Theorem lshpnelb 36998

Description: The subspace sum of a hyperplane and the span of an element equals the vector space iff the element is not in the hyperplane. (Contributed by NM, 2-Oct-2014.)

Hypotheses

Ref	Expression
lshpnelb.v	⊢ 𝑉 = (Base‘𝑊)
lshpnelb.n	⊢ 𝑁 = (LSpan‘𝑊)
lshpnelb.p	⊢ ⊕ = (LSSum‘𝑊)
lshpnelb.h	⊢ 𝐻 = (LSHyp‘𝑊)
lshpnelb.w	⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ LVec)
lshpnelb.u	⊢ (𝜑 → 𝑈 ∈ 𝐻)
lshpnelb.x	⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝑉)

Assertion

Ref	Expression
lshpnelb	⊢ (𝜑 → (¬ 𝑋 ∈ 𝑈 ↔ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) = 𝑉))

Proof of Theorem lshpnelb

Dummy variable 𝑣 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		lshpnelb.u	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑈 ∈ 𝐻)
2		lshpnelb.v	. . . . . . 7 ⊢ 𝑉 = (Base‘𝑊)
3		lshpnelb.n	. . . . . . 7 ⊢ 𝑁 = (LSpan‘𝑊)
4		eqid 2738	. . . . . . 7 ⊢ (LSubSp‘𝑊) = (LSubSp‘𝑊)
5		lshpnelb.p	. . . . . . 7 ⊢ ⊕ = (LSSum‘𝑊)
6		lshpnelb.h	. . . . . . 7 ⊢ 𝐻 = (LSHyp‘𝑊)
7		lshpnelb.w	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ LVec)
8		lveclmod 20368	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑊 ∈ LVec → 𝑊 ∈ LMod)
9	7, 8	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ LMod)
10	2, 3, 4, 5, 6, 9	islshpsm 36994	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑈 ∈ 𝐻 ↔ (𝑈 ∈ (LSubSp‘𝑊) ∧ 𝑈 ≠ 𝑉 ∧ ∃𝑣 ∈ 𝑉 (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})) = 𝑉)))
11	1, 10	mpbid 231	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑈 ∈ (LSubSp‘𝑊) ∧ 𝑈 ≠ 𝑉 ∧ ∃𝑣 ∈ 𝑉 (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})) = 𝑉))
12	11	simp3d 1143	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∃𝑣 ∈ 𝑉 (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})) = 𝑉)
13	12	adantr 481	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 ∈ 𝑈) → ∃𝑣 ∈ 𝑉 (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})) = 𝑉)
14		simp1l 1196	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 ∈ 𝑈) ∧ 𝑣 ∈ 𝑉 ∧ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})) = 𝑉) → 𝜑)
15		simp2 1136	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 ∈ 𝑈) ∧ 𝑣 ∈ 𝑉 ∧ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})) = 𝑉) → 𝑣 ∈ 𝑉)
16	4	lsssssubg 20220	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑊 ∈ LMod → (LSubSp‘𝑊) ⊆ (SubGrp‘𝑊))
17	9, 16	syl 17	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (LSubSp‘𝑊) ⊆ (SubGrp‘𝑊))
18	4, 6, 9, 1	lshplss 36995	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝑈 ∈ (LSubSp‘𝑊))
19	17, 18	sseldd 3922	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝑈 ∈ (SubGrp‘𝑊))
20		lshpnelb.x	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝑉)
21	2, 4, 3	lspsncl 20239	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) → (𝑁‘{𝑋}) ∈ (LSubSp‘𝑊))
22	9, 20, 21	syl2anc 584	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝑁‘{𝑋}) ∈ (LSubSp‘𝑊))
23	17, 22	sseldd 3922	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝑁‘{𝑋}) ∈ (SubGrp‘𝑊))
24	5	lsmub1 19262	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑈 ∈ (SubGrp‘𝑊) ∧ (𝑁‘{𝑋}) ∈ (SubGrp‘𝑊)) → 𝑈 ⊆ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})))
25	19, 23, 24	syl2anc 584	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑈 ⊆ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})))
26	25	adantr 481	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 ∈ 𝑈) → 𝑈 ⊆ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})))
27	5	lsmub2 19263	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑈 ∈ (SubGrp‘𝑊) ∧ (𝑁‘{𝑋}) ∈ (SubGrp‘𝑊)) → (𝑁‘{𝑋}) ⊆ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})))
28	19, 23, 27	syl2anc 584	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝑁‘{𝑋}) ⊆ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})))
29	2, 3	lspsnid 20255	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) → 𝑋 ∈ (𝑁‘{𝑋}))
30	9, 20, 29	syl2anc 584	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ (𝑁‘{𝑋}))
31	28, 30	sseldd 3922	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})))
32		nelne1 3041	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑋 ∈ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) ∧ ¬ 𝑋 ∈ 𝑈) → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) ≠ 𝑈)
33	31, 32	sylan 580	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 ∈ 𝑈) → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) ≠ 𝑈)
34	33	necomd 2999	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 ∈ 𝑈) → 𝑈 ≠ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})))
35		df-pss 3906	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑈 ⊊ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) ↔ (𝑈 ⊆ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) ∧ 𝑈 ≠ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋}))))
36	26, 34, 35	sylanbrc 583	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 ∈ 𝑈) → 𝑈 ⊊ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})))
37	36	3ad2ant1 1132	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 ∈ 𝑈) ∧ 𝑣 ∈ 𝑉 ∧ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})) = 𝑉) → 𝑈 ⊊ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})))
38	4, 5	lsmcl 20345	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈 ∈ (LSubSp‘𝑊) ∧ (𝑁‘{𝑋}) ∈ (LSubSp‘𝑊)) → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) ∈ (LSubSp‘𝑊))
39	9, 18, 22, 38	syl3anc 1370	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) ∈ (LSubSp‘𝑊))
40	2, 4	lssss 20198	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) ∈ (LSubSp‘𝑊) → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) ⊆ 𝑉)
41	39, 40	syl 17	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) ⊆ 𝑉)
42	41	adantr 481	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})) = 𝑉) → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) ⊆ 𝑉)
43		simpr 485	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})) = 𝑉) → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})) = 𝑉)
44	42, 43	sseqtrrd 3962	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})) = 𝑉) → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) ⊆ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})))
45	44	adantlr 712	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 ∈ 𝑈) ∧ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})) = 𝑉) → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) ⊆ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})))
46	45	3adant2 1130	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 ∈ 𝑈) ∧ 𝑣 ∈ 𝑉 ∧ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})) = 𝑉) → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) ⊆ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})))
47	7	adantr 481	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ 𝑉) → 𝑊 ∈ LVec)
48	18	adantr 481	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ 𝑉) → 𝑈 ∈ (LSubSp‘𝑊))
49	39	adantr 481	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ 𝑉) → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) ∈ (LSubSp‘𝑊))
50		simpr 485	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ 𝑉) → 𝑣 ∈ 𝑉)
51	2, 4, 3, 5, 47, 48, 49, 50	lsmcv 20403	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ 𝑉) ∧ 𝑈 ⊊ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) ∧ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) ⊆ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣}))) → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) = (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})))
52	14, 15, 37, 46, 51	syl211anc 1375	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 ∈ 𝑈) ∧ 𝑣 ∈ 𝑉 ∧ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})) = 𝑉) → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) = (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})))
53		simp3 1137	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 ∈ 𝑈) ∧ 𝑣 ∈ 𝑉 ∧ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})) = 𝑉) → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})) = 𝑉)
54	52, 53	eqtrd 2778	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 ∈ 𝑈) ∧ 𝑣 ∈ 𝑉 ∧ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})) = 𝑉) → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) = 𝑉)
55	54	rexlimdv3a 3215	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 ∈ 𝑈) → (∃𝑣 ∈ 𝑉 (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑣})) = 𝑉 → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) = 𝑉))
56	13, 55	mpd 15	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑋 ∈ 𝑈) → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) = 𝑉)
57	9	adantr 481	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) = 𝑉) → 𝑊 ∈ LMod)
58	1	adantr 481	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) = 𝑉) → 𝑈 ∈ 𝐻)
59	20	adantr 481	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) = 𝑉) → 𝑋 ∈ 𝑉)
60		simpr 485	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) = 𝑉) → (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) = 𝑉)
61	2, 3, 5, 6, 57, 58, 59, 60	lshpnel 36997	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) = 𝑉) → ¬ 𝑋 ∈ 𝑈)
62	56, 61	impbida 798	1 ⊢ (𝜑 → (¬ 𝑋 ∈ 𝑈 ↔ (𝑈 ⊕ (𝑁‘{𝑋})) = 𝑉))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 396   ∧ w3a 1086   = wceq 1539   ∈ wcel 2106   ≠ wne 2943  ∃wrex 3065   ⊆ wss 3887   ⊊ wpss 3888  {csn 4561  ‘cfv 6433  (class class class)co 7275  Basecbs 16912  SubGrpcsubg 18749  LSSumclsm 19239  LModclmod 20123  LSubSpclss 20193  LSpanclspn 20233  LVecclvec 20364  LSHypclsh 36989

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-lshyp 36991

This theorem is referenced by:  lshpnel2N  36999  l1cvpat  37068  dochexmidat  39473