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Theorem lindsadd

Description: In a vector space, the union of an independent set and a vector not in its span is an independent set. (Contributed by Brendan Leahy, 4-Mar-2023)

Ref Expression
Assertion lindsadd WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFFXLIndSW

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 eqid BaseW=BaseW
2 1 linds1 FLIndSWFBaseW
3 eldifi XBaseWLSpanWFXBaseW
4 3 snssd XBaseWLSpanWFXBaseW
5 unss FBaseWXBaseWFXBaseW
6 5 biimpi FBaseWXBaseWFXBaseW
7 2 4 6 syl2an FLIndSWXBaseWLSpanWFFXBaseW
8 7 3adant1 WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFFXBaseW
9 eldifn XBaseWLSpanWF¬XLSpanWF
10 9 3ad2ant3 WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWF¬XLSpanWF
11 10 adantr WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFkBaseScalarW0ScalarW¬XLSpanWF
12 simpll1 WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFkBaseScalarW0ScalarWxLSpanWFxXWLVec
13 2 ssdifssd FLIndSWFxBaseW
14 13 3ad2ant2 WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFFxBaseW
15 14 ad2antrr WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFkBaseScalarW0ScalarWxLSpanWFxXFxBaseW
16 3 3ad2ant3 WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFXBaseW
17 16 ad2antrr WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFkBaseScalarW0ScalarWxLSpanWFxXXBaseW
18 simpr WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFkBaseScalarW0ScalarWxLSpanWFxXxLSpanWFxX
19 lveclmod WLVecWLMod
20 19 ad2antrr WLVecFLIndSWxFkBaseScalarW0ScalarWWLMod
21 eqid ScalarW=ScalarW
22 21 lmodring WLModScalarWRing
23 19 22 syl WLVecScalarWRing
24 eqid 0ScalarW=0ScalarW
25 eqid BaseScalarW=BaseScalarW
26 24 25 ringelnzr ScalarWRingkBaseScalarW0ScalarWScalarWNzRing
27 23 26 sylan WLVeckBaseScalarW0ScalarWScalarWNzRing
28 27 ad2ant2rl WLVecFLIndSWxFkBaseScalarW0ScalarWScalarWNzRing
29 simplr WLVecFLIndSWxFkBaseScalarW0ScalarWFLIndSW
30 simprl WLVecFLIndSWxFkBaseScalarW0ScalarWxF
31 eqid LSpanW=LSpanW
32 31 21 lindsind2 WLModScalarWNzRingFLIndSWxF¬xLSpanWFx
33 20 28 29 30 32 syl211anc WLVecFLIndSWxFkBaseScalarW0ScalarW¬xLSpanWFx
34 33 3adantl3 WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFkBaseScalarW0ScalarW¬xLSpanWFx
35 34 adantr WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFkBaseScalarW0ScalarWxLSpanWFxX¬xLSpanWFx
36 18 35 eldifd WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFkBaseScalarW0ScalarWxLSpanWFxXxLSpanWFxXLSpanWFx
37 eqid LSubSpW=LSubSpW
38 1 37 31 lspsolv WLVecFxBaseWXBaseWxLSpanWFxXLSpanWFxXLSpanWFxx
39 12 15 17 36 38 syl13anc WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFkBaseScalarW0ScalarWxLSpanWFxXXLSpanWFxx
40 39 ex WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFkBaseScalarW0ScalarWxLSpanWFxXXLSpanWFxx
41 eldif XBaseWLSpanWFXBaseW¬XLSpanWF
42 snssi XFXF
43 1 31 lspss WLModFBaseWXFLSpanWXLSpanWF
44 19 2 42 43 syl3an WLVecFLIndSWXFLSpanWXLSpanWF
45 44 ad4ant124 WLVecFLIndSWXBaseWXFLSpanWXLSpanWF
46 1 31 lspsnid WLModXBaseWXLSpanWX
47 19 46 sylan WLVecXBaseWXLSpanWX
48 47 ad4ant13 WLVecFLIndSWXBaseWXFXLSpanWX
49 45 48 sseldd WLVecFLIndSWXBaseWXFXLSpanWF
50 49 ex WLVecFLIndSWXBaseWXFXLSpanWF
51 50 con3d WLVecFLIndSWXBaseW¬XLSpanWF¬XF
52 51 expimpd WLVecFLIndSWXBaseW¬XLSpanWF¬XF
53 52 3impia WLVecFLIndSWXBaseW¬XLSpanWF¬XF
54 41 53 syl3an3b WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWF¬XF
55 eleq1 X=xXFxF
56 55 notbid X=x¬XF¬xF
57 54 56 syl5ibcom WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFX=x¬xF
58 57 necon2ad WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFXx
59 58 imp WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFXx
60 disjsn2 XxXx=
61 59 60 syl WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFXx=
62 disj3 Xx=X=Xx
63 61 62 sylib WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFX=Xx
64 63 uneq2d WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFFxX=FxXx
65 difundir FXx=FxXx
66 64 65 eqtr4di WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFFxX=FXx
67 66 fveq2d WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFLSpanWFxX=LSpanWFXx
68 67 eleq2d WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFxLSpanWFxXxLSpanWFXx
69 68 adantrr WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFkBaseScalarW0ScalarWxLSpanWFxXxLSpanWFXx
70 simpl WLVeckBaseScalarW0ScalarWWLVec
71 eldifsn kBaseScalarW0ScalarWkBaseScalarWk0ScalarW
72 71 biimpi kBaseScalarW0ScalarWkBaseScalarWk0ScalarW
73 72 adantl WLVeckBaseScalarW0ScalarWkBaseScalarWk0ScalarW
74 2 sselda FLIndSWxFxBaseW
75 eqid W=W
76 1 21 75 25 24 31 lspsnvs WLVeckBaseScalarWk0ScalarWxBaseWLSpanWkWx=LSpanWx
77 70 73 74 76 syl2an3an WLVeckBaseScalarW0ScalarWFLIndSWxFLSpanWkWx=LSpanWx
78 77 an42s WLVecFLIndSWxFkBaseScalarW0ScalarWLSpanWkWx=LSpanWx
79 78 sseq1d WLVecFLIndSWxFkBaseScalarW0ScalarWLSpanWkWxLSpanWFXxLSpanWxLSpanWFXx
80 79 3adantl3 WLVecFLIndSWXBaseWxFkBaseScalarW0ScalarWLSpanWkWxLSpanWFXxLSpanWxLSpanWFXx
81 eldifi kBaseScalarW0ScalarWkBaseScalarW
82 19 3ad2ant1 WLVecFLIndSWXBaseWWLMod
83 82 adantr WLVecFLIndSWXBaseWxFkBaseScalarWWLMod
84 snssi XBaseWXBaseW
85 2 84 6 syl2an FLIndSWXBaseWFXBaseW
86 85 ssdifssd FLIndSWXBaseWFXxBaseW
87 1 37 31 lspcl WLModFXxBaseWLSpanWFXxLSubSpW
88 19 86 87 syl2an WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFXxLSubSpW
89 88 3impb WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFXxLSubSpW
90 89 adantr WLVecFLIndSWXBaseWxFkBaseScalarWLSpanWFXxLSubSpW
91 19 anim1i WLVeckBaseScalarWWLModkBaseScalarW
92 1 21 75 25 lmodvscl WLModkBaseScalarWxBaseWkWxBaseW
93 92 3expa WLModkBaseScalarWxBaseWkWxBaseW
94 91 74 93 syl2an WLVeckBaseScalarWFLIndSWxFkWxBaseW
95 94 an42s WLVecFLIndSWxFkBaseScalarWkWxBaseW
96 95 3adantl3 WLVecFLIndSWXBaseWxFkBaseScalarWkWxBaseW
97 1 37 31 83 90 96 lspsnel5 WLVecFLIndSWXBaseWxFkBaseScalarWkWxLSpanWFXxLSpanWkWxLSpanWFXx
98 81 97 sylanr2 WLVecFLIndSWXBaseWxFkBaseScalarW0ScalarWkWxLSpanWFXxLSpanWkWxLSpanWFXx
99 82 adantr WLVecFLIndSWXBaseWxFWLMod
100 89 adantr WLVecFLIndSWXBaseWxFLSpanWFXxLSubSpW
101 74 3ad2antl2 WLVecFLIndSWXBaseWxFxBaseW
102 1 37 31 99 100 101 lspsnel5 WLVecFLIndSWXBaseWxFxLSpanWFXxLSpanWxLSpanWFXx
103 102 adantrr WLVecFLIndSWXBaseWxFkBaseScalarW0ScalarWxLSpanWFXxLSpanWxLSpanWFXx
104 80 98 103 3bitr4rd WLVecFLIndSWXBaseWxFkBaseScalarW0ScalarWxLSpanWFXxkWxLSpanWFXx
105 3 104 syl3anl3 WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFkBaseScalarW0ScalarWxLSpanWFXxkWxLSpanWFXx
106 69 105 bitrd WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFkBaseScalarW0ScalarWxLSpanWFxXkWxLSpanWFXx
107 difsnid xFFxx=F
108 107 fveq2d xFLSpanWFxx=LSpanWF
109 108 eleq2d xFXLSpanWFxxXLSpanWF
110 109 ad2antrl WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFkBaseScalarW0ScalarWXLSpanWFxxXLSpanWF
111 40 106 110 3imtr3d WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFkBaseScalarW0ScalarWkWxLSpanWFXxXLSpanWF
112 11 111 mtod WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFkBaseScalarW0ScalarW¬kWxLSpanWFXx
113 112 ralrimivva WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFkBaseScalarW0ScalarW¬kWxLSpanWFXx
114 10 adantr WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFkBaseScalarW0ScalarW¬XLSpanWF
115 difsn ¬XFFX=F
116 54 115 syl WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFFX=F
117 116 fveq2d WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFLSpanWFX=LSpanWF
118 117 eleq2d WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFkWXLSpanWFXkWXLSpanWF
119 118 adantr WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFkBaseScalarW0ScalarWkWXLSpanWFXkWXLSpanWF
120 1 21 75 25 24 31 lspsnvs WLVeckBaseScalarWk0ScalarWXBaseWLSpanWkWX=LSpanWX
121 120 3expa WLVeckBaseScalarWk0ScalarWXBaseWLSpanWkWX=LSpanWX
122 121 an32s WLVecXBaseWkBaseScalarWk0ScalarWLSpanWkWX=LSpanWX
123 71 122 sylan2b WLVecXBaseWkBaseScalarW0ScalarWLSpanWkWX=LSpanWX
124 123 sseq1d WLVecXBaseWkBaseScalarW0ScalarWLSpanWkWXLSpanWFLSpanWXLSpanWF
125 124 3adantl2 WLVecFLIndSWXBaseWkBaseScalarW0ScalarWLSpanWkWXLSpanWFLSpanWXLSpanWF
126 82 adantr WLVecFLIndSWXBaseWkBaseScalarWWLMod
127 1 37 31 lspcl WLModFBaseWLSpanWFLSubSpW
128 19 2 127 syl2an WLVecFLIndSWLSpanWFLSubSpW
129 128 3adant3 WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFLSubSpW
130 129 adantr WLVecFLIndSWXBaseWkBaseScalarWLSpanWFLSubSpW
131 1 21 75 25 lmodvscl WLModkBaseScalarWXBaseWkWXBaseW
132 131 3expa WLModkBaseScalarWXBaseWkWXBaseW
133 132 an32s WLModXBaseWkBaseScalarWkWXBaseW
134 19 133 sylanl1 WLVecXBaseWkBaseScalarWkWXBaseW
135 134 3adantl2 WLVecFLIndSWXBaseWkBaseScalarWkWXBaseW
136 1 37 31 126 130 135 lspsnel5 WLVecFLIndSWXBaseWkBaseScalarWkWXLSpanWFLSpanWkWXLSpanWF
137 81 136 sylan2 WLVecFLIndSWXBaseWkBaseScalarW0ScalarWkWXLSpanWFLSpanWkWXLSpanWF
138 simp3 WLVecFLIndSWXBaseWXBaseW
139 1 37 31 82 129 138 lspsnel5 WLVecFLIndSWXBaseWXLSpanWFLSpanWXLSpanWF
140 139 adantr WLVecFLIndSWXBaseWkBaseScalarW0ScalarWXLSpanWFLSpanWXLSpanWF
141 125 137 140 3bitr4d WLVecFLIndSWXBaseWkBaseScalarW0ScalarWkWXLSpanWFXLSpanWF
142 3 141 syl3anl3 WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFkBaseScalarW0ScalarWkWXLSpanWFXLSpanWF
143 119 142 bitrd WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFkBaseScalarW0ScalarWkWXLSpanWFXXLSpanWF
144 114 143 mtbird WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFkBaseScalarW0ScalarW¬kWXLSpanWFX
145 144 ralrimiva WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFkBaseScalarW0ScalarW¬kWXLSpanWFX
146 oveq2 x=XkWx=kWX
147 sneq x=Xx=X
148 147 difeq2d x=XFXx=FXX
149 difun2 FXX=FX
150 148 149 eqtrdi x=XFXx=FX
151 150 fveq2d x=XLSpanWFXx=LSpanWFX
152 146 151 eleq12d x=XkWxLSpanWFXxkWXLSpanWFX
153 152 notbid x=X¬kWxLSpanWFXx¬kWXLSpanWFX
154 153 ralbidv x=XkBaseScalarW0ScalarW¬kWxLSpanWFXxkBaseScalarW0ScalarW¬kWXLSpanWFX
155 154 ralsng XBaseWLSpanWFxXkBaseScalarW0ScalarW¬kWxLSpanWFXxkBaseScalarW0ScalarW¬kWXLSpanWFX
156 155 3ad2ant3 WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxXkBaseScalarW0ScalarW¬kWxLSpanWFXxkBaseScalarW0ScalarW¬kWXLSpanWFX
157 145 156 mpbird WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxXkBaseScalarW0ScalarW¬kWxLSpanWFXx
158 ralunb xFXkBaseScalarW0ScalarW¬kWxLSpanWFXxxFkBaseScalarW0ScalarW¬kWxLSpanWFXxxXkBaseScalarW0ScalarW¬kWxLSpanWFXx
159 113 157 158 sylanbrc WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFxFXkBaseScalarW0ScalarW¬kWxLSpanWFXx
160 1 75 31 21 25 24 islinds2 WLVecFXLIndSWFXBaseWxFXkBaseScalarW0ScalarW¬kWxLSpanWFXx
161 160 3ad2ant1 WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFFXLIndSWFXBaseWxFXkBaseScalarW0ScalarW¬kWxLSpanWFXx
162 8 159 161 mpbir2and WLVecFLIndSWXBaseWLSpanWFFXLIndSW