑈 ≠ ∅ → 𝑊 ∈ V))
12	11	imp 405	. . 3 ⊢ ((𝑈 ⊆ 𝑉 ∧ 𝑈 ≠ ∅) → 𝑊 ∈ V)
13	12	3adant3 1129	. 2 ⊢ ((𝑈 ⊆ 𝑉 ∧ 𝑈 ≠ ∅ ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑎 ∈ 𝑈 ∀𝑏 ∈ 𝑈 ((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑈) → 𝑊 ∈ V)
14		lssset.f	. . . . 5 ⊢ 𝐹 = (Scalar‘𝑊)
15		lssset.b	. . . . 5 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐹)
16		lssset.p	. . . . 5 ⊢ + = (+g‘𝑊)
17		lssset.t	. . . . 5 ⊢ · = ( ·𝑠 ‘𝑊)
18	14, 15, 4, 16, 17, 2	lssset 20910	. . . 4 ⊢ (𝑊 ∈ V → 𝑆 = {𝑠 ∈ (𝒫 𝑉 ∖ {∅}) ∣ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑎 ∈ 𝑠 ∀𝑏 ∈ 𝑠 ((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑠})
19	18	eleq2d 2812	. . 3 ⊢ (𝑊 ∈ V → (𝑈 ∈ 𝑆 ↔ 𝑈 ∈ {𝑠 ∈ (𝒫 𝑉 ∖ {∅}) ∣ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑎 ∈ 𝑠 ∀𝑏 ∈ 𝑠 ((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑠}))
20		eldifsn 4795	. . . . . 6 ⊢ (𝑈 ∈ (𝒫 𝑉 ∖ {∅}) ↔ (𝑈 ∈ 𝒫 𝑉 ∧ 𝑈 ≠ ∅))
21	4	fvexi 6915	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑉 ∈ V
22	21	elpw2 5352	. . . . . . 7 ⊢ (𝑈 ∈ 𝒫 𝑉 ↔ 𝑈 ⊆ 𝑉)
23	22	anbi1i 622	. . . . . 6 ⊢ ((𝑈 ∈ 𝒫 𝑉 ∧ 𝑈 ≠ ∅) ↔ (𝑈 ⊆ 𝑉 ∧ 𝑈 ≠ ∅))
24	20, 23	bitri 274	. . . . 5 ⊢ (𝑈 ∈ (𝒫 𝑉 ∖ {∅}) ↔ (𝑈 ⊆ 𝑉 ∧ 𝑈 ≠ ∅))
25	24	anbi1i 622	. . . 4 ⊢ ((𝑈 ∈ (𝒫 𝑉 ∖ {∅}) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑎 ∈ 𝑈 ∀𝑏 ∈ 𝑈 ((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑈) ↔ ((𝑈 ⊆ 𝑉 ∧ 𝑈 ≠ ∅) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑎 ∈ 𝑈 ∀𝑏 ∈ 𝑈 ((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑈))
26		eleq2 2815	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑠 = 𝑈 → (((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑠 ↔ ((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑈))
27	26	raleqbi1dv 3323	. . . . . . 7 ⊢ (𝑠 = 𝑈 → (∀𝑏 ∈ 𝑠 ((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑠 ↔ ∀𝑏 ∈ 𝑈 ((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑈))
28	27	raleqbi1dv 3323	. . . . . 6 ⊢ (𝑠 = 𝑈 → (∀𝑎 ∈ 𝑠 ∀𝑏 ∈ 𝑠 ((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑠 ↔ ∀𝑎 ∈ 𝑈 ∀𝑏 ∈ 𝑈 ((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑈))
29	28	ralbidv 3168	. . . . 5 ⊢ (𝑠 = 𝑈 → (∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑎 ∈ 𝑠 ∀𝑏 ∈ 𝑠 ((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑠 ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑎 ∈ 𝑈 ∀𝑏 ∈ 𝑈 ((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑈))
30	29	elrab 3681	. . . 4 ⊢ (𝑈 ∈ {𝑠 ∈ (𝒫 𝑉 ∖ {∅}) ∣ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑎 ∈ 𝑠 ∀𝑏 ∈ 𝑠 ((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑠} ↔ (𝑈 ∈ (𝒫 𝑉 ∖ {∅}) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑎 ∈ 𝑈 ∀𝑏 ∈ 𝑈 ((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑈))
31		df-3an 1086	. . . 4 ⊢ ((𝑈 ⊆ 𝑉 ∧ 𝑈 ≠ ∅ ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑎 ∈ 𝑈 ∀𝑏 ∈ 𝑈 ((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑈) ↔ ((𝑈 ⊆ 𝑉 ∧ 𝑈 ≠ ∅) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑎 ∈ 𝑈 ∀𝑏 ∈ 𝑈 ((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑈))
32	25, 30, 31	3bitr4i 302	. . 3 ⊢ (𝑈 ∈ {𝑠 ∈ (𝒫 𝑉 ∖ {∅}) ∣ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑎 ∈ 𝑠 ∀𝑏 ∈ 𝑠 ((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑠} ↔ (𝑈 ⊆ 𝑉 ∧ 𝑈 ≠ ∅ ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑎 ∈ 𝑈 ∀𝑏 ∈ 𝑈 ((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑈))
33	19, 32	bitrdi 286	. 2 ⊢ (𝑊 ∈ V → (𝑈 ∈ 𝑆 ↔ (𝑈 ⊆ 𝑉 ∧ 𝑈 ≠ ∅ ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑎 ∈ 𝑈 ∀𝑏 ∈ 𝑈 ((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑈)))
34	3, 13, 33	pm5.21nii 377	1 ⊢ (𝑈 ∈ 𝑆 ↔ (𝑈 ⊆ 𝑉 ∧ 𝑈 ≠ ∅ ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑎 ∈ 𝑈 ∀𝑏 ∈ 𝑈 ((𝑥 · 𝑎) + 𝑏) ∈ 𝑈))

Syntax hints:  ¬ wn 3   ↔ wb 205   ∧ wa 394   ∧ w3a 1084   = wceq 1534   ∈ wcel 2099   ≠ wne 2930  ∀wral 3051  {crab 3419  Vcvv 3462   ∖ cdif 3944   ⊆ wss 3947  ∅c0 4325  𝒫 cpw 4607  {csn 4633  ‘cfv 6554  (class class class)co 7424  Basecbs 17213  +_gcplusg 17266  Scalarcsca 17269   ·_𝑠 cvsca 17270  LSubSpclss 20908

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1790  ax-4 1804  ax-5 1906  ax-6 1964  ax-7 2004  ax-8 2101  ax-9 2109  ax-10 2130  ax-11 2147  ax-12 2167  ax-ext 2697  ax-sep 5304  ax-nul 5311  ax-pow 5369  ax-pr 5433

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 395  df-or 846  df-3an 1086  df-tru 1537  df-fal 1547  df-ex 1775  df-nf 1779  df-sb 2061  df-mo 2529  df-eu 2558  df-clab 2704  df-cleq 2718  df-clel 2803  df-nfc 2878  df-ne 2931  df-ral 3052  df-rex 3061  df-rab 3420  df-v 3464  df-dif 3950  df-un 3952  df-in 3954  df-ss 3964  df-nul 4326  df-if 4534  df-pw 4609  df-sn 4634  df-pr 4636  df-op 4640  df-uni 4914  df-br 5154  df-opab 5216  df-mpt 5237  df-id 5580  df-xp 5688  df-rel 5689  df-cnv 5690  df-co 5691  df-dm 5692  df-iota 6506  df-fun 6556  df-fv 6562  df-ov 7427  df-lss 20909

This theorem is referenced by:  islssd  20912  lssss  20913  lssn0  20917  lsscl  20919  islss4  20939  lsspropd  20995  islidl  21204  ocvlss  21668  lkrlss  38793  lclkr  41232  lclkrs  41238  lcfr  41284