Theorem lsatfixedN 37023

Description: Show equality with the span of the sum of two vectors, one of which (𝑋) is fixed in advance. Compare lspfixed 20390. (Contributed by NM, 29-May-2015.) (New usage is discouraged.)

Hypotheses

Ref	Expression
lsatfixed.v	⊢ 𝑉 = (Base‘𝑊)
lsatfixed.p	⊢ + = (+g‘𝑊)
lsatfixed.o	⊢ 0 = (0g‘𝑊)
lsatfixed.n	⊢ 𝑁 = (LSpan‘𝑊)
lsatfixed.a	⊢ 𝐴 = (LSAtoms‘𝑊)
lsatfixed.w	⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ LVec)
lsatfixed.q	⊢ (𝜑 → 𝑄 ∈ 𝐴)
lsatfixed.x	⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝑉)
lsatfixed.y	⊢ (𝜑 → 𝑌 ∈ 𝑉)
lsatfixed.e	⊢ (𝜑 → 𝑄 ≠ (𝑁‘{𝑋}))
lsatfixed.f	⊢ (𝜑 → 𝑄 ≠ (𝑁‘{𝑌}))
lsatfixed.g	⊢ (𝜑 → 𝑄 ⊆ (𝑁‘{𝑋, 𝑌}))

Assertion

Ref	Expression
lsatfixedN	⊢ (𝜑 → ∃𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })𝑄 = (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}))

Distinct variable groups:   𝑧,𝑁   𝑧, 0   𝑧, +   𝜑,𝑧   𝑧,𝑄   𝑧,𝑉   𝑧,𝑊   𝑧,𝑋   𝑧,𝑌

Allowed substitution hint:   𝐴(𝑧)

Proof of Theorem lsatfixedN

Dummy variable 𝑤 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		lsatfixed.q	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑄 ∈ 𝐴)
2		lsatfixed.w	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ LVec)
3		lsatfixed.v	. . . . 5 ⊢ 𝑉 = (Base‘𝑊)
4		lsatfixed.n	. . . . 5 ⊢ 𝑁 = (LSpan‘𝑊)
5		lsatfixed.o	. . . . 5 ⊢ 0 = (0g‘𝑊)
6		lsatfixed.a	. . . . 5 ⊢ 𝐴 = (LSAtoms‘𝑊)
7	3, 4, 5, 6	islsat 37005	. . . 4 ⊢ (𝑊 ∈ LVec → (𝑄 ∈ 𝐴 ↔ ∃𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 })𝑄 = (𝑁‘{𝑤})))
8	2, 7	syl 17	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑄 ∈ 𝐴 ↔ ∃𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 })𝑄 = (𝑁‘{𝑤})))
9	1, 8	mpbid 231	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 })𝑄 = (𝑁‘{𝑤}))
10		lsatfixed.p	. . . . 5 ⊢ + = (+g‘𝑊)
11	2	3ad2ant1 1132	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑊 ∈ LVec)
12		lsatfixed.x	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝑉)
13	12	3ad2ant1 1132	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑋 ∈ 𝑉)
14		lsatfixed.y	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑌 ∈ 𝑉)
15	14	3ad2ant1 1132	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑌 ∈ 𝑉)
16		simp2 1136	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }))
17		simp3 1137	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑄 = (𝑁‘{𝑤}))
18	17	eqcomd 2744	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑁‘{𝑤}) = 𝑄)
19		lsatfixed.e	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑄 ≠ (𝑁‘{𝑋}))
20	19	3ad2ant1 1132	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑄 ≠ (𝑁‘{𝑋}))
21	18, 20	eqnetrd 3011	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑁‘{𝑤}) ≠ (𝑁‘{𝑋}))
22	3, 5, 4, 11, 16, 13, 21	lspsnne1 20379	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → ¬ 𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑋}))
23		lsatfixed.f	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑄 ≠ (𝑁‘{𝑌}))
24	23	3ad2ant1 1132	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑄 ≠ (𝑁‘{𝑌}))
25	18, 24	eqnetrd 3011	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑁‘{𝑤}) ≠ (𝑁‘{𝑌}))
26	3, 5, 4, 11, 16, 15, 25	lspsnne1 20379	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → ¬ 𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑌}))
27		lsatfixed.g	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑄 ⊆ (𝑁‘{𝑋, 𝑌}))
28	27	3ad2ant1 1132	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑄 ⊆ (𝑁‘{𝑋, 𝑌}))
29	18, 28	eqsstrd 3959	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑁‘{𝑤}) ⊆ (𝑁‘{𝑋, 𝑌}))
30		eqid 2738	. . . . . . 7 ⊢ (LSubSp‘𝑊) = (LSubSp‘𝑊)
31		lveclmod 20368	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑊 ∈ LVec → 𝑊 ∈ LMod)
32	2, 31	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ LMod)
33	32	3ad2ant1 1132	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑊 ∈ LMod)
34	3, 30, 4, 32, 12, 14	lspprcl 20240	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑁‘{𝑋, 𝑌}) ∈ (LSubSp‘𝑊))
35	34	3ad2ant1 1132	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑁‘{𝑋, 𝑌}) ∈ (LSubSp‘𝑊))
36	16	eldifad 3899	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑤 ∈ 𝑉)
37	3, 30, 4, 33, 35, 36	lspsnel5 20257	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑋, 𝑌}) ↔ (𝑁‘{𝑤}) ⊆ (𝑁‘{𝑋, 𝑌})))
38	29, 37	mpbird 256	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑋, 𝑌}))
39	3, 10, 5, 4, 11, 13, 15, 22, 26, 38	lspfixed 20390	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → ∃𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })𝑤 ∈ (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}))
40		simpl1 1190	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝜑)
41	40, 2	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝑊 ∈ LVec)
42		simpl2 1191	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }))
43	40, 32	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝑊 ∈ LMod)
44	40, 12	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝑋 ∈ 𝑉)
45	14	snssd 4742	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → {𝑌} ⊆ 𝑉)
46	3, 4	lspssv 20245	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ {𝑌} ⊆ 𝑉) → (𝑁‘{𝑌}) ⊆ 𝑉)
47	32, 45, 46	syl2anc 584	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝑁‘{𝑌}) ⊆ 𝑉)
48	47	ssdifssd 4077	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 }) ⊆ 𝑉)
49	48	3ad2ant1 1132	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 }) ⊆ 𝑉)
50	49	sselda 3921	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝑧 ∈ 𝑉)
51	3, 10	lmodvacl 20137	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑧 ∈ 𝑉) → (𝑋 + 𝑧) ∈ 𝑉)
52	43, 44, 50, 51	syl3anc 1370	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → (𝑋 + 𝑧) ∈ 𝑉)
53	3, 5, 4, 41, 42, 52	lspsncmp 20378	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → ((𝑁‘{𝑤}) ⊆ (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}) ↔ (𝑁‘{𝑤}) = (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)})))
54	3, 30, 4	lspsncl 20239	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑋 + 𝑧) ∈ 𝑉) → (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}) ∈ (LSubSp‘𝑊))
55	43, 52, 54	syl2anc 584	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}) ∈ (LSubSp‘𝑊))
56	42	eldifad 3899	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝑤 ∈ 𝑉)
57	3, 30, 4, 43, 55, 56	lspsnel5 20257	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → (𝑤 ∈ (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}) ↔ (𝑁‘{𝑤}) ⊆ (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)})))
58		simpl3 1192	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝑄 = (𝑁‘{𝑤}))
59	58	eqeq1d 2740	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → (𝑄 = (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}) ↔ (𝑁‘{𝑤}) = (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)})))
60	53, 57, 59	3bitr4rd 312	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → (𝑄 = (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}) ↔ 𝑤 ∈ (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)})))
61	60	rexbidva 3225	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (∃𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })𝑄 = (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}) ↔ ∃𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })𝑤 ∈ (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)})))
62	39, 61	mpbird 256	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → ∃𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })𝑄 = (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}))
63	62	rexlimdv3a 3215	. 2 ⊢ (𝜑 → (∃𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 })𝑄 = (𝑁‘{𝑤}) → ∃𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })𝑄 = (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)})))
64	9, 63	mpd 15	1 ⊢ (𝜑 → ∃𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })𝑄 = (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 396   ∧ w3a 1086   = wceq 1539   ∈ wcel 2106   ≠ wne 2943  ∃wrex 3065   ∖ cdif 3884   ⊆ wss 3887  {csn 4561  {cpr 4563  ‘cfv 6433  (class class class)co 7275  Basecbs 16912  +_gcplusg 16962  0_gc0g 17150  LModclmod 20123  LSubSpclss 20193  LSpanclspn 20233  LVecclvec 20364  LSAtomsclsa 36988

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2709  ax-rep 5209  ax-sep 5223  ax-nul 5230  ax-pow 5288  ax-pr 5352  ax-un 7588  ax-cnex 10927  ax-resscn 10928  ax-1cn 10929  ax-icn 10930  ax-addcl 10931  ax-addrcl 10932  ax-mulcl 10933  ax-mulrcl 10934  ax-mulcom 10935  ax-addass 10936  ax-mulass 10937  ax-distr 10938  ax-i2m1 10939  ax-1ne0 10940  ax-1rid 10941  ax-rnegex 10942  ax-rrecex 10943  ax-cnre 10944  ax-pre-lttri 10945  ax-pre-lttrn 10946  ax-pre-ltadd 10947  ax-pre-mulgt0 10948

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2068  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2816  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3069  df-rex 3070  df-rmo 3071  df-reu 3072  df-rab 3073  df-v 3434  df-sbc 3717  df-csb 3833  df-dif 3890  df-un 3892  df-in 3894  df-ss 3904  df-pss 3906  df-nul 4257  df-if 4460  df-pw 4535  df-sn 4562  df-pr 4564  df-op 4568  df-uni 4840  df-int 4880  df-iun 4926  df-br 5075  df-opab 5137  df-mpt 5158  df-tr 5192  df-id 5489  df-eprel 5495  df-po 5503  df-so 5504  df-fr 5544  df-we 5546  df-xp 5595  df-rel 5596  df-cnv 5597  df-co 5598  df-dm 5599  df-rn 5600  df-res 5601  df-ima 5602  df-pred 6202  df-ord 6269  df-on 6270  df-lim 6271  df-suc 6272  df-iota 6391  df-fun 6435  df-fn 6436  df-f 6437  df-f1 6438  df-fo 6439  df-f1o 6440  df-fv 6441  df-riota 7232  df-ov 7278  df-oprab 7279  df-mpo 7280  df-om 7713  df-1st 7831  df-2nd 7832  df-tpos 8042  df-frecs 8097  df-wrecs 8128  df-recs 8202  df-rdg 8241  df-er 8498  df-en 8734  df-dom 8735  df-sdom 8736  df-pnf 11011  df-mnf 11012  df-xr 11013  df-ltxr 11014  df-le 11015  df-sub 11207  df-neg 11208  df-nn 11974  df-2 12036  df-3 12037  df-sets 16865  df-slot 16883  df-ndx 16895  df-base 16913  df-ress 16942  df-plusg 16975  df-mulr 16976  df-0g 17152  df-mgm 18326  df-sgrp 18375  df-mnd 18386  df-submnd 18431  df-grp 18580  df-minusg 18581  df-sbg 18582  df-subg 18752  df-cntz 18923  df-lsm 19241  df-cmn 19388  df-abl 19389  df-mgp 19721  df-ur 19738  df-ring 19785  df-oppr 19862  df-dvdsr 19883  df-unit 19884  df-invr 19914  df-drng 19993  df-lmod 20125  df-lss 20194  df-lsp 20234  df-lvec 20365  df-lsatoms 36990

This theorem is referenced by:  hdmaprnlem3eN  39872