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Theorem lcfl7N

Description: Property of a functional with a closed kernel. Every nonzero functional is determined by a unique nonzero vector. Note that ( LG ) = V means the functional is zero by lkr0f . (Contributed by NM, 4-Jan-2015) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypotheses lcfl6.h ⊢ H = LHyp ⁡ K
lcfl6.o ⊢ ⊥ ˙ = ocH ⁡ K ⁡ W
lcfl6.u ⊢ U = DVecH ⁡ K ⁡ W
lcfl6.v ⊢ V = Base U
lcfl6.a ⊢ + ˙ = + U
lcfl6.t ⊢ · ˙ = ⋅ U
lcfl6.s ⊢ S = Scalar ⁡ U
lcfl6.r ⊢ R = Base S
lcfl6.z ⊢ 0 ˙ = 0 U
lcfl6.f ⊢ F = LFnl ⁡ U
lcfl6.l ⊢ L = LKer ⁡ U
lcfl6.c ⊢ C = f ∈ F | ⊥ ˙ ⁡ ⊥ ˙ ⁡ L ⁡ f = L ⁡ f
lcfl6.k ⊢ φ → K ∈ HL ∧ W ∈ H
lcfl6.g ⊢ φ → G ∈ F
Assertion lcfl7N ⊢ φ → G ∈ C ↔ L ⁡ G = V ∨ ∃! x ∈ V ∖ 0 ˙ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lcfl6.h ⊢ H = LHyp ⁡ K
2 lcfl6.o ⊢ ⊥ ˙ = ocH ⁡ K ⁡ W
3 lcfl6.u ⊢ U = DVecH ⁡ K ⁡ W
4 lcfl6.v ⊢ V = Base U
5 lcfl6.a ⊢ + ˙ = + U
6 lcfl6.t ⊢ · ˙ = ⋅ U
7 lcfl6.s ⊢ S = Scalar ⁡ U
8 lcfl6.r ⊢ R = Base S
9 lcfl6.z ⊢ 0 ˙ = 0 U
10 lcfl6.f ⊢ F = LFnl ⁡ U
11 lcfl6.l ⊢ L = LKer ⁡ U
12 lcfl6.c ⊢ C = f ∈ F | ⊥ ˙ ⁡ ⊥ ˙ ⁡ L ⁡ f = L ⁡ f
13 lcfl6.k ⊢ φ → K ∈ HL ∧ W ∈ H
14 lcfl6.g ⊢ φ → G ∈ F
15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 lcfl6 ⊢ φ → G ∈ C ↔ L ⁡ G = V ∨ ∃ x ∈ V ∖ 0 ˙ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x
16 13 ad2antrr ⊢ φ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ y ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y → K ∈ HL ∧ W ∈ H
17 eqid ⊢ u ∈ V ⟼ ι l ∈ R | ∃ z ∈ ⊥ ˙ ⁡ x u = z + ˙ l · ˙ x = u ∈ V ⟼ ι l ∈ R | ∃ z ∈ ⊥ ˙ ⁡ x u = z + ˙ l · ˙ x
18 eqid ⊢ u ∈ V ⟼ ι l ∈ R | ∃ z ∈ ⊥ ˙ ⁡ y u = z + ˙ l · ˙ y = u ∈ V ⟼ ι l ∈ R | ∃ z ∈ ⊥ ˙ ⁡ y u = z + ˙ l · ˙ y
19 simplrl ⊢ φ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ y ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y → x ∈ V ∖ 0 ˙
20 simplrr ⊢ φ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ y ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y → y ∈ V ∖ 0 ˙
21 simprl ⊢ φ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ y ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y → G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x
22 eqeq1 ⊢ v = u → v = w + ˙ k · ˙ x ↔ u = w + ˙ k · ˙ x
23 22 rexbidv ⊢ v = u → ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ↔ ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x u = w + ˙ k · ˙ x
24 23 riotabidv ⊢ v = u → ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x = ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x u = w + ˙ k · ˙ x
25 oveq1 ⊢ k = l → k · ˙ x = l · ˙ x
26 25 oveq2d ⊢ k = l → w + ˙ k · ˙ x = w + ˙ l · ˙ x
27 26 eqeq2d ⊢ k = l → u = w + ˙ k · ˙ x ↔ u = w + ˙ l · ˙ x
28 27 rexbidv ⊢ k = l → ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x u = w + ˙ k · ˙ x ↔ ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x u = w + ˙ l · ˙ x
29 oveq1 ⊢ w = z → w + ˙ l · ˙ x = z + ˙ l · ˙ x
30 29 eqeq2d ⊢ w = z → u = w + ˙ l · ˙ x ↔ u = z + ˙ l · ˙ x
31 30 cbvrexvw ⊢ ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x u = w + ˙ l · ˙ x ↔ ∃ z ∈ ⊥ ˙ ⁡ x u = z + ˙ l · ˙ x
32 28 31 bitrdi ⊢ k = l → ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x u = w + ˙ k · ˙ x ↔ ∃ z ∈ ⊥ ˙ ⁡ x u = z + ˙ l · ˙ x
33 32 cbvriotavw ⊢ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x u = w + ˙ k · ˙ x = ι l ∈ R | ∃ z ∈ ⊥ ˙ ⁡ x u = z + ˙ l · ˙ x
34 24 33 eqtrdi ⊢ v = u → ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x = ι l ∈ R | ∃ z ∈ ⊥ ˙ ⁡ x u = z + ˙ l · ˙ x
35 34 cbvmptv ⊢ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x = u ∈ V ⟼ ι l ∈ R | ∃ z ∈ ⊥ ˙ ⁡ x u = z + ˙ l · ˙ x
36 21 35 eqtrdi ⊢ φ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ y ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y → G = u ∈ V ⟼ ι l ∈ R | ∃ z ∈ ⊥ ˙ ⁡ x u = z + ˙ l · ˙ x
37 simprr ⊢ φ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ y ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y → G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y
38 eqeq1 ⊢ v = u → v = w + ˙ k · ˙ y ↔ u = w + ˙ k · ˙ y
39 38 rexbidv ⊢ v = u → ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y ↔ ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y u = w + ˙ k · ˙ y
40 39 riotabidv ⊢ v = u → ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y = ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y u = w + ˙ k · ˙ y
41 oveq1 ⊢ k = l → k · ˙ y = l · ˙ y
42 41 oveq2d ⊢ k = l → w + ˙ k · ˙ y = w + ˙ l · ˙ y
43 42 eqeq2d ⊢ k = l → u = w + ˙ k · ˙ y ↔ u = w + ˙ l · ˙ y
44 43 rexbidv ⊢ k = l → ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y u = w + ˙ k · ˙ y ↔ ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y u = w + ˙ l · ˙ y
45 oveq1 ⊢ w = z → w + ˙ l · ˙ y = z + ˙ l · ˙ y
46 45 eqeq2d ⊢ w = z → u = w + ˙ l · ˙ y ↔ u = z + ˙ l · ˙ y
47 46 cbvrexvw ⊢ ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y u = w + ˙ l · ˙ y ↔ ∃ z ∈ ⊥ ˙ ⁡ y u = z + ˙ l · ˙ y
48 44 47 bitrdi ⊢ k = l → ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y u = w + ˙ k · ˙ y ↔ ∃ z ∈ ⊥ ˙ ⁡ y u = z + ˙ l · ˙ y
49 48 cbvriotavw ⊢ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y u = w + ˙ k · ˙ y = ι l ∈ R | ∃ z ∈ ⊥ ˙ ⁡ y u = z + ˙ l · ˙ y
50 40 49 eqtrdi ⊢ v = u → ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y = ι l ∈ R | ∃ z ∈ ⊥ ˙ ⁡ y u = z + ˙ l · ˙ y
51 50 cbvmptv ⊢ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y = u ∈ V ⟼ ι l ∈ R | ∃ z ∈ ⊥ ˙ ⁡ y u = z + ˙ l · ˙ y
52 37 51 eqtrdi ⊢ φ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ y ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y → G = u ∈ V ⟼ ι l ∈ R | ∃ z ∈ ⊥ ˙ ⁡ y u = z + ˙ l · ˙ y
53 36 52 eqtr3d ⊢ φ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ y ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y → u ∈ V ⟼ ι l ∈ R | ∃ z ∈ ⊥ ˙ ⁡ x u = z + ˙ l · ˙ x = u ∈ V ⟼ ι l ∈ R | ∃ z ∈ ⊥ ˙ ⁡ y u = z + ˙ l · ˙ y
54 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 16 17 18 19 20 53 lcfl7lem ⊢ φ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ y ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y → x = y
55 54 ex ⊢ φ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ y ∈ V ∖ 0 ˙ → G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y → x = y
56 55 ralrimivva ⊢ φ → ∀ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∀ y ∈ V ∖ 0 ˙ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y → x = y
57 56 a1d ⊢ φ → ∃ x ∈ V ∖ 0 ˙ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x → ∀ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∀ y ∈ V ∖ 0 ˙ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y → x = y
58 57 ancld ⊢ φ → ∃ x ∈ V ∖ 0 ˙ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x → ∃ x ∈ V ∖ 0 ˙ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ∧ ∀ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∀ y ∈ V ∖ 0 ˙ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y → x = y
59 sneq ⊢ x = y → x = y
60 59 fveq2d ⊢ x = y → ⊥ ˙ ⁡ x = ⊥ ˙ ⁡ y
61 oveq2 ⊢ x = y → k · ˙ x = k · ˙ y
62 61 oveq2d ⊢ x = y → w + ˙ k · ˙ x = w + ˙ k · ˙ y
63 62 eqeq2d ⊢ x = y → v = w + ˙ k · ˙ x ↔ v = w + ˙ k · ˙ y
64 60 63 rexeqbidv ⊢ x = y → ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ↔ ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y
65 64 riotabidv ⊢ x = y → ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x = ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y
66 65 mpteq2dv ⊢ x = y → v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y
67 66 eqeq2d ⊢ x = y → G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ↔ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y
68 67 reu4 ⊢ ∃! x ∈ V ∖ 0 ˙ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ↔ ∃ x ∈ V ∖ 0 ˙ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ∧ ∀ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∀ y ∈ V ∖ 0 ˙ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ∧ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y → x = y
69 58 68 imbitrrdi ⊢ φ → ∃ x ∈ V ∖ 0 ˙ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x → ∃! x ∈ V ∖ 0 ˙ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x
70 reurex ⊢ ∃! x ∈ V ∖ 0 ˙ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x → ∃ x ∈ V ∖ 0 ˙ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x
71 69 70 impbid1 ⊢ φ → ∃ x ∈ V ∖ 0 ˙ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ↔ ∃! x ∈ V ∖ 0 ˙ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x
72 71 orbi2d ⊢ φ → L ⁡ G = V ∨ ∃ x ∈ V ∖ 0 ˙ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ↔ L ⁡ G = V ∨ ∃! x ∈ V ∖ 0 ˙ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x
73 15 72 bitrd ⊢ φ → G ∈ C ↔ L ⁡ G = V ∨ ∃! x ∈ V ∖ 0 ˙ G = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x