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Theorem chscllem4

Description: Lemma for chscl . (Contributed by Mario Carneiro, 19-May-2014) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypotheses chscl.1 ⊢ φ → A ∈ C ℋ
chscl.2 ⊢ φ → B ∈ C ℋ
chscl.3 ⊢ φ → B ⊆ ⊥ ⁡ A
chscl.4 ⊢ φ → H : ℕ ⟶ A + ℋ B
chscl.5 ⊢ φ → H ⇝v u
chscl.6 ⊢ F = n ∈ ℕ ⟼ proj ℎ ⁡ A ⁡ H ⁡ n
chscl.7 ⊢ G = n ∈ ℕ ⟼ proj ℎ ⁡ B ⁡ H ⁡ n
Assertion chscllem4 ⊢ φ → u ∈ A + ℋ B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 chscl.1 ⊢ φ → A ∈ C ℋ
2 chscl.2 ⊢ φ → B ∈ C ℋ
3 chscl.3 ⊢ φ → B ⊆ ⊥ ⁡ A
4 chscl.4 ⊢ φ → H : ℕ ⟶ A + ℋ B
5 chscl.5 ⊢ φ → H ⇝v u
6 chscl.6 ⊢ F = n ∈ ℕ ⟼ proj ℎ ⁡ A ⁡ H ⁡ n
7 chscl.7 ⊢ G = n ∈ ℕ ⟼ proj ℎ ⁡ B ⁡ H ⁡ n
8 hlimf ⊢ ⇝v : dom ⁡ ⇝v ⟶ ℋ
9 ffun ⊢ ⇝v : dom ⁡ ⇝v ⟶ ℋ → Fun ⁡ ⇝v
10 8 9 ax-mp ⊢ Fun ⁡ ⇝v
11 funbrfv ⊢ Fun ⁡ ⇝v → H ⇝v u → ⇝v ⁡ H = u
12 10 5 11 mpsyl ⊢ φ → ⇝v ⁡ H = u
13 4 feqmptd ⊢ φ → H = k ∈ ℕ ⟼ H ⁡ k
14 4 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ → H ⁡ k ∈ A + ℋ B
15 chsh ⊢ A ∈ C ℋ → A ∈ S ℋ
16 1 15 syl ⊢ φ → A ∈ S ℋ
17 chsh ⊢ B ∈ C ℋ → B ∈ S ℋ
18 2 17 syl ⊢ φ → B ∈ S ℋ
19 shsel ⊢ A ∈ S ℋ ∧ B ∈ S ℋ → H ⁡ k ∈ A + ℋ B ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B H ⁡ k = x + ℎ y
20 16 18 19 syl2anc ⊢ φ → H ⁡ k ∈ A + ℋ B ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B H ⁡ k = x + ℎ y
21 20 biimpa ⊢ φ ∧ H ⁡ k ∈ A + ℋ B → ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B H ⁡ k = x + ℎ y
22 14 21 syldan ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ → ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B H ⁡ k = x + ℎ y
23 simp3 ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → H ⁡ k = x + ℎ y
24 simp1l ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → φ
25 24 1 syl ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → A ∈ C ℋ
26 24 2 syl ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → B ∈ C ℋ
27 24 3 syl ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → B ⊆ ⊥ ⁡ A
28 24 4 syl ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → H : ℕ ⟶ A + ℋ B
29 24 5 syl ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → H ⇝v u
30 simp1r ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → k ∈ ℕ
31 simp2l ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → x ∈ A
32 simp2r ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → y ∈ B
33 25 26 27 28 29 6 30 31 32 23 chscllem3 ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → x = F ⁡ k
34 chsscon2 ⊢ B ∈ C ℋ ∧ A ∈ C ℋ → B ⊆ ⊥ ⁡ A ↔ A ⊆ ⊥ ⁡ B
35 2 1 34 syl2anc ⊢ φ → B ⊆ ⊥ ⁡ A ↔ A ⊆ ⊥ ⁡ B
36 3 35 mpbid ⊢ φ → A ⊆ ⊥ ⁡ B
37 24 36 syl ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → A ⊆ ⊥ ⁡ B
38 shscom ⊢ A ∈ S ℋ ∧ B ∈ S ℋ → A + ℋ B = B + ℋ A
39 16 18 38 syl2anc ⊢ φ → A + ℋ B = B + ℋ A
40 39 feq3d ⊢ φ → H : ℕ ⟶ A + ℋ B ↔ H : ℕ ⟶ B + ℋ A
41 4 40 mpbid ⊢ φ → H : ℕ ⟶ B + ℋ A
42 24 41 syl ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → H : ℕ ⟶ B + ℋ A
43 shss ⊢ A ∈ S ℋ → A ⊆ ℋ
44 16 43 syl ⊢ φ → A ⊆ ℋ
45 24 44 syl ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → A ⊆ ℋ
46 45 31 sseldd ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → x ∈ ℋ
47 shss ⊢ B ∈ S ℋ → B ⊆ ℋ
48 18 47 syl ⊢ φ → B ⊆ ℋ
49 24 48 syl ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → B ⊆ ℋ
50 49 32 sseldd ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → y ∈ ℋ
51 ax-hvcom ⊢ x ∈ ℋ ∧ y ∈ ℋ → x + ℎ y = y + ℎ x
52 46 50 51 syl2anc ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → x + ℎ y = y + ℎ x
53 23 52 eqtrd ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → H ⁡ k = y + ℎ x
54 26 25 37 42 29 7 30 32 31 53 chscllem3 ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → y = G ⁡ k
55 33 54 oveq12d ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → x + ℎ y = F ⁡ k + ℎ G ⁡ k
56 23 55 eqtrd ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ H ⁡ k = x + ℎ y → H ⁡ k = F ⁡ k + ℎ G ⁡ k
57 56 3exp ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ → x ∈ A ∧ y ∈ B → H ⁡ k = x + ℎ y → H ⁡ k = F ⁡ k + ℎ G ⁡ k
58 57 rexlimdvv ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ → ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B H ⁡ k = x + ℎ y → H ⁡ k = F ⁡ k + ℎ G ⁡ k
59 22 58 mpd ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ → H ⁡ k = F ⁡ k + ℎ G ⁡ k
60 59 mpteq2dva ⊢ φ → k ∈ ℕ ⟼ H ⁡ k = k ∈ ℕ ⟼ F ⁡ k + ℎ G ⁡ k
61 13 60 eqtrd ⊢ φ → H = k ∈ ℕ ⟼ F ⁡ k + ℎ G ⁡ k
62 1 2 3 4 5 6 chscllem1 ⊢ φ → F : ℕ ⟶ A
63 62 44 fssd ⊢ φ → F : ℕ ⟶ ℋ
64 2 1 36 41 5 7 chscllem1 ⊢ φ → G : ℕ ⟶ B
65 64 48 fssd ⊢ φ → G : ℕ ⟶ ℋ
66 1 2 3 4 5 6 chscllem2 ⊢ φ → F ∈ dom ⁡ ⇝v
67 funfvbrb ⊢ Fun ⁡ ⇝v → F ∈ dom ⁡ ⇝v ↔ F ⇝v ⇝v ⁡ F
68 10 67 ax-mp ⊢ F ∈ dom ⁡ ⇝v ↔ F ⇝v ⇝v ⁡ F
69 66 68 sylib ⊢ φ → F ⇝v ⇝v ⁡ F
70 2 1 36 41 5 7 chscllem2 ⊢ φ → G ∈ dom ⁡ ⇝v
71 funfvbrb ⊢ Fun ⁡ ⇝v → G ∈ dom ⁡ ⇝v ↔ G ⇝v ⇝v ⁡ G
72 10 71 ax-mp ⊢ G ∈ dom ⁡ ⇝v ↔ G ⇝v ⇝v ⁡ G
73 70 72 sylib ⊢ φ → G ⇝v ⇝v ⁡ G
74 eqid ⊢ k ∈ ℕ ⟼ F ⁡ k + ℎ G ⁡ k = k ∈ ℕ ⟼ F ⁡ k + ℎ G ⁡ k
75 63 65 69 73 74 hlimadd ⊢ φ → k ∈ ℕ ⟼ F ⁡ k + ℎ G ⁡ k ⇝v ⇝v ⁡ F + ℎ ⇝v ⁡ G
76 61 75 eqbrtrd ⊢ φ → H ⇝v ⇝v ⁡ F + ℎ ⇝v ⁡ G
77 funbrfv ⊢ Fun ⁡ ⇝v → H ⇝v ⇝v ⁡ F + ℎ ⇝v ⁡ G → ⇝v ⁡ H = ⇝v ⁡ F + ℎ ⇝v ⁡ G
78 10 76 77 mpsyl ⊢ φ → ⇝v ⁡ H = ⇝v ⁡ F + ℎ ⇝v ⁡ G
79 12 78 eqtr3d ⊢ φ → u = ⇝v ⁡ F + ℎ ⇝v ⁡ G
80 fvex ⊢ ⇝v ⁡ F ∈ V
81 80 chlimi ⊢ A ∈ C ℋ ∧ F : ℕ ⟶ A ∧ F ⇝v ⇝v ⁡ F → ⇝v ⁡ F ∈ A
82 1 62 69 81 syl3anc ⊢ φ → ⇝v ⁡ F ∈ A
83 fvex ⊢ ⇝v ⁡ G ∈ V
84 83 chlimi ⊢ B ∈ C ℋ ∧ G : ℕ ⟶ B ∧ G ⇝v ⇝v ⁡ G → ⇝v ⁡ G ∈ B
85 2 64 73 84 syl3anc ⊢ φ → ⇝v ⁡ G ∈ B
86 shsva ⊢ A ∈ S ℋ ∧ B ∈ S ℋ → ⇝v ⁡ F ∈ A ∧ ⇝v ⁡ G ∈ B → ⇝v ⁡ F + ℎ ⇝v ⁡ G ∈ A + ℋ B
87 16 18 86 syl2anc ⊢ φ → ⇝v ⁡ F ∈ A ∧ ⇝v ⁡ G ∈ B → ⇝v ⁡ F + ℎ ⇝v ⁡ G ∈ A + ℋ B
88 82 85 87 mp2and ⊢ φ → ⇝v ⁡ F + ℎ ⇝v ⁡ G ∈ A + ℋ B
89 79 88 eqeltrd ⊢ φ → u ∈ A + ℋ B