Theorem lsatfixedN 39382

Description: Show equality with the span of the sum of two vectors, one of which (𝑋) is fixed in advance. Compare lspfixed 21095. (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 39364	. . . 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 232	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 })𝑄 = (𝑁‘{𝑤}))
10		lsatfixed.p	. . . . 5 ⊢ + = (+g‘𝑊)
11	2	3ad2ant1 1134	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑊 ∈ LVec)
12		lsatfixed.x	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝑉)
13	12	3ad2ant1 1134	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑋 ∈ 𝑉)
14		lsatfixed.y	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑌 ∈ 𝑉)
15	14	3ad2ant1 1134	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑌 ∈ 𝑉)
16		simp2 1138	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }))
17		simp3 1139	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑄 = (𝑁‘{𝑤}))
18	17	eqcomd 2743	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑁‘{𝑤}) = 𝑄)
19		lsatfixed.e	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑄 ≠ (𝑁‘{𝑋}))
20	19	3ad2ant1 1134	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑄 ≠ (𝑁‘{𝑋}))
21	18, 20	eqnetrd 3000	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑁‘{𝑤}) ≠ (𝑁‘{𝑋}))
22	3, 5, 4, 11, 16, 13, 21	lspsnne1 21084	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → ¬ 𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑋}))
23		lsatfixed.f	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑄 ≠ (𝑁‘{𝑌}))
24	23	3ad2ant1 1134	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑄 ≠ (𝑁‘{𝑌}))
25	18, 24	eqnetrd 3000	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑁‘{𝑤}) ≠ (𝑁‘{𝑌}))
26	3, 5, 4, 11, 16, 15, 25	lspsnne1 21084	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → ¬ 𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑌}))
27		lsatfixed.g	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑄 ⊆ (𝑁‘{𝑋, 𝑌}))
28	27	3ad2ant1 1134	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑄 ⊆ (𝑁‘{𝑋, 𝑌}))
29	18, 28	eqsstrd 3970	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑁‘{𝑤}) ⊆ (𝑁‘{𝑋, 𝑌}))
30		eqid 2737	. . . . . . 7 ⊢ (LSubSp‘𝑊) = (LSubSp‘𝑊)
31		lveclmod 21070	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑊 ∈ LVec → 𝑊 ∈ LMod)
32	2, 31	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ LMod)
33	32	3ad2ant1 1134	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑊 ∈ LMod)
34	3, 30, 4, 32, 12, 14	lspprcl 20941	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑁‘{𝑋, 𝑌}) ∈ (LSubSp‘𝑊))
35	34	3ad2ant1 1134	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑁‘{𝑋, 𝑌}) ∈ (LSubSp‘𝑊))
36	16	eldifad 3915	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑤 ∈ 𝑉)
37	3, 30, 4, 33, 35, 36	ellspsn5b 20958	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑋, 𝑌}) ↔ (𝑁‘{𝑤}) ⊆ (𝑁‘{𝑋, 𝑌})))
38	29, 37	mpbird 257	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑋, 𝑌}))
39	3, 10, 5, 4, 11, 13, 15, 22, 26, 38	lspfixed 21095	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → ∃𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })𝑤 ∈ (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}))
40		simpl1 1193	. . . . . . . 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 1194	. . . . . . 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 4767	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → {𝑌} ⊆ 𝑉)
46	3, 4	lspssv 20946	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ {𝑌} ⊆ 𝑉) → (𝑁‘{𝑌}) ⊆ 𝑉)
47	32, 45, 46	syl2anc 585	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝑁‘{𝑌}) ⊆ 𝑉)
48	47	ssdifssd 4101	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 }) ⊆ 𝑉)
49	48	3ad2ant1 1134	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 }) ⊆ 𝑉)
50	49	sselda 3935	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝑧 ∈ 𝑉)
51	3, 10	lmodvacl 20838	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑧 ∈ 𝑉) → (𝑋 + 𝑧) ∈ 𝑉)
52	43, 44, 50, 51	syl3anc 1374	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → (𝑋 + 𝑧) ∈ 𝑉)
53	3, 5, 4, 41, 42, 52	lspsncmp 21083	. . . . . 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 20940	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑋 + 𝑧) ∈ 𝑉) → (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}) ∈ (LSubSp‘𝑊))
55	43, 52, 54	syl2anc 585	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}) ∈ (LSubSp‘𝑊))
56	42	eldifad 3915	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝑤 ∈ 𝑉)
57	3, 30, 4, 43, 55, 56	ellspsn5b 20958	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → (𝑤 ∈ (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}) ↔ (𝑁‘{𝑤}) ⊆ (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)})))
58		simpl3 1195	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝑄 = (𝑁‘{𝑤}))
59	58	eqeq1d 2739	. . . . . 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 3160	. . . 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 257	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → ∃𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })𝑄 = (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}))
63	62	rexlimdv3a 3143	. 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 206   ∧ wa 395   ∧ w3a 1087   = wceq 1542   ∈ wcel 2114   ≠ wne 2933  ∃wrex 3062   ∖ cdif 3900   ⊆ wss 3903  {csn 4582  {cpr 4584  ‘cfv 6500  (class class class)co 7368  Basecbs 17148  +_gcplusg 17189  0_gc0g 17371  LModclmod 20823  LSubSpclss 20894  LSpanclspn 20934  LVecclvec 21066  LSAtomsclsa 39347

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-rep 5226  ax-sep 5243  ax-nul 5253  ax-pow 5312  ax-pr 5379  ax-un 7690  ax-cnex 11094  ax-resscn 11095  ax-1cn 11096  ax-icn 11097  ax-addcl 11098  ax-addrcl 11099  ax-mulcl 11100  ax-mulrcl 11101  ax-mulcom 11102  ax-addass 11103  ax-mulass 11104  ax-distr 11105  ax-i2m1 11106  ax-1ne0 11107  ax-1rid 11108  ax-rnegex 11109  ax-rrecex 11110  ax-cnre 11111  ax-pre-lttri 11112  ax-pre-lttrn 11113  ax-pre-ltadd 11114  ax-pre-mulgt0 11115

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-rmo 3352  df-reu 3353  df-rab 3402  df-v 3444  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-dif 3906  df-un 3908  df-in 3910  df-ss 3920  df-pss 3923  df-nul 4288  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4583  df-pr 4585  df-op 4589  df-uni 4866  df-int 4905  df-iun 4950  df-br 5101  df-opab 5163  df-mpt 5182  df-tr 5208  df-id 5527  df-eprel 5532  df-po 5540  df-so 5541  df-fr 5585  df-we 5587  df-xp 5638  df-rel 5639  df-cnv 5640  df-co 5641  df-dm 5642  df-rn 5643  df-res 5644  df-ima 5645  df-pred 6267  df-ord 6328  df-on 6329  df-lim 6330  df-suc 6331  df-iota 6456  df-fun 6502  df-fn 6503  df-f 6504  df-f1 6505  df-fo 6506  df-f1o 6507  df-fv 6508  df-riota 7325  df-ov 7371  df-oprab 7372  df-mpo 7373  df-om 7819  df-1st 7943  df-2nd 7944  df-tpos 8178  df-frecs 8233  df-wrecs 8264  df-recs 8313  df-rdg 8351  df-er 8645  df-en 8896  df-dom 8897  df-sdom 8898  df-pnf 11180  df-mnf 11181  df-xr 11182  df-ltxr 11183  df-le 11184  df-sub 11378  df-neg 11379  df-nn 12158  df-2 12220  df-3 12221  df-sets 17103  df-slot 17121  df-ndx 17133  df-base 17149  df-ress 17170  df-plusg 17202  df-mulr 17203  df-0g 17373  df-mgm 18577  df-sgrp 18656  df-mnd 18672  df-submnd 18721  df-grp 18878  df-minusg 18879  df-sbg 18880  df-subg 19065  df-cntz 19258  df-lsm 19577  df-cmn 19723  df-abl 19724  df-mgp 20088  df-rng 20100  df-ur 20129  df-ring 20182  df-oppr 20285  df-dvdsr 20305  df-unit 20306  df-invr 20336  df-drng 20676  df-lmod 20825  df-lss 20895  df-lsp 20935  df-lvec 21067  df-lsatoms 39349

This theorem is referenced by:  hdmaprnlem3eN  42231