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Theorem lcfrlem9

Description: Lemma for lcf1o . (This part has undesirable $d's on J and ph that we remove in lcf1o .) TODO: ugly proof; maybe have better subtheorems or abbreviate some iota_ k expansions with Jz ? TODO: Some redundant $d's? (Contributed by NM, 22-Feb-2015)

Ref Expression
Hypotheses lcf1o.h ⊢ H = LHyp ⁡ K
lcf1o.o ⊢ ⊥ ˙ = ocH ⁡ K ⁡ W
lcf1o.u ⊢ U = DVecH ⁡ K ⁡ W
lcf1o.v ⊢ V = Base U
lcf1o.a ⊢ + ˙ = + U
lcf1o.t ⊢ · ˙ = ⋅ U
lcf1o.s ⊢ S = Scalar ⁡ U
lcf1o.r ⊢ R = Base S
lcf1o.z ⊢ 0 ˙ = 0 U
lcf1o.f ⊢ F = LFnl ⁡ U
lcf1o.l ⊢ L = LKer ⁡ U
lcf1o.d ⊢ D = LDual ⁡ U
lcf1o.q ⊢ Q = 0 D
lcf1o.c ⊢ C = f ∈ F | ⊥ ˙ ⁡ ⊥ ˙ ⁡ L ⁡ f = L ⁡ f
lcf1o.j ⊢ J = x ∈ V ∖ 0 ˙ ⟼ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x
lcflo.k ⊢ φ → K ∈ HL ∧ W ∈ H
Assertion lcfrlem9 ⊢ φ → J : V ∖ 0 ˙ ⟶ 1-1 onto C ∖ Q

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lcf1o.h ⊢ H = LHyp ⁡ K
2 lcf1o.o ⊢ ⊥ ˙ = ocH ⁡ K ⁡ W
3 lcf1o.u ⊢ U = DVecH ⁡ K ⁡ W
4 lcf1o.v ⊢ V = Base U
5 lcf1o.a ⊢ + ˙ = + U
6 lcf1o.t ⊢ · ˙ = ⋅ U
7 lcf1o.s ⊢ S = Scalar ⁡ U
8 lcf1o.r ⊢ R = Base S
9 lcf1o.z ⊢ 0 ˙ = 0 U
10 lcf1o.f ⊢ F = LFnl ⁡ U
11 lcf1o.l ⊢ L = LKer ⁡ U
12 lcf1o.d ⊢ D = LDual ⁡ U
13 lcf1o.q ⊢ Q = 0 D
14 lcf1o.c ⊢ C = f ∈ F | ⊥ ˙ ⁡ ⊥ ˙ ⁡ L ⁡ f = L ⁡ f
15 lcf1o.j ⊢ J = x ∈ V ∖ 0 ˙ ⟼ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x
16 lcflo.k ⊢ φ → K ∈ HL ∧ W ∈ H
17 4 fvexi ⊢ V ∈ V
18 17 mptex ⊢ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ x v = w + ˙ k · ˙ x ∈ V
19 18 15 fnmpti ⊢ J Fn V ∖ 0 ˙
20 19 a1i ⊢ φ → J Fn V ∖ 0 ˙
21 fvelrnb ⊢ J Fn V ∖ 0 ˙ → g ∈ ran ⁡ J ↔ ∃ z ∈ V ∖ 0 ˙ J ⁡ z = g
22 20 21 syl ⊢ φ → g ∈ ran ⁡ J ↔ ∃ z ∈ V ∖ 0 ˙ J ⁡ z = g
23 16 adantr ⊢ φ ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → K ∈ HL ∧ W ∈ H
24 simpr ⊢ φ ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → z ∈ V ∖ 0 ˙
25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 23 24 lcfrlem8 ⊢ φ ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → J ⁡ z = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z
26 eqid ⊢ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z
27 sneq ⊢ y = z → y = z
28 27 fveq2d ⊢ y = z → ⊥ ˙ ⁡ y = ⊥ ˙ ⁡ z
29 oveq2 ⊢ y = z → k · ˙ y = k · ˙ z
30 29 oveq2d ⊢ y = z → w + ˙ k · ˙ y = w + ˙ k · ˙ z
31 30 eqeq2d ⊢ y = z → v = w + ˙ k · ˙ y ↔ v = w + ˙ k · ˙ z
32 28 31 rexeqbidv ⊢ y = z → ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y ↔ ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z
33 32 riotabidv ⊢ y = z → ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y = ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z
34 33 mpteq2dv ⊢ y = z → v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z
35 34 rspceeqv ⊢ z ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z → ∃ y ∈ V ∖ 0 ˙ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y
36 24 26 35 sylancl ⊢ φ ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → ∃ y ∈ V ∖ 0 ˙ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y
37 36 olcd ⊢ φ ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → L ⁡ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z = V ∨ ∃ y ∈ V ∖ 0 ˙ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y
38 1 2 3 4 9 5 6 10 7 8 26 23 24 dochflcl ⊢ φ ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z ∈ F
39 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 14 23 38 lcfl6 ⊢ φ ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z ∈ C ↔ L ⁡ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z = V ∨ ∃ y ∈ V ∖ 0 ˙ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ y v = w + ˙ k · ˙ y
40 37 39 mpbird ⊢ φ ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z ∈ C
41 1 2 3 4 9 5 6 11 7 8 26 23 24 dochsnkr2cl ⊢ φ ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → z ∈ ⊥ ˙ ⁡ L ⁡ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z ∖ 0 ˙
42 1 2 3 4 9 10 11 23 38 41 dochsnkrlem3 ⊢ φ ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → ⊥ ˙ ⁡ ⊥ ˙ ⁡ L ⁡ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z = L ⁡ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z
43 1 2 3 4 9 10 11 23 38 41 dochsnkrlem1 ⊢ φ ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → ⊥ ˙ ⁡ ⊥ ˙ ⁡ L ⁡ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z ≠ V
44 42 43 eqnetrrd ⊢ φ ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → L ⁡ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z ≠ V
45 1 3 16 dvhlmod ⊢ φ → U ∈ LMod
46 45 adantr ⊢ φ ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → U ∈ LMod
47 4 10 11 12 13 46 38 lkr0f2 ⊢ φ ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → L ⁡ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z = V ↔ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z = Q
48 47 necon3bid ⊢ φ ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → L ⁡ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z ≠ V ↔ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z ≠ Q
49 44 48 mpbid ⊢ φ ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z ≠ Q
50 eldifsn ⊢ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z ∈ C ∖ Q ↔ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z ∈ C ∧ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z ≠ Q
51 40 49 50 sylanbrc ⊢ φ ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z ∈ C ∖ Q
52 25 51 eqeltrd ⊢ φ ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → J ⁡ z ∈ C ∖ Q
53 eleq1 ⊢ J ⁡ z = g → J ⁡ z ∈ C ∖ Q ↔ g ∈ C ∖ Q
54 52 53 syl5ibcom ⊢ φ ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → J ⁡ z = g → g ∈ C ∖ Q
55 54 rexlimdva ⊢ φ → ∃ z ∈ V ∖ 0 ˙ J ⁡ z = g → g ∈ C ∖ Q
56 eldifsn ⊢ g ∈ C ∖ Q ↔ g ∈ C ∧ g ≠ Q
57 simprl ⊢ φ ∧ g ∈ C ∧ g ≠ Q → g ∈ C
58 45 adantr ⊢ φ ∧ g ∈ C → U ∈ LMod
59 14 lcfl1lem ⊢ g ∈ C ↔ g ∈ F ∧ ⊥ ˙ ⁡ ⊥ ˙ ⁡ L ⁡ g = L ⁡ g
60 59 simplbi ⊢ g ∈ C → g ∈ F
61 60 adantl ⊢ φ ∧ g ∈ C → g ∈ F
62 4 10 11 12 13 58 61 lkr0f2 ⊢ φ ∧ g ∈ C → L ⁡ g = V ↔ g = Q
63 62 necon3bid ⊢ φ ∧ g ∈ C → L ⁡ g ≠ V ↔ g ≠ Q
64 63 biimprd ⊢ φ ∧ g ∈ C → g ≠ Q → L ⁡ g ≠ V
65 64 impr ⊢ φ ∧ g ∈ C ∧ g ≠ Q → L ⁡ g ≠ V
66 65 neneqd ⊢ φ ∧ g ∈ C ∧ g ≠ Q → ¬ L ⁡ g = V
67 16 adantr ⊢ φ ∧ g ∈ C ∧ g ≠ Q → K ∈ HL ∧ W ∈ H
68 60 adantr ⊢ g ∈ C ∧ g ≠ Q → g ∈ F
69 68 adantl ⊢ φ ∧ g ∈ C ∧ g ≠ Q → g ∈ F
70 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 14 67 69 lcfl6 ⊢ φ ∧ g ∈ C ∧ g ≠ Q → g ∈ C ↔ L ⁡ g = V ∨ ∃ z ∈ V ∖ 0 ˙ g = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z
71 70 biimpa ⊢ φ ∧ g ∈ C ∧ g ≠ Q ∧ g ∈ C → L ⁡ g = V ∨ ∃ z ∈ V ∖ 0 ˙ g = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z
72 71 ord ⊢ φ ∧ g ∈ C ∧ g ≠ Q ∧ g ∈ C → ¬ L ⁡ g = V → ∃ z ∈ V ∖ 0 ˙ g = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z
73 72 3impia ⊢ φ ∧ g ∈ C ∧ g ≠ Q ∧ g ∈ C ∧ ¬ L ⁡ g = V → ∃ z ∈ V ∖ 0 ˙ g = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z
74 57 66 73 mpd3an23 ⊢ φ ∧ g ∈ C ∧ g ≠ Q → ∃ z ∈ V ∖ 0 ˙ g = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z
75 56 74 sylan2b ⊢ φ ∧ g ∈ C ∖ Q → ∃ z ∈ V ∖ 0 ˙ g = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z
76 eqcom ⊢ J ⁡ z = g ↔ g = J ⁡ z
77 16 ad2antrr ⊢ φ ∧ g ∈ C ∖ Q ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → K ∈ HL ∧ W ∈ H
78 simpr ⊢ φ ∧ g ∈ C ∖ Q ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → z ∈ V ∖ 0 ˙
79 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 77 78 lcfrlem8 ⊢ φ ∧ g ∈ C ∖ Q ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → J ⁡ z = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z
80 79 eqeq2d ⊢ φ ∧ g ∈ C ∖ Q ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → g = J ⁡ z ↔ g = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z
81 76 80 bitrid ⊢ φ ∧ g ∈ C ∖ Q ∧ z ∈ V ∖ 0 ˙ → J ⁡ z = g ↔ g = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z
82 81 rexbidva ⊢ φ ∧ g ∈ C ∖ Q → ∃ z ∈ V ∖ 0 ˙ J ⁡ z = g ↔ ∃ z ∈ V ∖ 0 ˙ g = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ z v = w + ˙ k · ˙ z
83 75 82 mpbird ⊢ φ ∧ g ∈ C ∖ Q → ∃ z ∈ V ∖ 0 ˙ J ⁡ z = g
84 83 ex ⊢ φ → g ∈ C ∖ Q → ∃ z ∈ V ∖ 0 ˙ J ⁡ z = g
85 55 84 impbid ⊢ φ → ∃ z ∈ V ∖ 0 ˙ J ⁡ z = g ↔ g ∈ C ∖ Q
86 22 85 bitrd ⊢ φ → g ∈ ran ⁡ J ↔ g ∈ C ∖ Q
87 86 eqrdv ⊢ φ → ran ⁡ J = C ∖ Q
88 16 ad2antrr ⊢ φ ∧ t ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ u ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ J ⁡ t = J ⁡ u → K ∈ HL ∧ W ∈ H
89 eqid ⊢ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ t v = w + ˙ k · ˙ t = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ t v = w + ˙ k · ˙ t
90 eqid ⊢ v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ u v = w + ˙ k · ˙ u = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ u v = w + ˙ k · ˙ u
91 simplrl ⊢ φ ∧ t ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ u ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ J ⁡ t = J ⁡ u → t ∈ V ∖ 0 ˙
92 simplrr ⊢ φ ∧ t ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ u ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ J ⁡ t = J ⁡ u → u ∈ V ∖ 0 ˙
93 simpr ⊢ φ ∧ t ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ u ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ J ⁡ t = J ⁡ u → J ⁡ t = J ⁡ u
94 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 88 91 lcfrlem8 ⊢ φ ∧ t ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ u ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ J ⁡ t = J ⁡ u → J ⁡ t = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ t v = w + ˙ k · ˙ t
95 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 88 92 lcfrlem8 ⊢ φ ∧ t ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ u ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ J ⁡ t = J ⁡ u → J ⁡ u = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ u v = w + ˙ k · ˙ u
96 93 94 95 3eqtr3d ⊢ φ ∧ t ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ u ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ J ⁡ t = J ⁡ u → v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ t v = w + ˙ k · ˙ t = v ∈ V ⟼ ι k ∈ R | ∃ w ∈ ⊥ ˙ ⁡ u v = w + ˙ k · ˙ u
97 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 88 89 90 91 92 96 lcfl7lem ⊢ φ ∧ t ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ u ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ J ⁡ t = J ⁡ u → t = u
98 97 ex ⊢ φ ∧ t ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ u ∈ V ∖ 0 ˙ → J ⁡ t = J ⁡ u → t = u
99 98 ralrimivva ⊢ φ → ∀ t ∈ V ∖ 0 ˙ ∀ u ∈ V ∖ 0 ˙ J ⁡ t = J ⁡ u → t = u
100 dff1o6 ⊢ J : V ∖ 0 ˙ ⟶ 1-1 onto C ∖ Q ↔ J Fn V ∖ 0 ˙ ∧ ran ⁡ J = C ∖ Q ∧ ∀ t ∈ V ∖ 0 ˙ ∀ u ∈ V ∖ 0 ˙ J ⁡ t = J ⁡ u → t = u
101 20 87 99 100 syl3anbrc ⊢ φ → J : V ∖ 0 ˙ ⟶ 1-1 onto C ∖ Q