Theorem lsatfixedN 40160

Description: Show equality with the span of the sum of two vectors, one of which (𝑋) is fixed in advance. Compare lspfixed 21412. (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 40142	. . . 4 ⊢ (𝑊 ∈ LVec → (𝑄 ∈ 𝐴 ↔ ∃𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 })𝑄 = (𝑁‘{𝑤})))
8	2, 7	syl 18	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑄 ∈ 𝐴 ↔ ∃𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 })𝑄 = (𝑁‘{𝑤})))
9	1, 8	mpbid 235	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 })𝑄 = (𝑁‘{𝑤}))
10		lsatfixed.p	. . . . 5 ⊢ + = (+g‘𝑊)
11	2	3ad2ant1 1151	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑊 ∈ LVec)
12		lsatfixed.x	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝑉)
13	12	3ad2ant1 1151	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑋 ∈ 𝑉)
14		lsatfixed.y	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑌 ∈ 𝑉)
15	14	3ad2ant1 1151	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑌 ∈ 𝑉)
16		simp2 1155	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }))
17		simp3 1156	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑄 = (𝑁‘{𝑤}))
18	17	eqcomd 2766	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑁‘{𝑤}) = 𝑄)
19		lsatfixed.e	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑄 ≠ (𝑁‘{𝑋}))
20	19	3ad2ant1 1151	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑄 ≠ (𝑁‘{𝑋}))
21	18, 20	eqnetrd 3022	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑁‘{𝑤}) ≠ (𝑁‘{𝑋}))
22	3, 5, 4, 11, 16, 13, 21	lspsnne1 21401	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → ¬ 𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑋}))
23		lsatfixed.f	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑄 ≠ (𝑁‘{𝑌}))
24	23	3ad2ant1 1151	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑄 ≠ (𝑁‘{𝑌}))
25	18, 24	eqnetrd 3022	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑁‘{𝑤}) ≠ (𝑁‘{𝑌}))
26	3, 5, 4, 11, 16, 15, 25	lspsnne1 21401	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → ¬ 𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑌}))
27		lsatfixed.g	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑄 ⊆ (𝑁‘{𝑋, 𝑌}))
28	27	3ad2ant1 1151	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑄 ⊆ (𝑁‘{𝑋, 𝑌}))
29	18, 28	eqsstrd 3942	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑁‘{𝑤}) ⊆ (𝑁‘{𝑋, 𝑌}))
30		eqid 2760	. . . . . . 7 ⊢ (LSubSp‘𝑊) = (LSubSp‘𝑊)
31		lveclmod 21387	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑊 ∈ LVec → 𝑊 ∈ LMod)
32	2, 31	syl 18	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ LMod)
33	32	3ad2ant1 1151	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑊 ∈ LMod)
34	3, 30, 4, 32, 12, 14	lspprcl 21259	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑁‘{𝑋, 𝑌}) ∈ (LSubSp‘𝑊))
35	34	3ad2ant1 1151	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑁‘{𝑋, 𝑌}) ∈ (LSubSp‘𝑊))
36	16	eldifad 4051	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑤 ∈ 𝑉)
37	3, 30, 4, 33, 35, 36	ellspsn5b 21276	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → (𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑋, 𝑌}) ↔ (𝑁‘{𝑤}) ⊆ (𝑁‘{𝑋, 𝑌})))
38	29, 37	mpbird 260	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → 𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑋, 𝑌}))
39	3, 10, 5, 4, 11, 13, 15, 22, 26, 38	lspfixed 21412	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → ∃𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })𝑤 ∈ (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}))
40		simpl1 1210	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝜑)
41	40, 2	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝑊 ∈ LVec)
42		simpl2 1211	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }))
43	40, 32	syl 18	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝑊 ∈ LMod)
44	40, 12	syl 18	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝑋 ∈ 𝑉)
45	14	snssd 4743	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → {𝑌} ⊆ 𝑉)
46	3, 4	lspssv 21264	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ {𝑌} ⊆ 𝑉) → (𝑁‘{𝑌}) ⊆ 𝑉)
47	32, 45, 46	syl2anc 596	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝑁‘{𝑌}) ⊆ 𝑉)
48	47	ssdifssd 4083	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 }) ⊆ 𝑉)
49	48	3ad2ant1 1151	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 }) ⊆ 𝑉)
50	49	sselda 3908	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝑧 ∈ 𝑉)
51	3, 10	lmodvacl 21156	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑧 ∈ 𝑉) → (𝑋 + 𝑧) ∈ 𝑉)
52	43, 44, 50, 51	syl3anc 1398	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → (𝑋 + 𝑧) ∈ 𝑉)
53	3, 5, 4, 41, 42, 52	lspsncmp 21400	. . . . . 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 21258	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑋 + 𝑧) ∈ 𝑉) → (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}) ∈ (LSubSp‘𝑊))
55	43, 52, 54	syl2anc 596	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}) ∈ (LSubSp‘𝑊))
56	42	eldifad 4051	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝑤 ∈ 𝑉)
57	3, 30, 4, 43, 55, 56	ellspsn5b 21276	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → (𝑤 ∈ (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}) ↔ (𝑁‘{𝑤}) ⊆ (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)})))
58		simpl3 1212	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → 𝑄 = (𝑁‘{𝑤}))
59	58	eqeq1d 2762	. . . . . 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 315	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) ∧ 𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })) → (𝑄 = (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}) ↔ 𝑤 ∈ (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)})))
61	60	rexbidva 3184	. . . 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 260	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 }) ∧ 𝑄 = (𝑁‘{𝑤})) → ∃𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })𝑄 = (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}))
63	62	rexlimdv3a 3167	. 2 ⊢ (𝜑 → (∃𝑤 ∈ (𝑉 ∖ { 0 })𝑄 = (𝑁‘{𝑤}) → ∃𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })𝑄 = (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)})))
64	9, 63	mpd 16	1 ⊢ (𝜑 → ∃𝑧 ∈ ((𝑁‘{𝑌}) ∖ { 0 })𝑄 = (𝑁‘{(𝑋 + 𝑧)}))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1569   ∈ wcel 2144   ≠ wne 2955  ∃wrex 3086   ⊆ wss 3895   ∖ cdif 4045  {csn 4584  {cpr 4586  ‘cfv 6539  (class class class)co 7421  Basecbs 17393  +_gcplusg 17434  0_gc0g 17616  LModclmod 21141  LSubSpclss 21212  LSpanclspn 21252  LVecclvec 21383  LSAtomsclsa 40125

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-rep 5231  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7752  ax-cnex 11260  ax-resscn 11261  ax-1cn 11262  ax-icn 11263  ax-addcl 11264  ax-addrcl 11265  ax-mulcl 11266  ax-mulrcl 11267  ax-mulcom 11268  ax-addass 11269  ax-mulass 11270  ax-distr 11271  ax-i2m1 11272  ax-1ne0 11273  ax-1rid 11274  ax-rnegex 11275  ax-rrecex 11276  ax-cnre 11277  ax-pre-lttri 11278  ax-pre-lttrn 11279  ax-pre-ltadd 11280  ax-pre-mulgt0 11281

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-ss 3896  df-pss 4014  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4835  df-uni 4867  df-int 4907  df-iun 4952  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-we 5605  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6541  df-fn 6542  df-f 6543  df-f1 6544  df-fo 6545  df-f1o 6546  df-fv 6547  df-riota 7378  df-ov 7424  df-oprab 7425  df-mpo 7426  df-om 7879  df-1st 8002  df-2nd 8003  df-tpos 8247  df-frecs 8303  df-wrecs 8334  df-recs 8383  df-rdg 8422  df-er 8721  df-en 8978  df-dom 8979  df-sdom 8980  df-pnf 11349  df-mnf 11350  df-xr 11351  df-ltxr 11352  df-le 11353  df-sub 11547  df-neg 11548  df-nn 12340  df-2 12409  df-3 12410  df-sets 17348  df-slot 17366  df-ndx 17378  df-base 17394  df-ress 17415  df-plusg 17447  df-mulr 17448  df-0g 17618  df-mgm 18822  df-sgrp 18914  df-mnd 18930  df-submnd 18985  df-grp 19153  df-minusg 19154  df-sbg 19155  df-subg 19339  df-cntz 19537  df-lsm 19856  df-cmn 20002  df-abl 20003  df-mgp 20367  df-rng 20381  df-ur 20414  df-ring 20467  df-oppr 20573  df-dvdsr 20593  df-unit 20594  df-invr 20624  df-drng 20988  df-lmod 21143  df-lss 21213  df-lsp 21253  df-lvec 21384  df-lsatoms 40127

This theorem is used by:  hdmaprnlem3eN  43009