Theorem lshpkrcl 38498

Description: The set 𝐺 defined by hyperplane 𝑈 is a linear functional. (Contributed by NM, 17-Jul-2014.)

Hypotheses

Ref	Expression
lshpkr.v	⊢ 𝑉 = (Base‘𝑊)
lshpkr.a	⊢ + = (+g‘𝑊)
lshpkr.n	⊢ 𝑁 = (LSpan‘𝑊)
lshpkr.p	⊢ ⊕ = (LSSum‘𝑊)
lshpkr.h	⊢ 𝐻 = (LSHyp‘𝑊)
lshpkr.w	⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ LVec)
lshpkr.u	⊢ (𝜑 → 𝑈 ∈ 𝐻)
lshpkr.z	⊢ (𝜑 → 𝑍 ∈ 𝑉)
lshpkr.e	⊢ (𝜑 → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑍})) = 𝑉)
lshpkr.d	⊢ 𝐷 = (Scalar‘𝑊)
lshpkr.k	⊢ 𝐾 = (Base‘𝐷)
lshpkr.t	⊢ · = ( ·𝑠 ‘𝑊)
lshpkr.g	⊢ 𝐺 = (𝑥 ∈ 𝑉 ↦ (℩𝑘 ∈ 𝐾 ∃𝑦 ∈ 𝑈 𝑥 = (𝑦 + (𝑘 · 𝑍))))
lshpkr.f	⊢ 𝐹 = (LFnl‘𝑊)

Assertion

Ref	Expression
lshpkrcl	⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ 𝐹)

Distinct variable groups:   𝑥,𝑘,𝑦, +   𝑘,𝐾,𝑥   𝑈,𝑘,𝑥,𝑦   𝐷,𝑘   · ,𝑘,𝑥,𝑦   𝑘,𝑍,𝑥,𝑦   𝑥,𝑉

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥,𝑦,𝑘)   𝐷(𝑥,𝑦)   ⊕ (𝑥,𝑦,𝑘)   𝐹(𝑥,𝑦,𝑘)   𝐺(𝑥,𝑦,𝑘)   𝐻(𝑥,𝑦,𝑘)   𝐾(𝑦)   𝑁(𝑥,𝑦,𝑘)   𝑉(𝑦,𝑘)   𝑊(𝑥,𝑦,𝑘)

Proof of Theorem lshpkrcl

Dummy variables 𝑎 𝑙 𝑢 𝑣 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		lshpkr.v	. . . . 5 ⊢ 𝑉 = (Base‘𝑊)
2		lshpkr.a	. . . . 5 ⊢ + = (+g‘𝑊)
3		lshpkr.n	. . . . 5 ⊢ 𝑁 = (LSpan‘𝑊)
4		lshpkr.p	. . . . 5 ⊢ ⊕ = (LSSum‘𝑊)
5		lshpkr.h	. . . . 5 ⊢ 𝐻 = (LSHyp‘𝑊)
6		lshpkr.w	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ LVec)
7	6	adantr 480	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) → 𝑊 ∈ LVec)
8		lshpkr.u	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑈 ∈ 𝐻)
9	8	adantr 480	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) → 𝑈 ∈ 𝐻)
10		lshpkr.z	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑍 ∈ 𝑉)
11	10	adantr 480	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) → 𝑍 ∈ 𝑉)
12		simpr 484	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) → 𝑎 ∈ 𝑉)
13		lshpkr.e	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑍})) = 𝑉)
14	13	adantr 480	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑍})) = 𝑉)
15		lshpkr.d	. . . . 5 ⊢ 𝐷 = (Scalar‘𝑊)
16		lshpkr.k	. . . . 5 ⊢ 𝐾 = (Base‘𝐷)
17		lshpkr.t	. . . . 5 ⊢ · = ( ·𝑠 ‘𝑊)
18	1, 2, 3, 4, 5, 7, 9, 11, 12, 14, 15, 16, 17	lshpsmreu 38491	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) → ∃!𝑘 ∈ 𝐾 ∃𝑦 ∈ 𝑈 𝑎 = (𝑦 + (𝑘 · 𝑍)))
19		riotacl 7378	. . . 4 ⊢ (∃!𝑘 ∈ 𝐾 ∃𝑦 ∈ 𝑈 𝑎 = (𝑦 + (𝑘 · 𝑍)) → (℩𝑘 ∈ 𝐾 ∃𝑦 ∈ 𝑈 𝑎 = (𝑦 + (𝑘 · 𝑍))) ∈ 𝐾)
20	18, 19	syl 17	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ 𝑉) → (℩𝑘 ∈ 𝐾 ∃𝑦 ∈ 𝑈 𝑎 = (𝑦 + (𝑘 · 𝑍))) ∈ 𝐾)
21		lshpkr.g	. . . 4 ⊢ 𝐺 = (𝑥 ∈ 𝑉 ↦ (℩𝑘 ∈ 𝐾 ∃𝑦 ∈ 𝑈 𝑥 = (𝑦 + (𝑘 · 𝑍))))
22		eqeq1 2730	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 𝑎 → (𝑥 = (𝑦 + (𝑘 · 𝑍)) ↔ 𝑎 = (𝑦 + (𝑘 · 𝑍))))
23	22	rexbidv 3172	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝑎 → (∃𝑦 ∈ 𝑈 𝑥 = (𝑦 + (𝑘 · 𝑍)) ↔ ∃𝑦 ∈ 𝑈 𝑎 = (𝑦 + (𝑘 · 𝑍))))
24	23	riotabidv 7362	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 𝑎 → (℩𝑘 ∈ 𝐾 ∃𝑦 ∈ 𝑈 𝑥 = (𝑦 + (𝑘 · 𝑍))) = (℩𝑘 ∈ 𝐾 ∃𝑦 ∈ 𝑈 𝑎 = (𝑦 + (𝑘 · 𝑍))))
25	24	cbvmptv 5254	. . . 4 ⊢ (𝑥 ∈ 𝑉 ↦ (℩𝑘 ∈ 𝐾 ∃𝑦 ∈ 𝑈 𝑥 = (𝑦 + (𝑘 · 𝑍)))) = (𝑎 ∈ 𝑉 ↦ (℩𝑘 ∈ 𝐾 ∃𝑦 ∈ 𝑈 𝑎 = (𝑦 + (𝑘 · 𝑍))))
26	21, 25	eqtri 2754	. . 3 ⊢ 𝐺 = (𝑎 ∈ 𝑉 ↦ (℩𝑘 ∈ 𝐾 ∃𝑦 ∈ 𝑈 𝑎 = (𝑦 + (𝑘 · 𝑍))))
27	20, 26	fmptd 7108	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐺:𝑉⟶𝐾)
28		eqid 2726	. . . 4 ⊢ (0g‘𝐷) = (0g‘𝐷)
29	1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 10, 13, 15, 16, 17, 28, 21	lshpkrlem6 38497	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑙 ∈ 𝐾 ∧ 𝑢 ∈ 𝑉 ∧ 𝑣 ∈ 𝑉)) → (𝐺‘((𝑙 · 𝑢) + 𝑣)) = ((𝑙(.r‘𝐷)(𝐺‘𝑢))(+g‘𝐷)(𝐺‘𝑣)))
30	29	ralrimivvva 3197	. 2 ⊢ (𝜑 → ∀𝑙 ∈ 𝐾 ∀𝑢 ∈ 𝑉 ∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐺‘((𝑙 · 𝑢) + 𝑣)) = ((𝑙(.r‘𝐷)(𝐺‘𝑢))(+g‘𝐷)(𝐺‘𝑣)))
31		eqid 2726	. . . 4 ⊢ (+g‘𝐷) = (+g‘𝐷)
32		eqid 2726	. . . 4 ⊢ (.r‘𝐷) = (.r‘𝐷)
33		lshpkr.f	. . . 4 ⊢ 𝐹 = (LFnl‘𝑊)
34	1, 2, 15, 17, 16, 31, 32, 33	islfl 38442	. . 3 ⊢ (𝑊 ∈ LVec → (𝐺 ∈ 𝐹 ↔ (𝐺:𝑉⟶𝐾 ∧ ∀𝑙 ∈ 𝐾 ∀𝑢 ∈ 𝑉 ∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐺‘((𝑙 · 𝑢) + 𝑣)) = ((𝑙(.r‘𝐷)(𝐺‘𝑢))(+g‘𝐷)(𝐺‘𝑣)))))
35	6, 34	syl 17	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐺 ∈ 𝐹 ↔ (𝐺:𝑉⟶𝐾 ∧ ∀𝑙 ∈ 𝐾 ∀𝑢 ∈ 𝑉 ∀𝑣 ∈ 𝑉 (𝐺‘((𝑙 · 𝑢) + 𝑣)) = ((𝑙(.r‘𝐷)(𝐺‘𝑢))(+g‘𝐷)(𝐺‘𝑣)))))
36	27, 30, 35	mpbir2and 710	1 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ 𝐹)

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 395   = wceq 1533   ∈ wcel 2098  ∀wral 3055  ∃wrex 3064  ∃!wreu 3368  {csn 4623   ↦ cmpt 5224  ⟶wf 6532  ‘cfv 6536  ℩crio 7359  (class class class)co 7404  Basecbs 17150  +_gcplusg 17203  ._rcmulr 17204  Scalarcsca 17206   ·_𝑠 cvsca 17207  0_gc0g 17391  LSSumclsm 19551  LSpanclspn 20815  LVecclvec 20947  LSHypclsh 38357  LFnlclfn 38439

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1789  ax-4 1803  ax-5 1905  ax-6 1963  ax-7 2003  ax-8 2100  ax-9 2108  ax-10 2129  ax-11 2146  ax-12 2163  ax-ext 2697  ax-rep 5278  ax-sep 5292  ax-nul 5299  ax-pow 5356  ax-pr 5420  ax-un 7721  ax-cnex 11165  ax-resscn 11166  ax-1cn 11167  ax-icn 11168  ax-addcl 11169  ax-addrcl 11170  ax-mulcl 11171  ax-mulrcl 11172  ax-mulcom 11173  ax-addass 11174  ax-mulass 11175  ax-distr 11176  ax-i2m1 11177  ax-1ne0 11178  ax-1rid 11179  ax-rnegex 11180  ax-rrecex 11181  ax-cnre 11182  ax-pre-lttri 11183  ax-pre-lttrn 11184  ax-pre-ltadd 11185  ax-pre-mulgt0 11186

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1536  df-fal 1546  df-ex 1774  df-nf 1778  df-sb 2060  df-mo 2528  df-eu 2557  df-clab 2704  df-cleq 2718  df-clel 2804  df-nfc 2879  df-ne 2935  df-nel 3041  df-ral 3056  df-rex 3065  df-rmo 3370  df-reu 3371  df-rab 3427  df-v 3470  df-sbc 3773  df-csb 3889  df-dif 3946  df-un 3948  df-in 3950  df-ss 3960  df-pss 3962  df-nul 4318  df-if 4524  df-pw 4599  df-sn 4624  df-pr 4626  df-op 4630  df-uni 4903  df-int 4944  df-iun 4992  df-br 5142  df-opab 5204  df-mpt 5225  df-tr 5259  df-id 5567  df-eprel 5573  df-po 5581  df-so 5582  df-fr 5624  df-we 5626  df-xp 5675  df-rel 5676  df-cnv 5677  df-co 5678  df-dm 5679  df-rn 5680  df-res 5681  df-ima 5682  df-pred 6293  df-ord 6360  df-on 6361  df-lim 6362  df-suc 6363  df-iota 6488  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-riota 7360  df-ov 7407  df-oprab 7408  df-mpo 7409  df-om 7852  df-1st 7971  df-2nd 7972  df-tpos 8209  df-frecs 8264  df-wrecs 8295  df-recs 8369  df-rdg 8408  df-er 8702  df-map 8821  df-en 8939  df-dom 8940  df-sdom 8941  df-pnf 11251  df-mnf 11252  df-xr 11253  df-ltxr 11254  df-le 11255  df-sub 11447  df-neg 11448  df-nn 12214  df-2 12276  df-3 12277  df-sets 17103  df-slot 17121  df-ndx 17133  df-base 17151  df-ress 17180  df-plusg 17216  df-mulr 17217  df-0g 17393  df-mgm 18570  df-sgrp 18649  df-mnd 18665  df-submnd 18711  df-grp 18863  df-minusg 18864  df-sbg 18865  df-subg 19047  df-cntz 19230  df-lsm 19553  df-cmn 19699  df-abl 19700  df-mgp 20037  df-rng 20055  df-ur 20084  df-ring 20137  df-oppr 20233  df-dvdsr 20256  df-unit 20257  df-invr 20287  df-drng 20586  df-lmod 20705  df-lss 20776  df-lsp 20816  df-lvec 20948  df-lshyp 38359  df-lfl 38440

This theorem is referenced by:  lshpkr  38499  lshpkrex  38500  dochflcl  40858