Theorem lsmspsn 21081

Description: Member of subspace sum of spans of singletons. (Contributed by NM, 8-Apr-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
lsmspsn.v	⊢ 𝑉 = (Base‘𝑊)
lsmspsn.a	⊢ + = (+g‘𝑊)
lsmspsn.f	⊢ 𝐹 = (Scalar‘𝑊)
lsmspsn.k	⊢ 𝐾 = (Base‘𝐹)
lsmspsn.t	⊢ · = ( ·𝑠 ‘𝑊)
lsmspsn.p	⊢ ⊕ = (LSSum‘𝑊)
lsmspsn.n	⊢ 𝑁 = (LSpan‘𝑊)
lsmspsn.w	⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ LMod)
lsmspsn.x	⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝑉)
lsmspsn.y	⊢ (𝜑 → 𝑌 ∈ 𝑉)

Assertion

Ref	Expression
lsmspsn	⊢ (𝜑 → (𝑈 ∈ ((𝑁‘{𝑋}) ⊕ (𝑁‘{𝑌})) ↔ ∃𝑗 ∈ 𝐾 ∃𝑘 ∈ 𝐾 𝑈 = ((𝑗 · 𝑋) + (𝑘 · 𝑌))))

Distinct variable groups:   𝑗,𝑘, +   𝑗,𝐹,𝑘   𝑗,𝐾,𝑘   𝑗,𝑁,𝑘   · ,𝑗,𝑘   𝑈,𝑗,𝑘   𝑗,𝑉,𝑘   𝑗,𝑊,𝑘   𝑗,𝑋,𝑘   𝑗,𝑌,𝑘   𝜑,𝑗,𝑘

Allowed substitution hints:   ⊕ (𝑗,𝑘)

Proof of Theorem lsmspsn

Dummy variables 𝑣 𝑤 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		lsmspsn.w	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ LMod)
2		lsmspsn.x	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝑉)
3		lsmspsn.v	. . . . 5 ⊢ 𝑉 = (Base‘𝑊)
4		lsmspsn.n	. . . . 5 ⊢ 𝑁 = (LSpan‘𝑊)
5	3, 4	lspsnsubg 20977	. . . 4 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) → (𝑁‘{𝑋}) ∈ (SubGrp‘𝑊))
6	1, 2, 5	syl2anc 590	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑁‘{𝑋}) ∈ (SubGrp‘𝑊))
7		lsmspsn.y	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑌 ∈ 𝑉)
8	3, 4	lspsnsubg 20977	. . . 4 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) → (𝑁‘{𝑌}) ∈ (SubGrp‘𝑊))
9	1, 7, 8	syl2anc 590	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑁‘{𝑌}) ∈ (SubGrp‘𝑊))
10		lsmspsn.a	. . . 4 ⊢ + = (+g‘𝑊)
11		lsmspsn.p	. . . 4 ⊢ ⊕ = (LSSum‘𝑊)
12	10, 11	lsmelval 19622	. . 3 ⊢ (((𝑁‘{𝑋}) ∈ (SubGrp‘𝑊) ∧ (𝑁‘{𝑌}) ∈ (SubGrp‘𝑊)) → (𝑈 ∈ ((𝑁‘{𝑋}) ⊕ (𝑁‘{𝑌})) ↔ ∃𝑣 ∈ (𝑁‘{𝑋})∃𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑌})𝑈 = (𝑣 + 𝑤)))
13	6, 9, 12	syl2anc 590	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝑈 ∈ ((𝑁‘{𝑋}) ⊕ (𝑁‘{𝑌})) ↔ ∃𝑣 ∈ (𝑁‘{𝑋})∃𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑌})𝑈 = (𝑣 + 𝑤)))
14		lsmspsn.f	. . . . . . . . . 10 ⊢ 𝐹 = (Scalar‘𝑊)
15		lsmspsn.k	. . . . . . . . . 10 ⊢ 𝐾 = (Base‘𝐹)
16		lsmspsn.t	. . . . . . . . . 10 ⊢ · = ( ·𝑠 ‘𝑊)
17	14, 15, 3, 16, 4	ellspsn 21000	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) → (𝑣 ∈ (𝑁‘{𝑋}) ↔ ∃𝑗 ∈ 𝐾 𝑣 = (𝑗 · 𝑋)))
18	1, 2, 17	syl2anc 590	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑣 ∈ (𝑁‘{𝑋}) ↔ ∃𝑗 ∈ 𝐾 𝑣 = (𝑗 · 𝑋)))
19	14, 15, 3, 16, 4	ellspsn 21000	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑌 ∈ 𝑉) → (𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑌}) ↔ ∃𝑘 ∈ 𝐾 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)))
20	1, 7, 19	syl2anc 590	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑌}) ↔ ∃𝑘 ∈ 𝐾 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)))
21	18, 20	anbi12d 638	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝑣 ∈ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑌})) ↔ (∃𝑗 ∈ 𝐾 𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ ∃𝑘 ∈ 𝐾 𝑤 = (𝑘 · 𝑌))))
22	21	biimpa 477	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑌}))) → (∃𝑗 ∈ 𝐾 𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ ∃𝑘 ∈ 𝐾 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)))
23	22	biantrurd 537	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑌}))) → (𝑈 = (𝑣 + 𝑤) ↔ ((∃𝑗 ∈ 𝐾 𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ ∃𝑘 ∈ 𝐾 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)) ∧ 𝑈 = (𝑣 + 𝑤))))
24		r19.41v 3170	. . . . . . 7 ⊢ (∃𝑘 ∈ 𝐾 ((𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)) ∧ 𝑈 = (𝑣 + 𝑤)) ↔ (∃𝑘 ∈ 𝐾 (𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)) ∧ 𝑈 = (𝑣 + 𝑤)))
25	24	rexbii 3087	. . . . . 6 ⊢ (∃𝑗 ∈ 𝐾 ∃𝑘 ∈ 𝐾 ((𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)) ∧ 𝑈 = (𝑣 + 𝑤)) ↔ ∃𝑗 ∈ 𝐾 (∃𝑘 ∈ 𝐾 (𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)) ∧ 𝑈 = (𝑣 + 𝑤)))
26		r19.41v 3170	. . . . . 6 ⊢ (∃𝑗 ∈ 𝐾 (∃𝑘 ∈ 𝐾 (𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)) ∧ 𝑈 = (𝑣 + 𝑤)) ↔ (∃𝑗 ∈ 𝐾 ∃𝑘 ∈ 𝐾 (𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)) ∧ 𝑈 = (𝑣 + 𝑤)))
27		reeanv 3212	. . . . . . 7 ⊢ (∃𝑗 ∈ 𝐾 ∃𝑘 ∈ 𝐾 (𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)) ↔ (∃𝑗 ∈ 𝐾 𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ ∃𝑘 ∈ 𝐾 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)))
28	27	anbi1i 630	. . . . . 6 ⊢ ((∃𝑗 ∈ 𝐾 ∃𝑘 ∈ 𝐾 (𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)) ∧ 𝑈 = (𝑣 + 𝑤)) ↔ ((∃𝑗 ∈ 𝐾 𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ ∃𝑘 ∈ 𝐾 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)) ∧ 𝑈 = (𝑣 + 𝑤)))
29	25, 26, 28	3bitrri 299	. . . . 5 ⊢ (((∃𝑗 ∈ 𝐾 𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ ∃𝑘 ∈ 𝐾 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)) ∧ 𝑈 = (𝑣 + 𝑤)) ↔ ∃𝑗 ∈ 𝐾 ∃𝑘 ∈ 𝐾 ((𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)) ∧ 𝑈 = (𝑣 + 𝑤)))
30	23, 29	bitrdi 288	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑌}))) → (𝑈 = (𝑣 + 𝑤) ↔ ∃𝑗 ∈ 𝐾 ∃𝑘 ∈ 𝐾 ((𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)) ∧ 𝑈 = (𝑣 + 𝑤))))
31	30	2rexbidva 3203	. . 3 ⊢ (𝜑 → (∃𝑣 ∈ (𝑁‘{𝑋})∃𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑌})𝑈 = (𝑣 + 𝑤) ↔ ∃𝑣 ∈ (𝑁‘{𝑋})∃𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑌})∃𝑗 ∈ 𝐾 ∃𝑘 ∈ 𝐾 ((𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)) ∧ 𝑈 = (𝑣 + 𝑤))))
32		rexrot4 3274	. . 3 ⊢ (∃𝑣 ∈ (𝑁‘{𝑋})∃𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑌})∃𝑗 ∈ 𝐾 ∃𝑘 ∈ 𝐾 ((𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)) ∧ 𝑈 = (𝑣 + 𝑤)) ↔ ∃𝑗 ∈ 𝐾 ∃𝑘 ∈ 𝐾 ∃𝑣 ∈ (𝑁‘{𝑋})∃𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑌})((𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)) ∧ 𝑈 = (𝑣 + 𝑤)))
33	31, 32	bitrdi 288	. 2 ⊢ (𝜑 → (∃𝑣 ∈ (𝑁‘{𝑋})∃𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑌})𝑈 = (𝑣 + 𝑤) ↔ ∃𝑗 ∈ 𝐾 ∃𝑘 ∈ 𝐾 ∃𝑣 ∈ (𝑁‘{𝑋})∃𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑌})((𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)) ∧ 𝑈 = (𝑣 + 𝑤))))
34	1	adantr 481	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑗 ∈ 𝐾 ∧ 𝑘 ∈ 𝐾)) → 𝑊 ∈ LMod)
35		simprl 776	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑗 ∈ 𝐾 ∧ 𝑘 ∈ 𝐾)) → 𝑗 ∈ 𝐾)
36	2	adantr 481	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑗 ∈ 𝐾 ∧ 𝑘 ∈ 𝐾)) → 𝑋 ∈ 𝑉)
37	3, 16, 14, 15, 4, 34, 35, 36	ellspsni 20998	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑗 ∈ 𝐾 ∧ 𝑘 ∈ 𝐾)) → (𝑗 · 𝑋) ∈ (𝑁‘{𝑋}))
38		simprr 778	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑗 ∈ 𝐾 ∧ 𝑘 ∈ 𝐾)) → 𝑘 ∈ 𝐾)
39	7	adantr 481	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑗 ∈ 𝐾 ∧ 𝑘 ∈ 𝐾)) → 𝑌 ∈ 𝑉)
40	3, 16, 14, 15, 4, 34, 38, 39	ellspsni 20998	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑗 ∈ 𝐾 ∧ 𝑘 ∈ 𝐾)) → (𝑘 · 𝑌) ∈ (𝑁‘{𝑌}))
41		oveq1 7370	. . . . . 6 ⊢ (𝑣 = (𝑗 · 𝑋) → (𝑣 + 𝑤) = ((𝑗 · 𝑋) + 𝑤))
42	41	eqeq2d 2751	. . . . 5 ⊢ (𝑣 = (𝑗 · 𝑋) → (𝑈 = (𝑣 + 𝑤) ↔ 𝑈 = ((𝑗 · 𝑋) + 𝑤)))
43		oveq2 7371	. . . . . 6 ⊢ (𝑤 = (𝑘 · 𝑌) → ((𝑗 · 𝑋) + 𝑤) = ((𝑗 · 𝑋) + (𝑘 · 𝑌)))
44	43	eqeq2d 2751	. . . . 5 ⊢ (𝑤 = (𝑘 · 𝑌) → (𝑈 = ((𝑗 · 𝑋) + 𝑤) ↔ 𝑈 = ((𝑗 · 𝑋) + (𝑘 · 𝑌))))
45	42, 44	ceqsrex2v 3603	. . . 4 ⊢ (((𝑗 · 𝑋) ∈ (𝑁‘{𝑋}) ∧ (𝑘 · 𝑌) ∈ (𝑁‘{𝑌})) → (∃𝑣 ∈ (𝑁‘{𝑋})∃𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑌})((𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)) ∧ 𝑈 = (𝑣 + 𝑤)) ↔ 𝑈 = ((𝑗 · 𝑋) + (𝑘 · 𝑌))))
46	37, 40, 45	syl2anc 590	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑗 ∈ 𝐾 ∧ 𝑘 ∈ 𝐾)) → (∃𝑣 ∈ (𝑁‘{𝑋})∃𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑌})((𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)) ∧ 𝑈 = (𝑣 + 𝑤)) ↔ 𝑈 = ((𝑗 · 𝑋) + (𝑘 · 𝑌))))
47	46	2rexbidva 3203	. 2 ⊢ (𝜑 → (∃𝑗 ∈ 𝐾 ∃𝑘 ∈ 𝐾 ∃𝑣 ∈ (𝑁‘{𝑋})∃𝑤 ∈ (𝑁‘{𝑌})((𝑣 = (𝑗 · 𝑋) ∧ 𝑤 = (𝑘 · 𝑌)) ∧ 𝑈 = (𝑣 + 𝑤)) ↔ ∃𝑗 ∈ 𝐾 ∃𝑘 ∈ 𝐾 𝑈 = ((𝑗 · 𝑋) + (𝑘 · 𝑌))))
48	13, 33, 47	3bitrd 306	1 ⊢ (𝜑 → (𝑈 ∈ ((𝑁‘{𝑋}) ⊕ (𝑁‘{𝑌})) ↔ ∃𝑗 ∈ 𝐾 ∃𝑘 ∈ 𝐾 𝑈 = ((𝑗 · 𝑋) + (𝑘 · 𝑌))))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 207   ∧ wa 396   = wceq 1547   ∈ wcel 2119  ∃wrex 3064  {csn 4562  ‘cfv 6492  (class class class)co 7363  Basecbs 17177  +_gcplusg 17218  Scalarcsca 17221   ·_𝑠 cvsca 17222  SubGrpcsubg 19094  LSSumclsm 19607  LModclmod 20857  LSpanclspn 20968

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1802  ax-4 1816  ax-5 1917  ax-6 1974  ax-7 2015  ax-8 2121  ax-9 2129  ax-10 2152  ax-11 2168  ax-12 2189  ax-ext 2712  ax-rep 5206  ax-sep 5225  ax-nul 5235  ax-pow 5301  ax-pr 5369  ax-un 7685  ax-cnex 11092  ax-resscn 11093  ax-1cn 11094  ax-icn 11095  ax-addcl 11096  ax-addrcl 11097  ax-mulcl 11098  ax-mulrcl 11099  ax-mulcom 11100  ax-addass 11101  ax-mulass 11102  ax-distr 11103  ax-i2m1 11104  ax-1ne0 11105  ax-1rid 11106  ax-rnegex 11107  ax-rrecex 11108  ax-cnre 11109  ax-pre-lttri 11110  ax-pre-lttrn 11111  ax-pre-ltadd 11112  ax-pre-mulgt0 11113

This theorem depends on definitions:  df-bi 208  df-an 397  df-or 854  df-3or 1093  df-3an 1094  df-tru 1550  df-fal 1560  df-ex 1787  df-nf 1791  df-sb 2074  df-mo 2543  df-eu 2573  df-clab 2719  df-cleq 2732  df-clel 2815  df-nfc 2889  df-ne 2936  df-nel 3040  df-ral 3055  df-rex 3065  df-rmo 3345  df-reu 3346  df-rab 3393  df-v 3434  df-sbc 3731  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-nul 4269  df-if 4462  df-pw 4538  df-sn 4563  df-pr 4565  df-op 4569  df-uni 4846  df-int 4885  df-iun 4930  df-br 5080  df-opab 5142  df-mpt 5161  df-tr 5187  df-id 5520  df-eprel 5525  df-po 5533  df-so 5534  df-fr 5578  df-we 5580  df-xp 5631  df-rel 5632  df-cnv 5633  df-co 5634  df-dm 5635  df-rn 5636  df-res 5637  df-ima 5638  df-pred 6259  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6494  df-fn 6495  df-f 6496  df-f1 6497  df-fo 6498  df-f1o 6499  df-fv 6500  df-riota 7320  df-ov 7366  df-oprab 7367  df-mpo 7368  df-om 7814  df-1st 7938  df-2nd 7939  df-frecs 8228  df-wrecs 8259  df-recs 8308  df-rdg 8346  df-er 8640  df-en 8891  df-dom 8892  df-sdom 8893  df-pnf 11179  df-mnf 11180  df-xr 11181  df-ltxr 11182  df-le 11183  df-sub 11377  df-neg 11378  df-nn 12173  df-2 12242  df-sets 17132  df-slot 17150  df-ndx 17162  df-base 17178  df-ress 17199  df-plusg 17231  df-0g 17402  df-mgm 18606  df-sgrp 18685  df-mnd 18701  df-grp 18910  df-minusg 18911  df-sbg 18912  df-subg 19097  df-lsm 19609  df-mgp 20120  df-ur 20161  df-ring 20214  df-lmod 20859  df-lss 20929  df-lsp 20969

This theorem is referenced by:  lsppr  21090  baerlem3lem2  42209  baerlem5alem2  42210  baerlem5blem2  42211