Theorem lspsnat 21453

Description: There is no subspace strictly between the zero subspace and the span of a vector (i.e. a 1-dimensional subspace is an atom). (h1datomi 32213 analog.) (Contributed by NM, 20-Apr-2014.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 22-Jun-2014.)

Hypotheses

Ref	Expression
lspsnat.v	⊢ 𝑉 = (Base‘𝑊)
lspsnat.z	⊢ 0 = (0g‘𝑊)
lspsnat.s	⊢ 𝑆 = (LSubSp‘𝑊)
lspsnat.n	⊢ 𝑁 = (LSpan‘𝑊)

Assertion

Ref	Expression
lspsnat	⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ 𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋})) → (𝑈 = (𝑁‘{𝑋}) ∨ 𝑈 = { 0 }))

Proof of Theorem lspsnat

Dummy variable 𝑥 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		n0 4303	. . . . . 6 ⊢ ((𝑈 ∖ { 0 }) ≠ ∅ ↔ ∃𝑥 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))
2		simprl 783	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ (𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))) → 𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}))
3		lspsnat.s	. . . . . . . . . 10 ⊢ 𝑆 = (LSubSp‘𝑊)
4		lspsnat.n	. . . . . . . . . 10 ⊢ 𝑁 = (LSpan‘𝑊)
5		simpl1 1210	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ (𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))) → 𝑊 ∈ LVec)
6		lveclmod 21411	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑊 ∈ LVec → 𝑊 ∈ LMod)
7	5, 6	syl 18	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ (𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))) → 𝑊 ∈ LMod)
8		simpl2 1211	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ (𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))) → 𝑈 ∈ 𝑆)
9		simprr 785	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ (𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))) → 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))
10	9	eldifad 4054	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ (𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))) → 𝑥 ∈ 𝑈)
11	3, 4, 7, 8, 10	ellspsn5 21301	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ (𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))) → (𝑁‘{𝑥}) ⊆ 𝑈)
12		0ss 4353	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ∅ ⊆ 𝑉
13	12	a1i 11	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ (𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))) → ∅ ⊆ 𝑉)
14		simpl3 1212	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ (𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))) → 𝑋 ∈ 𝑉)
15		ssdif 4083	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}) → (𝑈 ∖ { 0 }) ⊆ ((𝑁‘{𝑋}) ∖ { 0 }))
16	15	ad2antrl 741	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ (𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))) → (𝑈 ∖ { 0 }) ⊆ ((𝑁‘{𝑋}) ∖ { 0 }))
17	16, 9	sseldd 3914	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ (𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))) → 𝑥 ∈ ((𝑁‘{𝑋}) ∖ { 0 }))
18		uncom 4160	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (∅ ∪ {𝑋}) = ({𝑋} ∪ ∅)
19		un0 4347	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ ({𝑋} ∪ ∅) = {𝑋}
20	18, 19	eqtri 2786	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (∅ ∪ {𝑋}) = {𝑋}
21	20	fveq2i 6911	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑁‘(∅ ∪ {𝑋})) = (𝑁‘{𝑋})
22	21	a1i 11	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ (𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))) → (𝑁‘(∅ ∪ {𝑋})) = (𝑁‘{𝑋}))
23		lspsnat.z	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ 0 = (0g‘𝑊)
24	23, 4	lsp0 21314	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑊 ∈ LMod → (𝑁‘∅) = { 0 })
25	7, 24	syl 18	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ (𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))) → (𝑁‘∅) = { 0 })
26	22, 25	difeq12d 4067	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ (𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))) → ((𝑁‘(∅ ∪ {𝑋})) ∖ (𝑁‘∅)) = ((𝑁‘{𝑋}) ∖ { 0 }))
27	17, 26	eleqtrrd 2867	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ (𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))) → 𝑥 ∈ ((𝑁‘(∅ ∪ {𝑋})) ∖ (𝑁‘∅)))
28		lspsnat.v	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ 𝑉 = (Base‘𝑊)
29	28, 3, 4	lspsolv 21451	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑊 ∈ LVec ∧ (∅ ⊆ 𝑉 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑥 ∈ ((𝑁‘(∅ ∪ {𝑋})) ∖ (𝑁‘∅)))) → 𝑋 ∈ (𝑁‘(∅ ∪ {𝑥})))
30	5, 13, 14, 27, 29	syl13anc 1400	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ (𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))) → 𝑋 ∈ (𝑁‘(∅ ∪ {𝑥})))
31		uncom 4160	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (∅ ∪ {𝑥}) = ({𝑥} ∪ ∅)
32		un0 4347	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ({𝑥} ∪ ∅) = {𝑥}
33	31, 32	eqtri 2786	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (∅ ∪ {𝑥}) = {𝑥}
34	33	fveq2i 6911	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑁‘(∅ ∪ {𝑥})) = (𝑁‘{𝑥})
35	30, 34	eleqtrdi 2874	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ (𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))) → 𝑋 ∈ (𝑁‘{𝑥}))
36	11, 35	sseldd 3914	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ (𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))) → 𝑋 ∈ 𝑈)
37	3, 4, 7, 8, 36	ellspsn5 21301	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ (𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))) → (𝑁‘{𝑋}) ⊆ 𝑈)
38	2, 37	eqssd 3930	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ (𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋}) ∧ 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }))) → 𝑈 = (𝑁‘{𝑋}))
39	38	expr 462	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ 𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋})) → (𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }) → 𝑈 = (𝑁‘{𝑋})))
40	39	exlimdv 1968	. . . . . 6 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ 𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋})) → (∃𝑥 𝑥 ∈ (𝑈 ∖ { 0 }) → 𝑈 = (𝑁‘{𝑋})))
41	1, 40	biimtrid 245	. . . . 5 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ 𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋})) → ((𝑈 ∖ { 0 }) ≠ ∅ → 𝑈 = (𝑁‘{𝑋})))
42	41	necon1bd 2977	. . . 4 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ 𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋})) → (¬ 𝑈 = (𝑁‘{𝑋}) → (𝑈 ∖ { 0 }) = ∅))
43		ssdif0 4317	. . . 4 ⊢ (𝑈 ⊆ { 0 } ↔ (𝑈 ∖ { 0 }) = ∅)
44	42, 43	imbitrrdi 255	. . 3 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ 𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋})) → (¬ 𝑈 = (𝑁‘{𝑋}) → 𝑈 ⊆ { 0 }))
45		simpl1 1210	. . . . 5 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ 𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋})) → 𝑊 ∈ LVec)
46	45, 6	syl 18	. . . 4 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ 𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋})) → 𝑊 ∈ LMod)
47		simpl2 1211	. . . 4 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ 𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋})) → 𝑈 ∈ 𝑆)
48	23, 3	lssle0 21255	. . . 4 ⊢ ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈 ∈ 𝑆) → (𝑈 ⊆ { 0 } ↔ 𝑈 = { 0 }))
49	46, 47, 48	syl2anc 596	. . 3 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ 𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋})) → (𝑈 ⊆ { 0 } ↔ 𝑈 = { 0 }))
50	44, 49	sylibd 242	. 2 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ 𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋})) → (¬ 𝑈 = (𝑁‘{𝑋}) → 𝑈 = { 0 }))
51	50	orrd 877	1 ⊢ (((𝑊 ∈ LVec ∧ 𝑈 ∈ 𝑆 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) ∧ 𝑈 ⊆ (𝑁‘{𝑋})) → (𝑈 = (𝑁‘{𝑋}) ∨ 𝑈 = { 0 }))

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∨ wo 861   ∧ w3a 1103   = wceq 1570  ∃wex 1812   ∈ wcel 2147   ≠ wne 2959   ⊆ wss 3900   ∖ cdif 4048   ∪ cun 4152  ∅c0 4281  {csn 4588  ‘cfv 6558  Basecbs 17416  0_gc0g 17639  LModclmod 21165  LSubSpclss 21236  LSpanclspn 21276  LVecclvec 21407

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5235  ax-sep 5252  ax-nul 5263  ax-pow 5331  ax-pr 5395  ax-un 7775  ax-cnex 11283  ax-resscn 11284  ax-1cn 11285  ax-icn 11286  ax-addcl 11287  ax-addrcl 11288  ax-mulcl 11289  ax-mulrcl 11290  ax-mulcom 11291  ax-addass 11292  ax-mulass 11293  ax-distr 11294  ax-i2m1 11295  ax-1ne0 11296  ax-1rid 11297  ax-rnegex 11298  ax-rrecex 11299  ax-cnre 11300  ax-pre-lttri 11301  ax-pre-lttrn 11302  ax-pre-ltadd 11303  ax-pre-mulgt0 11304

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-br 5107  df-opab 5171  df-mpt 5190  df-tr 5216  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6322  df-ord 6383  df-on 6384  df-lim 6385  df-suc 6386  df-iota 6512  df-fun 6560  df-fn 6561  df-f 6562  df-f1 6563  df-fo 6564  df-f1o 6565  df-fv 6566  df-riota 7400  df-ov 7446  df-oprab 7447  df-mpo 7448  df-om 7902  df-1st 8025  df-2nd 8026  df-tpos 8271  df-frecs 8327  df-wrecs 8358  df-recs 8407  df-rdg 8446  df-er 8745  df-en 9002  df-dom 9003  df-sdom 9004  df-pnf 11372  df-mnf 11373  df-xr 11374  df-ltxr 11375  df-le 11376  df-sub 11570  df-neg 11571  df-nn 12363  df-2 12432  df-3 12433  df-sets 17371  df-slot 17389  df-ndx 17401  df-base 17417  df-ress 17438  df-plusg 17470  df-mulr 17471  df-0g 17641  df-mgm 18845  df-sgrp 18937  df-mnd 18953  df-grp 19176  df-minusg 19177  df-sbg 19178  df-cmn 20026  df-abl 20027  df-mgp 20391  df-rng 20405  df-ur 20438  df-ring 20491  df-oppr 20597  df-dvdsr 20617  df-unit 20618  df-invr 20648  df-drng 21012  df-lmod 21167  df-lss 21237  df-lsp 21277  df-lvec 21408

This theorem is used by:  lspsncv0  21454  lsatcmp  40252  dihlspsnssN  42581  dihlspsnat  42582