Theorem lspprat 21153

Description: A proper subspace of the span of a pair of vectors is the span of a singleton (an atom) or the zero subspace (if 𝑧 is zero). Proof suggested by Mario Carneiro, 28-Aug-2014. (Contributed by NM, 29-Aug-2014.)

Hypotheses

Ref	Expression
lspprat.v	⊢ 𝑉 = (Base‘𝑊)
lspprat.s	⊢ 𝑆 = (LSubSp‘𝑊)
lspprat.n	⊢ 𝑁 = (LSpan‘𝑊)
lspprat.w	⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ LVec)
lspprat.u	⊢ (𝜑 → 𝑈 ∈ 𝑆)
lspprat.x	⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝑉)
lspprat.y	⊢ (𝜑 → 𝑌 ∈ 𝑉)
lspprat.p	⊢ (𝜑 → 𝑈 ⊊ (𝑁‘{𝑋, 𝑌}))

Assertion

Ref	Expression
lspprat	⊢ (𝜑 → ∃𝑧 ∈ 𝑉 𝑈 = (𝑁‘{𝑧}))

Distinct variable groups:   𝑧,𝑁   𝑧,𝑈   𝑧,𝑉   𝑧,𝑊   𝜑,𝑧

Allowed substitution hints:   𝑆(𝑧)   𝑋(𝑧)   𝑌(𝑧)

Proof of Theorem lspprat

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ssdif0 4301	. . 3 ⊢ (𝑈 ⊆ {(0g‘𝑊)} ↔ (𝑈 ∖ {(0g‘𝑊)}) = ∅)
2		lspprat.w	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ LVec)
3		lveclmod 21103	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑊 ∈ LVec → 𝑊 ∈ LMod)
4	2, 3	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ LMod)
5		lspprat.v	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑉 = (Base‘𝑊)
6		eqid 2740	. . . . . . . 8 ⊢ (0g‘𝑊) = (0g‘𝑊)
7	5, 6	lmod0vcl 20888	. . . . . . 7 ⊢ (𝑊 ∈ LMod → (0g‘𝑊) ∈ 𝑉)
8	4, 7	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (0g‘𝑊) ∈ 𝑉)
9	8	adantr 481	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑈 ⊆ {(0g‘𝑊)}) → (0g‘𝑊) ∈ 𝑉)
10		simpr 485	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑈 ⊆ {(0g‘𝑊)}) → 𝑈 ⊆ {(0g‘𝑊)})
11		lspprat.u	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑈 ∈ 𝑆)
12		lspprat.s	. . . . . . . . . 10 ⊢ 𝑆 = (LSubSp‘𝑊)
13	6, 12	lss0ss 20946	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈 ∈ 𝑆) → {(0g‘𝑊)} ⊆ 𝑈)
14	4, 11, 13	syl2anc 590	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → {(0g‘𝑊)} ⊆ 𝑈)
15	14	adantr 481	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑈 ⊆ {(0g‘𝑊)}) → {(0g‘𝑊)} ⊆ 𝑈)
16	10, 15	eqssd 3939	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑈 ⊆ {(0g‘𝑊)}) → 𝑈 = {(0g‘𝑊)})
17		lspprat.n	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑁 = (LSpan‘𝑊)
18	6, 17	lspsn0 21005	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑊 ∈ LMod → (𝑁‘{(0g‘𝑊)}) = {(0g‘𝑊)})
19	4, 18	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝑁‘{(0g‘𝑊)}) = {(0g‘𝑊)})
20	19	adantr 481	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑈 ⊆ {(0g‘𝑊)}) → (𝑁‘{(0g‘𝑊)}) = {(0g‘𝑊)})
21	16, 20	eqtr4d 2778	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑈 ⊆ {(0g‘𝑊)}) → 𝑈 = (𝑁‘{(0g‘𝑊)}))
22		sneq 4572	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = (0g‘𝑊) → {𝑧} = {(0g‘𝑊)})
23	22	fveq2d 6838	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 = (0g‘𝑊) → (𝑁‘{𝑧}) = (𝑁‘{(0g‘𝑊)}))
24	23	rspceeqv 3590	. . . . 5 ⊢ (((0g‘𝑊) ∈ 𝑉 ∧ 𝑈 = (𝑁‘{(0g‘𝑊)})) → ∃𝑧 ∈ 𝑉 𝑈 = (𝑁‘{𝑧}))
25	9, 21, 24	syl2anc 590	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑈 ⊆ {(0g‘𝑊)}) → ∃𝑧 ∈ 𝑉 𝑈 = (𝑁‘{𝑧}))
26	25	ex 413	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑈 ⊆ {(0g‘𝑊)} → ∃𝑧 ∈ 𝑉 𝑈 = (𝑁‘{𝑧})))
27	1, 26	biimtrrid 244	. 2 ⊢ (𝜑 → ((𝑈 ∖ {(0g‘𝑊)}) = ∅ → ∃𝑧 ∈ 𝑉 𝑈 = (𝑁‘{𝑧})))
28	5, 12	lssss 20933	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑈 ∈ 𝑆 → 𝑈 ⊆ 𝑉)
29	11, 28	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑈 ⊆ 𝑉)
30	29	ssdifssd 4084	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑈 ∖ {(0g‘𝑊)}) ⊆ 𝑉)
31	30	sseld 3921	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑧 ∈ (𝑈 ∖ {(0g‘𝑊)}) → 𝑧 ∈ 𝑉))
32		lspprat.x	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝑉)
33		lspprat.y	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑌 ∈ 𝑉)
34		lspprat.p	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑈 ⊊ (𝑁‘{𝑋, 𝑌}))
35	5, 12, 17, 2, 11, 32, 33, 34, 6	lsppratlem6 21152	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑧 ∈ (𝑈 ∖ {(0g‘𝑊)}) → 𝑈 = (𝑁‘{𝑧})))
36	31, 35	jcad 517	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑧 ∈ (𝑈 ∖ {(0g‘𝑊)}) → (𝑧 ∈ 𝑉 ∧ 𝑈 = (𝑁‘{𝑧}))))
37	36	eximdv 1924	. . 3 ⊢ (𝜑 → (∃𝑧 𝑧 ∈ (𝑈 ∖ {(0g‘𝑊)}) → ∃𝑧(𝑧 ∈ 𝑉 ∧ 𝑈 = (𝑁‘{𝑧}))))
38		n0 4288	. . 3 ⊢ ((𝑈 ∖ {(0g‘𝑊)}) ≠ ∅ ↔ ∃𝑧 𝑧 ∈ (𝑈 ∖ {(0g‘𝑊)}))
39		df-rex 3065	. . 3 ⊢ (∃𝑧 ∈ 𝑉 𝑈 = (𝑁‘{𝑧}) ↔ ∃𝑧(𝑧 ∈ 𝑉 ∧ 𝑈 = (𝑁‘{𝑧})))
40	37, 38, 39	3imtr4g 297	. 2 ⊢ (𝜑 → ((𝑈 ∖ {(0g‘𝑊)}) ≠ ∅ → ∃𝑧 ∈ 𝑉 𝑈 = (𝑁‘{𝑧})))
41	27, 40	pm2.61dne 3021	1 ⊢ (𝜑 → ∃𝑧 ∈ 𝑉 𝑈 = (𝑁‘{𝑧}))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 396   = wceq 1547  ∃wex 1786   ∈ wcel 2119   ≠ wne 2935  ∃wrex 3064   ∖ cdif 3887   ⊆ wss 3890   ⊊ wpss 3891  ∅c0 4268  {csn 4562  {cpr 4564  ‘cfv 6492  Basecbs 17177  0_gc0g 17400  LModclmod 20857  LSubSpclss 20928  LSpanclspn 20968  LVecclvec 21099

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-tpos 8173  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-3 12243  df-sets 17132  df-slot 17150  df-ndx 17162  df-base 17178  df-ress 17199  df-plusg 17231  df-mulr 17232  df-0g 17402  df-mgm 18606  df-sgrp 18685  df-mnd 18701  df-grp 18910  df-minusg 18911  df-sbg 18912  df-cmn 19755  df-abl 19756  df-mgp 20120  df-rng 20132  df-ur 20161  df-ring 20214  df-oppr 20315  df-dvdsr 20335  df-unit 20336  df-invr 20366  df-drng 20710  df-lmod 20859  df-lss 20929  df-lsp 20969  df-lvec 21100

This theorem is referenced by:  dvh3dim3N  41948