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Theorem diblsmopel

Description: Membership in subspace sum for partial isomorphism B. (Contributed by NM, 21-Sep-2014) (Revised by Mario Carneiro, 6-May-2015)

Ref Expression
Hypotheses diblsmopel.b ⊢ B = Base K
diblsmopel.l ⊢ ≤ ˙ = ≤ K
diblsmopel.h ⊢ H = LHyp ⁡ K
diblsmopel.t ⊢ T = LTrn ⁡ K ⁡ W
diblsmopel.o ⊢ O = f ∈ T ⟼ I ↾ B
diblsmopel.v ⊢ V = DVecA ⁡ K ⁡ W
diblsmopel.u ⊢ U = DVecH ⁡ K ⁡ W
diblsmopel.q ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ V
diblsmopel.p ⊢ ✚ ˙ = LSSum ⁡ U
diblsmopel.j ⊢ J = DIsoA ⁡ K ⁡ W
diblsmopel.i ⊢ I = DIsoB ⁡ K ⁡ W
diblsmopel.k ⊢ φ → K ∈ HL ∧ W ∈ H
diblsmopel.x ⊢ φ → X ∈ B ∧ X ≤ ˙ W
diblsmopel.y ⊢ φ → Y ∈ B ∧ Y ≤ ˙ W
Assertion diblsmopel ⊢ φ → F S ∈ I ⁡ X ✚ ˙ I ⁡ Y ↔ F ∈ J ⁡ X ⊕ ˙ J ⁡ Y ∧ S = O

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 diblsmopel.b ⊢ B = Base K
2 diblsmopel.l ⊢ ≤ ˙ = ≤ K
3 diblsmopel.h ⊢ H = LHyp ⁡ K
4 diblsmopel.t ⊢ T = LTrn ⁡ K ⁡ W
5 diblsmopel.o ⊢ O = f ∈ T ⟼ I ↾ B
6 diblsmopel.v ⊢ V = DVecA ⁡ K ⁡ W
7 diblsmopel.u ⊢ U = DVecH ⁡ K ⁡ W
8 diblsmopel.q ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ V
9 diblsmopel.p ⊢ ✚ ˙ = LSSum ⁡ U
10 diblsmopel.j ⊢ J = DIsoA ⁡ K ⁡ W
11 diblsmopel.i ⊢ I = DIsoB ⁡ K ⁡ W
12 diblsmopel.k ⊢ φ → K ∈ HL ∧ W ∈ H
13 diblsmopel.x ⊢ φ → X ∈ B ∧ X ≤ ˙ W
14 diblsmopel.y ⊢ φ → Y ∈ B ∧ Y ≤ ˙ W
15 eqid ⊢ LSubSp ⁡ U = LSubSp ⁡ U
16 1 2 3 7 11 15 diblss ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ B ∧ X ≤ ˙ W → I ⁡ X ∈ LSubSp ⁡ U
17 12 13 16 syl2anc ⊢ φ → I ⁡ X ∈ LSubSp ⁡ U
18 1 2 3 7 11 15 diblss ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ Y ∈ B ∧ Y ≤ ˙ W → I ⁡ Y ∈ LSubSp ⁡ U
19 12 14 18 syl2anc ⊢ φ → I ⁡ Y ∈ LSubSp ⁡ U
20 eqid ⊢ + U = + U
21 3 7 20 15 9 dvhopellsm ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ I ⁡ X ∈ LSubSp ⁡ U ∧ I ⁡ Y ∈ LSubSp ⁡ U → F S ∈ I ⁡ X ✚ ˙ I ⁡ Y ↔ ∃ x ∃ y ∃ z ∃ w x y ∈ I ⁡ X ∧ z w ∈ I ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w
22 12 17 19 21 syl3anc ⊢ φ → F S ∈ I ⁡ X ✚ ˙ I ⁡ Y ↔ ∃ x ∃ y ∃ z ∃ w x y ∈ I ⁡ X ∧ z w ∈ I ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w
23 excom ⊢ ∃ y ∃ z ∃ w x y ∈ I ⁡ X ∧ z w ∈ I ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w ↔ ∃ z ∃ y ∃ w x y ∈ I ⁡ X ∧ z w ∈ I ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w
24 1 2 3 4 5 10 11 dibopelval2 ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ B ∧ X ≤ ˙ W → x y ∈ I ⁡ X ↔ x ∈ J ⁡ X ∧ y = O
25 12 13 24 syl2anc ⊢ φ → x y ∈ I ⁡ X ↔ x ∈ J ⁡ X ∧ y = O
26 1 2 3 4 5 10 11 dibopelval2 ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ Y ∈ B ∧ Y ≤ ˙ W → z w ∈ I ⁡ Y ↔ z ∈ J ⁡ Y ∧ w = O
27 12 14 26 syl2anc ⊢ φ → z w ∈ I ⁡ Y ↔ z ∈ J ⁡ Y ∧ w = O
28 25 27 anbi12d ⊢ φ → x y ∈ I ⁡ X ∧ z w ∈ I ⁡ Y ↔ x ∈ J ⁡ X ∧ y = O ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ w = O
29 an4 ⊢ x ∈ J ⁡ X ∧ y = O ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ w = O ↔ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ y = O ∧ w = O
30 ancom ⊢ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ y = O ∧ w = O ↔ y = O ∧ w = O ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y
31 29 30 bitri ⊢ x ∈ J ⁡ X ∧ y = O ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ w = O ↔ y = O ∧ w = O ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y
32 28 31 bitrdi ⊢ φ → x y ∈ I ⁡ X ∧ z w ∈ I ⁡ Y ↔ y = O ∧ w = O ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y
33 32 anbi1d ⊢ φ → x y ∈ I ⁡ X ∧ z w ∈ I ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w ↔ y = O ∧ w = O ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w
34 anass ⊢ y = O ∧ w = O ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w ↔ y = O ∧ w = O ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w
35 df-3an ⊢ y = O ∧ w = O ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w ↔ y = O ∧ w = O ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w
36 34 35 bitr4i ⊢ y = O ∧ w = O ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w ↔ y = O ∧ w = O ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w
37 33 36 bitrdi ⊢ φ → x y ∈ I ⁡ X ∧ z w ∈ I ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w ↔ y = O ∧ w = O ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w
38 37 2exbidv ⊢ φ → ∃ y ∃ w x y ∈ I ⁡ X ∧ z w ∈ I ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w ↔ ∃ y ∃ w y = O ∧ w = O ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w
39 4 fvexi ⊢ T ∈ V
40 39 mptex ⊢ f ∈ T ⟼ I ↾ B ∈ V
41 5 40 eqeltri ⊢ O ∈ V
42 opeq2 ⊢ y = O → x y = x O
43 42 oveq1d ⊢ y = O → x y + U z w = x O + U z w
44 43 eqeq2d ⊢ y = O → F S = x y + U z w ↔ F S = x O + U z w
45 44 anbi2d ⊢ y = O → x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w ↔ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F S = x O + U z w
46 opeq2 ⊢ w = O → z w = z O
47 46 oveq2d ⊢ w = O → x O + U z w = x O + U z O
48 47 eqeq2d ⊢ w = O → F S = x O + U z w ↔ F S = x O + U z O
49 48 anbi2d ⊢ w = O → x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F S = x O + U z w ↔ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F S = x O + U z O
50 41 41 45 49 ceqsex2v ⊢ ∃ y ∃ w y = O ∧ w = O ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w ↔ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F S = x O + U z O
51 12 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y → K ∈ HL ∧ W ∈ H
52 13 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y → X ∈ B ∧ X ≤ ˙ W
53 simprl ⊢ φ ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y → x ∈ J ⁡ X
54 1 2 3 4 10 diael ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ B ∧ X ≤ ˙ W ∧ x ∈ J ⁡ X → x ∈ T
55 51 52 53 54 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y → x ∈ T
56 eqid ⊢ TEndo ⁡ K ⁡ W = TEndo ⁡ K ⁡ W
57 1 3 4 56 5 tendo0cl ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H → O ∈ TEndo ⁡ K ⁡ W
58 51 57 syl ⊢ φ ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y → O ∈ TEndo ⁡ K ⁡ W
59 14 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y → Y ∈ B ∧ Y ≤ ˙ W
60 simprr ⊢ φ ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y → z ∈ J ⁡ Y
61 1 2 3 4 10 diael ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ Y ∈ B ∧ Y ≤ ˙ W ∧ z ∈ J ⁡ Y → z ∈ T
62 51 59 60 61 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y → z ∈ T
63 eqid ⊢ Scalar ⁡ U = Scalar ⁡ U
64 eqid ⊢ + Scalar ⁡ U = + Scalar ⁡ U
65 3 4 56 7 63 20 64 dvhopvadd ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ x ∈ T ∧ O ∈ TEndo ⁡ K ⁡ W ∧ z ∈ T ∧ O ∈ TEndo ⁡ K ⁡ W → x O + U z O = x ∘ z O + Scalar ⁡ U O
66 51 55 58 62 58 65 syl122anc ⊢ φ ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y → x O + U z O = x ∘ z O + Scalar ⁡ U O
67 66 eqeq2d ⊢ φ ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y → F S = x O + U z O ↔ F S = x ∘ z O + Scalar ⁡ U O
68 vex ⊢ x ∈ V
69 vex ⊢ z ∈ V
70 68 69 coex ⊢ x ∘ z ∈ V
71 ovex ⊢ O + Scalar ⁡ U O ∈ V
72 70 71 opth2 ⊢ F S = x ∘ z O + Scalar ⁡ U O ↔ F = x ∘ z ∧ S = O + Scalar ⁡ U O
73 eqid ⊢ + V = + V
74 3 4 6 73 dvavadd ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ x ∈ T ∧ z ∈ T → x + V z = x ∘ z
75 51 55 62 74 syl12anc ⊢ φ ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y → x + V z = x ∘ z
76 75 eqeq2d ⊢ φ ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y → F = x + V z ↔ F = x ∘ z
77 76 bicomd ⊢ φ ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y → F = x ∘ z ↔ F = x + V z
78 eqid ⊢ s ∈ TEndo ⁡ K ⁡ W , t ∈ TEndo ⁡ K ⁡ W ⟼ f ∈ T ⟼ s ⁡ f ∘ t ⁡ f = s ∈ TEndo ⁡ K ⁡ W , t ∈ TEndo ⁡ K ⁡ W ⟼ f ∈ T ⟼ s ⁡ f ∘ t ⁡ f
79 3 4 56 7 63 78 64 dvhfplusr ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H → + Scalar ⁡ U = s ∈ TEndo ⁡ K ⁡ W , t ∈ TEndo ⁡ K ⁡ W ⟼ f ∈ T ⟼ s ⁡ f ∘ t ⁡ f
80 51 79 syl ⊢ φ ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y → + Scalar ⁡ U = s ∈ TEndo ⁡ K ⁡ W , t ∈ TEndo ⁡ K ⁡ W ⟼ f ∈ T ⟼ s ⁡ f ∘ t ⁡ f
81 80 oveqd ⊢ φ ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y → O + Scalar ⁡ U O = O s ∈ TEndo ⁡ K ⁡ W , t ∈ TEndo ⁡ K ⁡ W ⟼ f ∈ T ⟼ s ⁡ f ∘ t ⁡ f O
82 1 3 4 56 5 78 tendo0pl ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ O ∈ TEndo ⁡ K ⁡ W → O s ∈ TEndo ⁡ K ⁡ W , t ∈ TEndo ⁡ K ⁡ W ⟼ f ∈ T ⟼ s ⁡ f ∘ t ⁡ f O = O
83 51 58 82 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y → O s ∈ TEndo ⁡ K ⁡ W , t ∈ TEndo ⁡ K ⁡ W ⟼ f ∈ T ⟼ s ⁡ f ∘ t ⁡ f O = O
84 81 83 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y → O + Scalar ⁡ U O = O
85 84 eqeq2d ⊢ φ ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y → S = O + Scalar ⁡ U O ↔ S = O
86 77 85 anbi12d ⊢ φ ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y → F = x ∘ z ∧ S = O + Scalar ⁡ U O ↔ F = x + V z ∧ S = O
87 72 86 bitrid ⊢ φ ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y → F S = x ∘ z O + Scalar ⁡ U O ↔ F = x + V z ∧ S = O
88 67 87 bitrd ⊢ φ ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y → F S = x O + U z O ↔ F = x + V z ∧ S = O
89 88 pm5.32da ⊢ φ → x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F S = x O + U z O ↔ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F = x + V z ∧ S = O
90 50 89 bitrid ⊢ φ → ∃ y ∃ w y = O ∧ w = O ∧ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w ↔ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F = x + V z ∧ S = O
91 38 90 bitrd ⊢ φ → ∃ y ∃ w x y ∈ I ⁡ X ∧ z w ∈ I ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w ↔ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F = x + V z ∧ S = O
92 91 exbidv ⊢ φ → ∃ z ∃ y ∃ w x y ∈ I ⁡ X ∧ z w ∈ I ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w ↔ ∃ z x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F = x + V z ∧ S = O
93 23 92 bitrid ⊢ φ → ∃ y ∃ z ∃ w x y ∈ I ⁡ X ∧ z w ∈ I ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w ↔ ∃ z x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F = x + V z ∧ S = O
94 93 exbidv ⊢ φ → ∃ x ∃ y ∃ z ∃ w x y ∈ I ⁡ X ∧ z w ∈ I ⁡ Y ∧ F S = x y + U z w ↔ ∃ x ∃ z x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F = x + V z ∧ S = O
95 anass ⊢ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F = x + V z ∧ S = O ↔ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F = x + V z ∧ S = O
96 95 bicomi ⊢ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F = x + V z ∧ S = O ↔ x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F = x + V z ∧ S = O
97 96 2exbii ⊢ ∃ x ∃ z x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F = x + V z ∧ S = O ↔ ∃ x ∃ z x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F = x + V z ∧ S = O
98 19.41vv ⊢ ∃ x ∃ z x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F = x + V z ∧ S = O ↔ ∃ x ∃ z x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F = x + V z ∧ S = O
99 97 98 bitri ⊢ ∃ x ∃ z x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F = x + V z ∧ S = O ↔ ∃ x ∃ z x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F = x + V z ∧ S = O
100 3 6 dvalvec ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H → V ∈ LVec
101 lveclmod ⊢ V ∈ LVec → V ∈ LMod
102 eqid ⊢ LSubSp ⁡ V = LSubSp ⁡ V
103 102 lsssssubg ⊢ V ∈ LMod → LSubSp ⁡ V ⊆ SubGrp ⁡ V
104 12 100 101 103 4syl ⊢ φ → LSubSp ⁡ V ⊆ SubGrp ⁡ V
105 1 2 3 6 10 102 dialss ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ B ∧ X ≤ ˙ W → J ⁡ X ∈ LSubSp ⁡ V
106 12 13 105 syl2anc ⊢ φ → J ⁡ X ∈ LSubSp ⁡ V
107 104 106 sseldd ⊢ φ → J ⁡ X ∈ SubGrp ⁡ V
108 1 2 3 6 10 102 dialss ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ Y ∈ B ∧ Y ≤ ˙ W → J ⁡ Y ∈ LSubSp ⁡ V
109 12 14 108 syl2anc ⊢ φ → J ⁡ Y ∈ LSubSp ⁡ V
110 104 109 sseldd ⊢ φ → J ⁡ Y ∈ SubGrp ⁡ V
111 73 8 lsmelval ⊢ J ⁡ X ∈ SubGrp ⁡ V ∧ J ⁡ Y ∈ SubGrp ⁡ V → F ∈ J ⁡ X ⊕ ˙ J ⁡ Y ↔ ∃ x ∈ J ⁡ X ∃ z ∈ J ⁡ Y F = x + V z
112 107 110 111 syl2anc ⊢ φ → F ∈ J ⁡ X ⊕ ˙ J ⁡ Y ↔ ∃ x ∈ J ⁡ X ∃ z ∈ J ⁡ Y F = x + V z
113 r2ex ⊢ ∃ x ∈ J ⁡ X ∃ z ∈ J ⁡ Y F = x + V z ↔ ∃ x ∃ z x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F = x + V z
114 112 113 bitrdi ⊢ φ → F ∈ J ⁡ X ⊕ ˙ J ⁡ Y ↔ ∃ x ∃ z x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F = x + V z
115 114 anbi1d ⊢ φ → F ∈ J ⁡ X ⊕ ˙ J ⁡ Y ∧ S = O ↔ ∃ x ∃ z x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F = x + V z ∧ S = O
116 115 bicomd ⊢ φ → ∃ x ∃ z x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F = x + V z ∧ S = O ↔ F ∈ J ⁡ X ⊕ ˙ J ⁡ Y ∧ S = O
117 99 116 bitrid ⊢ φ → ∃ x ∃ z x ∈ J ⁡ X ∧ z ∈ J ⁡ Y ∧ F = x + V z ∧ S = O ↔ F ∈ J ⁡ X ⊕ ˙ J ⁡ Y ∧ S = O
118 22 94 117 3bitrd ⊢ φ → F S ∈ I ⁡ X ✚ ˙ I ⁡ Y ↔ F ∈ J ⁡ X ⊕ ˙ J ⁡ Y ∧ S = O