Theorem lsatfixedN 39181

Description: Show equality with the span of the sum of two vectors, one of which (𝑋) is fixed in advance. Compare lspfixed 21074. (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 39163	. . . 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 1133	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑊 ∈ LVec)
12		lsatfixed.x	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝑉)
13	12	3ad2ant1 1133	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑋 ∈ 𝑉)
14		lsatfixed.y	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑌 ∈ 𝑉)
15	14	3ad2ant1 1133	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑌 ∈ 𝑉)
16		simp2 1137	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }))
17		simp3 1138	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑄 = (𝑁‘{𝑤}))
18	17	eqcomd 2739	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑁‘{𝑤}) = 𝑄)
19		lsatfixed.e	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑄 ≠ (𝑁‘{𝑋}))
20	19	3ad2ant1 1133	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑄 ≠ (𝑁‘{𝑋}))
21	18, 20	eqnetrd 2996	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑁‘{𝑤}) ≠ (𝑁‘{𝑋}))
22	3, 5, 4, 11, 16, 13, 21	lspsnne1 21063	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → ¬ 𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑋}))
23		lsatfixed.f	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑄 ≠ (𝑁‘{𝑌}))
24	23	3ad2ant1 1133	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑄 ≠ (𝑁‘{𝑌}))
25	18, 24	eqnetrd 2996	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑁‘{𝑤}) ≠ (𝑁‘{𝑌}))
26	3, 5, 4, 11, 16, 15, 25	lspsnne1 21063	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → ¬ 𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑌}))
27		lsatfixed.g	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑄 ⊆ (𝑁‘{𝑋, 𝑌}))
28	27	3ad2ant1 1133	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑄 ⊆ (𝑁‘{𝑋, 𝑌}))
29	18, 28	eqsstrd 3965	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑁‘{𝑤}) ⊆ (𝑁‘{𝑋, 𝑌}))
30		eqid 2733	. . . . . . 7 ⊢ (LSubSp‘𝑊) = (LSubSp‘𝑊)
31		lveclmod 21049	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑊 ∈ LVec → 𝑊 ∈ LMod)
32	2, 31	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ LMod)
33	32	3ad2ant1 1133	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑊 ∈ LMod)
34	3, 30, 4, 32, 12, 14	lspprcl 20920	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑁‘{𝑋, 𝑌}) ∈ (LSubSp‘𝑊))
35	34	3ad2ant1 1133	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑁‘{𝑋, 𝑌}) ∈ (LSubSp‘𝑊))
36	16	eldifad 3910	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑤 ∈ 𝑉)
37	3, 30, 4, 33, 35, 36	ellspsn5b 20937	. . . . . 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 21074	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → ∃𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })𝑤 ∈ (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}))
40		simpl1 1192	. . . . . . . 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 1193	. . . . . . 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 4762	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → {𝑌} ⊆ 𝑉)
46	3, 4	lspssv 20925	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ {𝑌} ⊆ 𝑉) → (𝑁‘{𝑌}) ⊆ 𝑉)
47	32, 45, 46	syl2anc 584	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝑁‘{𝑌}) ⊆ 𝑉)
48	47	ssdifssd 4096	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 }) ⊆ 𝑉)
49	48	3ad2ant1 1133	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 }) ⊆ 𝑉)
50	49	sselda 3930	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝑧 ∈ 𝑉)
51	3, 10	lmodvacl 20817	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑧 ∈ 𝑉) → (𝑋 + 𝑧) ∈ 𝑉)
52	43, 44, 50, 51	syl3anc 1373	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → (𝑋 + 𝑧) ∈ 𝑉)
53	3, 5, 4, 41, 42, 52	lspsncmp 21062	. . . . . 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 20919	. . . . . . . 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 3910	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝑤 ∈ 𝑉)
57	3, 30, 4, 43, 55, 56	ellspsn5b 20937	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → (𝑤 ∈ (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}) ↔ (𝑁‘{𝑤}) ⊆ (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)})))
58		simpl3 1194	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝑄 = (𝑁‘{𝑤}))
59	58	eqeq1d 2735	. . . . . 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 3155	. . . 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 3138	. 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 1086   = wceq 1541   ∈ wcel 2113   ≠ wne 2929  ∃wrex 3057   ∖ cdif 3895   ⊆ wss 3898  {csn 4577  {cpr 4579  ‘cfv 6489  (class class class)co 7355  Basecbs 17127  +_gcplusg 17168  0_gc0g 17350  LModclmod 20802  LSubSpclss 20873  LSpanclspn 20913  LVecclvec 21045  LSAtomsclsa 39146

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1911  ax-6 1968  ax-7 2009  ax-8 2115  ax-9 2123  ax-10 2146  ax-11 2162  ax-12 2182  ax-ext 2705  ax-rep 5221  ax-sep 5238  ax-nul 5248  ax-pow 5307  ax-pr 5374  ax-un 7677  ax-cnex 11073  ax-resscn 11074  ax-1cn 11075  ax-icn 11076  ax-addcl 11077  ax-addrcl 11078  ax-mulcl 11079  ax-mulrcl 11080  ax-mulcom 11081  ax-addass 11082  ax-mulass 11083  ax-distr 11084  ax-i2m1 11085  ax-1ne0 11086  ax-1rid 11087  ax-rnegex 11088  ax-rrecex 11089  ax-cnre 11090  ax-pre-lttri 11091  ax-pre-lttrn 11092  ax-pre-ltadd 11093  ax-pre-mulgt0 11094

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2068  df-mo 2537  df-eu 2566  df-clab 2712  df-cleq 2725  df-clel 2808  df-nfc 2882  df-ne 2930  df-nel 3034  df-ral 3049  df-rex 3058  df-rmo 3347  df-reu 3348  df-rab 3397  df-v 3439  df-sbc 3738  df-csb 3847  df-dif 3901  df-un 3903  df-in 3905  df-ss 3915  df-pss 3918  df-nul 4283  df-if 4477  df-pw 4553  df-sn 4578  df-pr 4580  df-op 4584  df-uni 4861  df-int 4900  df-iun 4945  df-br 5096  df-opab 5158  df-mpt 5177  df-tr 5203  df-id 5516  df-eprel 5521  df-po 5529  df-so 5530  df-fr 5574  df-we 5576  df-xp 5627  df-rel 5628  df-cnv 5629  df-co 5630  df-dm 5631  df-rn 5632  df-res 5633  df-ima 5634  df-pred 6256  df-ord 6317  df-on 6318  df-lim 6319  df-suc 6320  df-iota 6445  df-fun 6491  df-fn 6492  df-f 6493  df-f1 6494  df-fo 6495  df-f1o 6496  df-fv 6497  df-riota 7312  df-ov 7358  df-oprab 7359  df-mpo 7360  df-om 7806  df-1st 7930  df-2nd 7931  df-tpos 8165  df-frecs 8220  df-wrecs 8251  df-recs 8300  df-rdg 8338  df-er 8631  df-en 8880  df-dom 8881  df-sdom 8882  df-pnf 11159  df-mnf 11160  df-xr 11161  df-ltxr 11162  df-le 11163  df-sub 11357  df-neg 11358  df-nn 12137  df-2 12199  df-3 12200  df-sets 17082  df-slot 17100  df-ndx 17112  df-base 17128  df-ress 17149  df-plusg 17181  df-mulr 17182  df-0g 17352  df-mgm 18556  df-sgrp 18635  df-mnd 18651  df-submnd 18700  df-grp 18857  df-minusg 18858  df-sbg 18859  df-subg 19044  df-cntz 19237  df-lsm 19556  df-cmn 19702  df-abl 19703  df-mgp 20067  df-rng 20079  df-ur 20108  df-ring 20161  df-oppr 20264  df-dvdsr 20284  df-unit 20285  df-invr 20315  df-drng 20655  df-lmod 20804  df-lss 20874  df-lsp 20914  df-lvec 21046  df-lsatoms 39148

This theorem is referenced by:  hdmaprnlem3eN  42030