Metamath Proof Explorer


Theorem lindsenlbs

Description: A maximal linearly independent set in a free module of finite dimension over a division ring is a basis. (Contributed by Brendan Leahy, 2-Jun-2021)

Ref Expression
Assertion lindsenlbs R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I X I X LBasis R freeLMod I

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 simpl3 R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I X I X LIndS R freeLMod I
2 drngring R DivRing R Ring
3 eqid R freeLMod I = R freeLMod I
4 3 frlmlmod R Ring I Fin R freeLMod I LMod
5 2 4 sylan R DivRing I Fin R freeLMod I LMod
6 eqid Base R freeLMod I = Base R freeLMod I
7 6 linds1 X LIndS R freeLMod I X Base R freeLMod I
8 eqid LSpan R freeLMod I = LSpan R freeLMod I
9 6 8 lspssv R freeLMod I LMod X Base R freeLMod I LSpan R freeLMod I X Base R freeLMod I
10 5 7 9 syl2an R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I LSpan R freeLMod I X Base R freeLMod I
11 10 3impa R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I LSpan R freeLMod I X Base R freeLMod I
12 11 adantr R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I X I LSpan R freeLMod I X Base R freeLMod I
13 bren2 X I X I ¬ X I
14 13 simprbi X I ¬ X I
15 snfi y Fin
16 simp2 R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I I Fin
17 lindsdom R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I X I
18 domfi I Fin X I X Fin
19 16 17 18 syl2anc R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I X Fin
20 unfi y Fin X Fin y X Fin
21 15 19 20 sylancr R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y X Fin
22 21 adantr R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X y X Fin
23 vex y V
24 23 snss y X y X
25 6 8 lspssid R freeLMod I LMod X Base R freeLMod I X LSpan R freeLMod I X
26 5 7 25 syl2an R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I X LSpan R freeLMod I X
27 26 3impa R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I X LSpan R freeLMod I X
28 27 sseld R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y X y LSpan R freeLMod I X
29 24 28 syl5bir R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y X y LSpan R freeLMod I X
30 29 con3dimp R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X ¬ y X
31 nsspssun ¬ y X X y X
32 30 31 sylib R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X X y X
33 php3 y X Fin X y X X y X
34 22 32 33 syl2anc R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X X y X
35 34 adantrl R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X X y X
36 simpl1 R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X R DivRing
37 simpl2 R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X I Fin
38 snssi y Base R freeLMod I y Base R freeLMod I
39 38 adantr y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X y Base R freeLMod I
40 7 3ad2ant3 R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I X Base R freeLMod I
41 unss y Base R freeLMod I X Base R freeLMod I y X Base R freeLMod I
42 41 biimpi y Base R freeLMod I X Base R freeLMod I y X Base R freeLMod I
43 39 40 42 syl2anr R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X y X Base R freeLMod I
44 simpr R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X ¬ y LSpan R freeLMod I X
45 28 con3dimp R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X ¬ y X
46 difsn ¬ y X X y = X
47 45 46 syl R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X X y = X
48 47 fveq2d R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X LSpan R freeLMod I X y = LSpan R freeLMod I X
49 44 48 neleqtrrd R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X ¬ y LSpan R freeLMod I X y
50 49 adantlr R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X ¬ y LSpan R freeLMod I X y
51 difsnid z X X z z = X
52 51 fveq2d z X LSpan R freeLMod I X z z = LSpan R freeLMod I X
53 52 eleq2d z X y LSpan R freeLMod I X z z y LSpan R freeLMod I X
54 53 notbid z X ¬ y LSpan R freeLMod I X z z ¬ y LSpan R freeLMod I X
55 54 biimparc ¬ y LSpan R freeLMod I X z X ¬ y LSpan R freeLMod I X z z
56 55 adantll R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z X ¬ y LSpan R freeLMod I X z z
57 3 frlmsca R DivRing I Fin R = Scalar R freeLMod I
58 simpl R DivRing I Fin R DivRing
59 57 58 eqeltrrd R DivRing I Fin Scalar R freeLMod I DivRing
60 eqid Scalar R freeLMod I = Scalar R freeLMod I
61 60 islvec R freeLMod I LVec R freeLMod I LMod Scalar R freeLMod I DivRing
62 5 59 61 sylanbrc R DivRing I Fin R freeLMod I LVec
63 62 3adant3 R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I R freeLMod I LVec
64 63 ad4antr R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z X z LSpan R freeLMod I y X z R freeLMod I LVec
65 7 ssdifssd X LIndS R freeLMod I X z Base R freeLMod I
66 65 3ad2ant3 R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I X z Base R freeLMod I
67 66 ad4antr R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z X z LSpan R freeLMod I y X z X z Base R freeLMod I
68 simp-4r R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z X z LSpan R freeLMod I y X z y Base R freeLMod I
69 difundir y X z = y z X z
70 69 equncomi y X z = X z y z
71 elsni z y z = y
72 71 eleq1d z y z X y X
73 72 notbid z y ¬ z X ¬ y X
74 45 73 syl5ibrcom R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z y ¬ z X
75 74 con2d R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z X ¬ z y
76 75 imp R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z X ¬ z y
77 difsn ¬ z y y z = y
78 76 77 syl R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z X y z = y
79 78 uneq2d R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z X X z y z = X z y
80 70 79 syl5eq R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z X y X z = X z y
81 80 fveq2d R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z X LSpan R freeLMod I y X z = LSpan R freeLMod I X z y
82 81 eleq2d R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z X z LSpan R freeLMod I y X z z LSpan R freeLMod I X z y
83 82 adantllr R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z X z LSpan R freeLMod I y X z z LSpan R freeLMod I X z y
84 83 biimpa R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z X z LSpan R freeLMod I y X z z LSpan R freeLMod I X z y
85 drngnzr R DivRing R NzRing
86 85 adantr R DivRing I Fin R NzRing
87 57 86 eqeltrrd R DivRing I Fin Scalar R freeLMod I NzRing
88 5 87 jca R DivRing I Fin R freeLMod I LMod Scalar R freeLMod I NzRing
89 88 anim1i R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I R freeLMod I LMod Scalar R freeLMod I NzRing X LIndS R freeLMod I
90 89 3impa R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I R freeLMod I LMod Scalar R freeLMod I NzRing X LIndS R freeLMod I
91 8 60 lindsind2 R freeLMod I LMod Scalar R freeLMod I NzRing X LIndS R freeLMod I z X ¬ z LSpan R freeLMod I X z
92 91 3expa R freeLMod I LMod Scalar R freeLMod I NzRing X LIndS R freeLMod I z X ¬ z LSpan R freeLMod I X z
93 90 92 sylan R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I z X ¬ z LSpan R freeLMod I X z
94 93 ad5ant14 R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z X z LSpan R freeLMod I y X z ¬ z LSpan R freeLMod I X z
95 84 94 eldifd R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z X z LSpan R freeLMod I y X z z LSpan R freeLMod I X z y LSpan R freeLMod I X z
96 eqid LSubSp R freeLMod I = LSubSp R freeLMod I
97 6 96 8 lspsolv R freeLMod I LVec X z Base R freeLMod I y Base R freeLMod I z LSpan R freeLMod I X z y LSpan R freeLMod I X z y LSpan R freeLMod I X z z
98 64 67 68 95 97 syl13anc R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z X z LSpan R freeLMod I y X z y LSpan R freeLMod I X z z
99 56 98 mtand R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z X ¬ z LSpan R freeLMod I y X z
100 99 ralrimiva R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z X ¬ z LSpan R freeLMod I y X z
101 ralunb z y X ¬ z LSpan R freeLMod I y X z z y ¬ z LSpan R freeLMod I y X z z X ¬ z LSpan R freeLMod I y X z
102 id z = y z = y
103 sneq z = y z = y
104 103 difeq2d z = y y X z = y X y
105 uncom y X = X y
106 105 difeq1i y X y = X y y
107 difun2 X y y = X y
108 106 107 eqtri y X y = X y
109 104 108 eqtrdi z = y y X z = X y
110 109 fveq2d z = y LSpan R freeLMod I y X z = LSpan R freeLMod I X y
111 102 110 eleq12d z = y z LSpan R freeLMod I y X z y LSpan R freeLMod I X y
112 111 notbid z = y ¬ z LSpan R freeLMod I y X z ¬ y LSpan R freeLMod I X y
113 23 112 ralsn z y ¬ z LSpan R freeLMod I y X z ¬ y LSpan R freeLMod I X y
114 113 anbi1i z y ¬ z LSpan R freeLMod I y X z z X ¬ z LSpan R freeLMod I y X z ¬ y LSpan R freeLMod I X y z X ¬ z LSpan R freeLMod I y X z
115 101 114 bitri z y X ¬ z LSpan R freeLMod I y X z ¬ y LSpan R freeLMod I X y z X ¬ z LSpan R freeLMod I y X z
116 50 100 115 sylanbrc R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z y X ¬ z LSpan R freeLMod I y X z
117 116 ex R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z y X ¬ z LSpan R freeLMod I y X z
118 63 ad3antrrr R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I z y X x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I R freeLMod I LVec
119 eldifsn x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I x Base Scalar R freeLMod I x 0 Scalar R freeLMod I
120 119 biimpi x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I x Base Scalar R freeLMod I x 0 Scalar R freeLMod I
121 120 adantl R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I z y X x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I x Base Scalar R freeLMod I x 0 Scalar R freeLMod I
122 38 7 42 syl2anr X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I y X Base R freeLMod I
123 122 3ad2antl3 R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I y X Base R freeLMod I
124 123 sselda R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I z y X z Base R freeLMod I
125 124 adantr R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I z y X x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I z Base R freeLMod I
126 eqid R freeLMod I = R freeLMod I
127 eqid Base Scalar R freeLMod I = Base Scalar R freeLMod I
128 eqid 0 Scalar R freeLMod I = 0 Scalar R freeLMod I
129 6 60 126 127 128 8 lspsnvs R freeLMod I LVec x Base Scalar R freeLMod I x 0 Scalar R freeLMod I z Base R freeLMod I LSpan R freeLMod I x R freeLMod I z = LSpan R freeLMod I z
130 118 121 125 129 syl3anc R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I z y X x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I LSpan R freeLMod I x R freeLMod I z = LSpan R freeLMod I z
131 130 sseq1d R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I z y X x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I LSpan R freeLMod I x R freeLMod I z LSpan R freeLMod I y X z LSpan R freeLMod I z LSpan R freeLMod I y X z
132 5 3adant3 R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I R freeLMod I LMod
133 132 ad3antrrr R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I z y X x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I R freeLMod I LMod
134 df-3an R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I
135 122 ssdifssd X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I y X z Base R freeLMod I
136 6 96 8 lspcl R freeLMod I LMod y X z Base R freeLMod I LSpan R freeLMod I y X z LSubSp R freeLMod I
137 5 135 136 syl2an R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I LSpan R freeLMod I y X z LSubSp R freeLMod I
138 137 anassrs R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I LSpan R freeLMod I y X z LSubSp R freeLMod I
139 134 138 sylanb R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I LSpan R freeLMod I y X z LSubSp R freeLMod I
140 139 ad2antrr R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I z y X x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I LSpan R freeLMod I y X z LSubSp R freeLMod I
141 eldifi x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I x Base Scalar R freeLMod I
142 141 adantl R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I z y X x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I x Base Scalar R freeLMod I
143 6 60 126 127 lmodvscl R freeLMod I LMod x Base Scalar R freeLMod I z Base R freeLMod I x R freeLMod I z Base R freeLMod I
144 133 142 125 143 syl3anc R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I z y X x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I x R freeLMod I z Base R freeLMod I
145 6 96 8 133 140 144 lspsnel5 R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I z y X x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I x R freeLMod I z LSpan R freeLMod I y X z LSpan R freeLMod I x R freeLMod I z LSpan R freeLMod I y X z
146 132 ad2antrr R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I z y X R freeLMod I LMod
147 139 adantr R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I z y X LSpan R freeLMod I y X z LSubSp R freeLMod I
148 6 96 8 146 147 124 lspsnel5 R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I z y X z LSpan R freeLMod I y X z LSpan R freeLMod I z LSpan R freeLMod I y X z
149 148 adantr R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I z y X x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I z LSpan R freeLMod I y X z LSpan R freeLMod I z LSpan R freeLMod I y X z
150 131 145 149 3bitr4rd R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I z y X x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I z LSpan R freeLMod I y X z x R freeLMod I z LSpan R freeLMod I y X z
151 150 notbid R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I z y X x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I ¬ z LSpan R freeLMod I y X z ¬ x R freeLMod I z LSpan R freeLMod I y X z
152 151 biimpd R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I z y X x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I ¬ z LSpan R freeLMod I y X z ¬ x R freeLMod I z LSpan R freeLMod I y X z
153 152 ralrimdva R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I z y X ¬ z LSpan R freeLMod I y X z x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I ¬ x R freeLMod I z LSpan R freeLMod I y X z
154 153 ralimdva R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I z y X ¬ z LSpan R freeLMod I y X z z y X x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I ¬ x R freeLMod I z LSpan R freeLMod I y X z
155 117 154 syld R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z y X x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I ¬ x R freeLMod I z LSpan R freeLMod I y X z
156 155 impr R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X z y X x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I ¬ x R freeLMod I z LSpan R freeLMod I y X z
157 ovex R freeLMod I V
158 6 126 8 60 127 128 islinds2 R freeLMod I V y X LIndS R freeLMod I y X Base R freeLMod I z y X x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I ¬ x R freeLMod I z LSpan R freeLMod I y X z
159 157 158 ax-mp y X LIndS R freeLMod I y X Base R freeLMod I z y X x Base Scalar R freeLMod I 0 Scalar R freeLMod I ¬ x R freeLMod I z LSpan R freeLMod I y X z
160 43 156 159 sylanbrc R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X y X LIndS R freeLMod I
161 lindsdom R DivRing I Fin y X LIndS R freeLMod I y X I
162 36 37 160 161 syl3anc R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X y X I
163 sdomdomtr X y X y X I X I
164 35 162 163 syl2anc R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X X I
165 164 stoic1a R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I ¬ X I ¬ y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X
166 14 165 sylan2 R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I X I ¬ y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X
167 iman y Base R freeLMod I y LSpan R freeLMod I X ¬ y Base R freeLMod I ¬ y LSpan R freeLMod I X
168 166 167 sylibr R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I X I y Base R freeLMod I y LSpan R freeLMod I X
169 168 ssrdv R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I X I Base R freeLMod I LSpan R freeLMod I X
170 12 169 eqssd R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I X I LSpan R freeLMod I X = Base R freeLMod I
171 eqid LBasis R freeLMod I = LBasis R freeLMod I
172 6 171 8 islbs4 X LBasis R freeLMod I X LIndS R freeLMod I LSpan R freeLMod I X = Base R freeLMod I
173 1 170 172 sylanbrc R DivRing I Fin X LIndS R freeLMod I X I X LBasis R freeLMod I