HSE Home Hilbert Space Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  HSE Home  >  Th. List  >  shscli Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem shscli 28693
Description: Closure of subspace sum. (Contributed by NM, 15-Oct-1999.) (Revised by Mario Carneiro, 23-Dec-2013.) (New usage is discouraged.)
Hypotheses
Ref Expression
shscl.1 𝐴S
shscl.2 𝐵S
Assertion
Ref Expression
shscli (𝐴 + 𝐵) ∈ S

Proof of Theorem shscli
Dummy variables 𝑥 𝑓 𝑦 𝑧 𝑤 𝑔 𝑣 𝑢 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 shscl.1 . . . 4 𝐴S
2 shscl.2 . . . 4 𝐵S
3 shsss 28689 . . . 4 ((𝐴S𝐵S ) → (𝐴 + 𝐵) ⊆ ℋ)
41, 2, 3mp2an 684 . . 3 (𝐴 + 𝐵) ⊆ ℋ
5 sh0 28590 . . . . . 6 (𝐴S → 0𝐴)
61, 5ax-mp 5 . . . . 5 0𝐴
7 sh0 28590 . . . . . 6 (𝐵S → 0𝐵)
82, 7ax-mp 5 . . . . 5 0𝐵
9 ax-hv0cl 28377 . . . . . . 7 0 ∈ ℋ
109hvaddid2i 28403 . . . . . 6 (0 + 0) = 0
1110eqcomi 2806 . . . . 5 0 = (0 + 0)
12 rspceov 6922 . . . . 5 ((0𝐴 ∧ 0𝐵 ∧ 0 = (0 + 0)) → ∃𝑥𝐴𝑦𝐵 0 = (𝑥 + 𝑦))
136, 8, 11, 12mp3an 1586 . . . 4 𝑥𝐴𝑦𝐵 0 = (𝑥 + 𝑦)
141, 2shseli 28692 . . . 4 (0 ∈ (𝐴 + 𝐵) ↔ ∃𝑥𝐴𝑦𝐵 0 = (𝑥 + 𝑦))
1513, 14mpbir 223 . . 3 0 ∈ (𝐴 + 𝐵)
164, 15pm3.2i 463 . 2 ((𝐴 + 𝐵) ⊆ ℋ ∧ 0 ∈ (𝐴 + 𝐵))
171, 2shseli 28692 . . . . . 6 (𝑥 ∈ (𝐴 + 𝐵) ↔ ∃𝑧𝐴𝑤𝐵 𝑥 = (𝑧 + 𝑤))
181, 2shseli 28692 . . . . . 6 (𝑦 ∈ (𝐴 + 𝐵) ↔ ∃𝑣𝐴𝑢𝐵 𝑦 = (𝑣 + 𝑢))
19 shaddcl 28591 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝐴S𝑧𝐴𝑣𝐴) → (𝑧 + 𝑣) ∈ 𝐴)
201, 19mp3an1 1573 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑧𝐴𝑣𝐴) → (𝑧 + 𝑣) ∈ 𝐴)
2120ad2ant2r 754 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑧𝐴𝑤𝐵) ∧ (𝑣𝐴𝑢𝐵)) → (𝑧 + 𝑣) ∈ 𝐴)
2221ad2ant2r 754 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝑧𝐴𝑤𝐵) ∧ 𝑥 = (𝑧 + 𝑤)) ∧ ((𝑣𝐴𝑢𝐵) ∧ 𝑦 = (𝑣 + 𝑢))) → (𝑧 + 𝑣) ∈ 𝐴)
23 shaddcl 28591 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝐵S𝑤𝐵𝑢𝐵) → (𝑤 + 𝑢) ∈ 𝐵)
242, 23mp3an1 1573 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑤𝐵𝑢𝐵) → (𝑤 + 𝑢) ∈ 𝐵)
2524ad2ant2l 753 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑧𝐴𝑤𝐵) ∧ (𝑣𝐴𝑢𝐵)) → (𝑤 + 𝑢) ∈ 𝐵)
2625ad2ant2r 754 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝑧𝐴𝑤𝐵) ∧ 𝑥 = (𝑧 + 𝑤)) ∧ ((𝑣𝐴𝑢𝐵) ∧ 𝑦 = (𝑣 + 𝑢))) → (𝑤 + 𝑢) ∈ 𝐵)
27 oveq12 6885 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥 = (𝑧 + 𝑤) ∧ 𝑦 = (𝑣 + 𝑢)) → (𝑥 + 𝑦) = ((𝑧 + 𝑤) + (𝑣 + 𝑢)))
2827ad2ant2l 753 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝑧𝐴𝑤𝐵) ∧ 𝑥 = (𝑧 + 𝑤)) ∧ ((𝑣𝐴𝑢𝐵) ∧ 𝑦 = (𝑣 + 𝑢))) → (𝑥 + 𝑦) = ((𝑧 + 𝑤) + (𝑣 + 𝑢)))
291sheli 28588 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑧𝐴𝑧 ∈ ℋ)
301sheli 28588 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑣𝐴𝑣 ∈ ℋ)
3129, 30anim12i 607 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑧𝐴𝑣𝐴) → (𝑧 ∈ ℋ ∧ 𝑣 ∈ ℋ))
322sheli 28588 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑤𝐵𝑤 ∈ ℋ)
332sheli 28588 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑢𝐵𝑢 ∈ ℋ)
3432, 33anim12i 607 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑤𝐵𝑢𝐵) → (𝑤 ∈ ℋ ∧ 𝑢 ∈ ℋ))
35 hvadd4 28410 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝑧 ∈ ℋ ∧ 𝑣 ∈ ℋ) ∧ (𝑤 ∈ ℋ ∧ 𝑢 ∈ ℋ)) → ((𝑧 + 𝑣) + (𝑤 + 𝑢)) = ((𝑧 + 𝑤) + (𝑣 + 𝑢)))
3631, 34, 35syl2an 590 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑧𝐴𝑣𝐴) ∧ (𝑤𝐵𝑢𝐵)) → ((𝑧 + 𝑣) + (𝑤 + 𝑢)) = ((𝑧 + 𝑤) + (𝑣 + 𝑢)))
3736an4s 651 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑧𝐴𝑤𝐵) ∧ (𝑣𝐴𝑢𝐵)) → ((𝑧 + 𝑣) + (𝑤 + 𝑢)) = ((𝑧 + 𝑤) + (𝑣 + 𝑢)))
3837ad2ant2r 754 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝑧𝐴𝑤𝐵) ∧ 𝑥 = (𝑧 + 𝑤)) ∧ ((𝑣𝐴𝑢𝐵) ∧ 𝑦 = (𝑣 + 𝑢))) → ((𝑧 + 𝑣) + (𝑤 + 𝑢)) = ((𝑧 + 𝑤) + (𝑣 + 𝑢)))
3928, 38eqtr4d 2834 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝑧𝐴𝑤𝐵) ∧ 𝑥 = (𝑧 + 𝑤)) ∧ ((𝑣𝐴𝑢𝐵) ∧ 𝑦 = (𝑣 + 𝑢))) → (𝑥 + 𝑦) = ((𝑧 + 𝑣) + (𝑤 + 𝑢)))
40 rspceov 6922 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑧 + 𝑣) ∈ 𝐴 ∧ (𝑤 + 𝑢) ∈ 𝐵 ∧ (𝑥 + 𝑦) = ((𝑧 + 𝑣) + (𝑤 + 𝑢))) → ∃𝑓𝐴𝑔𝐵 (𝑥 + 𝑦) = (𝑓 + 𝑔))
4122, 26, 39, 40syl3anc 1491 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝑧𝐴𝑤𝐵) ∧ 𝑥 = (𝑧 + 𝑤)) ∧ ((𝑣𝐴𝑢𝐵) ∧ 𝑦 = (𝑣 + 𝑢))) → ∃𝑓𝐴𝑔𝐵 (𝑥 + 𝑦) = (𝑓 + 𝑔))
4241ancoms 451 . . . . . . . . . . 11 ((((𝑣𝐴𝑢𝐵) ∧ 𝑦 = (𝑣 + 𝑢)) ∧ ((𝑧𝐴𝑤𝐵) ∧ 𝑥 = (𝑧 + 𝑤))) → ∃𝑓𝐴𝑔𝐵 (𝑥 + 𝑦) = (𝑓 + 𝑔))
4342exp43 428 . . . . . . . . . 10 ((𝑣𝐴𝑢𝐵) → (𝑦 = (𝑣 + 𝑢) → ((𝑧𝐴𝑤𝐵) → (𝑥 = (𝑧 + 𝑤) → ∃𝑓𝐴𝑔𝐵 (𝑥 + 𝑦) = (𝑓 + 𝑔)))))
4443rexlimivv 3215 . . . . . . . . 9 (∃𝑣𝐴𝑢𝐵 𝑦 = (𝑣 + 𝑢) → ((𝑧𝐴𝑤𝐵) → (𝑥 = (𝑧 + 𝑤) → ∃𝑓𝐴𝑔𝐵 (𝑥 + 𝑦) = (𝑓 + 𝑔))))
4544com3l 89 . . . . . . . 8 ((𝑧𝐴𝑤𝐵) → (𝑥 = (𝑧 + 𝑤) → (∃𝑣𝐴𝑢𝐵 𝑦 = (𝑣 + 𝑢) → ∃𝑓𝐴𝑔𝐵 (𝑥 + 𝑦) = (𝑓 + 𝑔))))
4645rexlimivv 3215 . . . . . . 7 (∃𝑧𝐴𝑤𝐵 𝑥 = (𝑧 + 𝑤) → (∃𝑣𝐴𝑢𝐵 𝑦 = (𝑣 + 𝑢) → ∃𝑓𝐴𝑔𝐵 (𝑥 + 𝑦) = (𝑓 + 𝑔)))
4746imp 396 . . . . . 6 ((∃𝑧𝐴𝑤𝐵 𝑥 = (𝑧 + 𝑤) ∧ ∃𝑣𝐴𝑢𝐵 𝑦 = (𝑣 + 𝑢)) → ∃𝑓𝐴𝑔𝐵 (𝑥 + 𝑦) = (𝑓 + 𝑔))
4817, 18, 47syl2anb 592 . . . . 5 ((𝑥 ∈ (𝐴 + 𝐵) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 + 𝐵)) → ∃𝑓𝐴𝑔𝐵 (𝑥 + 𝑦) = (𝑓 + 𝑔))
491, 2shseli 28692 . . . . 5 ((𝑥 + 𝑦) ∈ (𝐴 + 𝐵) ↔ ∃𝑓𝐴𝑔𝐵 (𝑥 + 𝑦) = (𝑓 + 𝑔))
5048, 49sylibr 226 . . . 4 ((𝑥 ∈ (𝐴 + 𝐵) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 + 𝐵)) → (𝑥 + 𝑦) ∈ (𝐴 + 𝐵))
5150rgen2a 3156 . . 3 𝑥 ∈ (𝐴 + 𝐵)∀𝑦 ∈ (𝐴 + 𝐵)(𝑥 + 𝑦) ∈ (𝐴 + 𝐵)
52 shmulcl 28592 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐴S𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑣𝐴) → (𝑥 · 𝑣) ∈ 𝐴)
531, 52mp3an1 1573 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑣𝐴) → (𝑥 · 𝑣) ∈ 𝐴)
5453adantrr 709 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑣𝐴 ∧ (𝑢𝐵𝑦 = (𝑣 + 𝑢)))) → (𝑥 · 𝑣) ∈ 𝐴)
55 shmulcl 28592 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝐵S𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑢𝐵) → (𝑥 · 𝑢) ∈ 𝐵)
562, 55mp3an1 1573 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑢𝐵) → (𝑥 · 𝑢) ∈ 𝐵)
5756adantrr 709 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑢𝐵𝑦 = (𝑣 + 𝑢))) → (𝑥 · 𝑢) ∈ 𝐵)
5857adantrl 708 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑣𝐴 ∧ (𝑢𝐵𝑦 = (𝑣 + 𝑢)))) → (𝑥 · 𝑢) ∈ 𝐵)
59 oveq2 6884 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑦 = (𝑣 + 𝑢) → (𝑥 · 𝑦) = (𝑥 · (𝑣 + 𝑢)))
6059adantl 474 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑢𝐵𝑦 = (𝑣 + 𝑢)) → (𝑥 · 𝑦) = (𝑥 · (𝑣 + 𝑢)))
6160ad2antll 721 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑣𝐴 ∧ (𝑢𝐵𝑦 = (𝑣 + 𝑢)))) → (𝑥 · 𝑦) = (𝑥 · (𝑣 + 𝑢)))
62 id 22 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑥 ∈ ℂ → 𝑥 ∈ ℂ)
63 ax-hvdistr1 28382 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑣 ∈ ℋ ∧ 𝑢 ∈ ℋ) → (𝑥 · (𝑣 + 𝑢)) = ((𝑥 · 𝑣) + (𝑥 · 𝑢)))
6462, 30, 33, 63syl3an 1200 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑣𝐴𝑢𝐵) → (𝑥 · (𝑣 + 𝑢)) = ((𝑥 · 𝑣) + (𝑥 · 𝑢)))
65643expb 1150 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑣𝐴𝑢𝐵)) → (𝑥 · (𝑣 + 𝑢)) = ((𝑥 · 𝑣) + (𝑥 · 𝑢)))
6665adantrrr 717 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑣𝐴 ∧ (𝑢𝐵𝑦 = (𝑣 + 𝑢)))) → (𝑥 · (𝑣 + 𝑢)) = ((𝑥 · 𝑣) + (𝑥 · 𝑢)))
6761, 66eqtrd 2831 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑣𝐴 ∧ (𝑢𝐵𝑦 = (𝑣 + 𝑢)))) → (𝑥 · 𝑦) = ((𝑥 · 𝑣) + (𝑥 · 𝑢)))
68 rspceov 6922 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑥 · 𝑣) ∈ 𝐴 ∧ (𝑥 · 𝑢) ∈ 𝐵 ∧ (𝑥 · 𝑦) = ((𝑥 · 𝑣) + (𝑥 · 𝑢))) → ∃𝑓𝐴𝑔𝐵 (𝑥 · 𝑦) = (𝑓 + 𝑔))
6954, 58, 67, 68syl3anc 1491 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑣𝐴 ∧ (𝑢𝐵𝑦 = (𝑣 + 𝑢)))) → ∃𝑓𝐴𝑔𝐵 (𝑥 · 𝑦) = (𝑓 + 𝑔))
7069ancoms 451 . . . . . . . . . 10 (((𝑣𝐴 ∧ (𝑢𝐵𝑦 = (𝑣 + 𝑢))) ∧ 𝑥 ∈ ℂ) → ∃𝑓𝐴𝑔𝐵 (𝑥 · 𝑦) = (𝑓 + 𝑔))
7170exp42 427 . . . . . . . . 9 (𝑣𝐴 → (𝑢𝐵 → (𝑦 = (𝑣 + 𝑢) → (𝑥 ∈ ℂ → ∃𝑓𝐴𝑔𝐵 (𝑥 · 𝑦) = (𝑓 + 𝑔)))))
7271imp 396 . . . . . . . 8 ((𝑣𝐴𝑢𝐵) → (𝑦 = (𝑣 + 𝑢) → (𝑥 ∈ ℂ → ∃𝑓𝐴𝑔𝐵 (𝑥 · 𝑦) = (𝑓 + 𝑔))))
7372rexlimivv 3215 . . . . . . 7 (∃𝑣𝐴𝑢𝐵 𝑦 = (𝑣 + 𝑢) → (𝑥 ∈ ℂ → ∃𝑓𝐴𝑔𝐵 (𝑥 · 𝑦) = (𝑓 + 𝑔)))
7473impcom 397 . . . . . 6 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ ∃𝑣𝐴𝑢𝐵 𝑦 = (𝑣 + 𝑢)) → ∃𝑓𝐴𝑔𝐵 (𝑥 · 𝑦) = (𝑓 + 𝑔))
7518, 74sylan2b 588 . . . . 5 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 + 𝐵)) → ∃𝑓𝐴𝑔𝐵 (𝑥 · 𝑦) = (𝑓 + 𝑔))
761, 2shseli 28692 . . . . 5 ((𝑥 · 𝑦) ∈ (𝐴 + 𝐵) ↔ ∃𝑓𝐴𝑔𝐵 (𝑥 · 𝑦) = (𝑓 + 𝑔))
7775, 76sylibr 226 . . . 4 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ (𝐴 + 𝐵)) → (𝑥 · 𝑦) ∈ (𝐴 + 𝐵))
7877rgen2 3154 . . 3 𝑥 ∈ ℂ ∀𝑦 ∈ (𝐴 + 𝐵)(𝑥 · 𝑦) ∈ (𝐴 + 𝐵)
7951, 78pm3.2i 463 . 2 (∀𝑥 ∈ (𝐴 + 𝐵)∀𝑦 ∈ (𝐴 + 𝐵)(𝑥 + 𝑦) ∈ (𝐴 + 𝐵) ∧ ∀𝑥 ∈ ℂ ∀𝑦 ∈ (𝐴 + 𝐵)(𝑥 · 𝑦) ∈ (𝐴 + 𝐵))
80 issh2 28583 . 2 ((𝐴 + 𝐵) ∈ S ↔ (((𝐴 + 𝐵) ⊆ ℋ ∧ 0 ∈ (𝐴 + 𝐵)) ∧ (∀𝑥 ∈ (𝐴 + 𝐵)∀𝑦 ∈ (𝐴 + 𝐵)(𝑥 + 𝑦) ∈ (𝐴 + 𝐵) ∧ ∀𝑥 ∈ ℂ ∀𝑦 ∈ (𝐴 + 𝐵)(𝑥 · 𝑦) ∈ (𝐴 + 𝐵))))
8116, 79, 80mpbir2an 703 1 (𝐴 + 𝐵) ∈ S
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 385   = wceq 1653  wcel 2157  wral 3087  wrex 3088  wss 3767  (class class class)co 6876  cc 10220  chba 28293   + cva 28294   · csm 28295  0c0v 28298   S csh 28302   + cph 28305
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1891  ax-4 1905  ax-5 2006  ax-6 2072  ax-7 2107  ax-8 2159  ax-9 2166  ax-10 2185  ax-11 2200  ax-12 2213  ax-13 2354  ax-ext 2775  ax-rep 4962  ax-sep 4973  ax-nul 4981  ax-pow 5033  ax-pr 5095  ax-un 7181  ax-resscn 10279  ax-1cn 10280  ax-icn 10281  ax-addcl 10282  ax-addrcl 10283  ax-mulcl 10284  ax-mulrcl 10285  ax-mulcom 10286  ax-addass 10287  ax-mulass 10288  ax-distr 10289  ax-i2m1 10290  ax-1ne0 10291  ax-1rid 10292  ax-rnegex 10293  ax-rrecex 10294  ax-cnre 10295  ax-pre-lttri 10296  ax-pre-lttrn 10297  ax-pre-ltadd 10298  ax-hilex 28373  ax-hfvadd 28374  ax-hvcom 28375  ax-hvass 28376  ax-hv0cl 28377  ax-hvaddid 28378  ax-hfvmul 28379  ax-hvmulid 28380  ax-hvdistr1 28382  ax-hvdistr2 28383  ax-hvmul0 28384
This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 386  df-or 875  df-3or 1109  df-3an 1110  df-tru 1657  df-ex 1876  df-nf 1880  df-sb 2065  df-mo 2590  df-eu 2607  df-clab 2784  df-cleq 2790  df-clel 2793  df-nfc 2928  df-ne 2970  df-nel 3073  df-ral 3092  df-rex 3093  df-reu 3094  df-rab 3096  df-v 3385  df-sbc 3632  df-csb 3727  df-dif 3770  df-un 3772  df-in 3774  df-ss 3781  df-nul 4114  df-if 4276  df-pw 4349  df-sn 4367  df-pr 4369  df-op 4373  df-uni 4627  df-iun 4710  df-br 4842  df-opab 4904  df-mpt 4921  df-id 5218  df-po 5231  df-so 5232  df-xp 5316  df-rel 5317  df-cnv 5318  df-co 5319  df-dm 5320  df-rn 5321  df-res 5322  df-ima 5323  df-iota 6062  df-fun 6101  df-fn 6102  df-f 6103  df-f1 6104  df-fo 6105  df-f1o 6106  df-fv 6107  df-riota 6837  df-ov 6879  df-oprab 6880  df-mpt2 6881  df-er 7980  df-en 8194  df-dom 8195  df-sdom 8196  df-pnf 10363  df-mnf 10364  df-ltxr 10366  df-sub 10556  df-neg 10557  df-grpo 27865  df-ablo 27917  df-hvsub 28345  df-sh 28581  df-shs 28684
This theorem is referenced by:  shscl  28694  shsval2i  28763  shjshsi  28868  spanuni  28920  5oalem1  29030  5oalem3  29032  5oalem5  29034  5oalem6  29035  5oai  29037  3oalem2  29039  3oalem6  29043  mayete3i  29104  sumdmdlem  29794
  Copyright terms: Public domain W3C validator