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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 RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIXIXLBasisRfreeLModI

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 simpl3 RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIXIXLIndSRfreeLModI
2 drngring RDivRingRRing
3 eqid RfreeLModI=RfreeLModI
4 3 frlmlmod RRingIFinRfreeLModILMod
5 2 4 sylan RDivRingIFinRfreeLModILMod
6 eqid BaseRfreeLModI=BaseRfreeLModI
7 6 linds1 XLIndSRfreeLModIXBaseRfreeLModI
8 eqid LSpanRfreeLModI=LSpanRfreeLModI
9 6 8 lspssv RfreeLModILModXBaseRfreeLModILSpanRfreeLModIXBaseRfreeLModI
10 5 7 9 syl2an RDivRingIFinXLIndSRfreeLModILSpanRfreeLModIXBaseRfreeLModI
11 10 3impa RDivRingIFinXLIndSRfreeLModILSpanRfreeLModIXBaseRfreeLModI
12 11 adantr RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIXILSpanRfreeLModIXBaseRfreeLModI
13 bren2 XIXI¬XI
14 13 simprbi XI¬XI
15 snfi yFin
16 simp2 RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIIFin
17 lindsdom RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIXI
18 domfi IFinXIXFin
19 16 17 18 syl2anc RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIXFin
20 unfi yFinXFinyXFin
21 15 19 20 sylancr RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyXFin
22 21 adantr RDivRingIFinXLIndSRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXyXFin
23 vex yV
24 23 snss yXyX
25 6 8 lspssid RfreeLModILModXBaseRfreeLModIXLSpanRfreeLModIX
26 5 7 25 syl2an RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIXLSpanRfreeLModIX
27 26 3impa RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIXLSpanRfreeLModIX
28 27 sseld RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyXyLSpanRfreeLModIX
29 24 28 biimtrrid RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyXyLSpanRfreeLModIX
30 29 con3dimp RDivRingIFinXLIndSRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIX¬yX
31 nsspssun ¬yXXyX
32 30 31 sylib RDivRingIFinXLIndSRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXXyX
33 php3 yXFinXyXXyX
34 22 32 33 syl2anc RDivRingIFinXLIndSRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXXyX
35 34 adantrl RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXXyX
36 simpl1 RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXRDivRing
37 simpl2 RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXIFin
38 snssi yBaseRfreeLModIyBaseRfreeLModI
39 38 adantr yBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXyBaseRfreeLModI
40 7 3ad2ant3 RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIXBaseRfreeLModI
41 unss yBaseRfreeLModIXBaseRfreeLModIyXBaseRfreeLModI
42 41 biimpi yBaseRfreeLModIXBaseRfreeLModIyXBaseRfreeLModI
43 39 40 42 syl2anr RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXyXBaseRfreeLModI
44 simpr RDivRingIFinXLIndSRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIX¬yLSpanRfreeLModIX
45 28 con3dimp RDivRingIFinXLIndSRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIX¬yX
46 difsn ¬yXXy=X
47 45 46 syl RDivRingIFinXLIndSRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXXy=X
48 47 fveq2d RDivRingIFinXLIndSRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXLSpanRfreeLModIXy=LSpanRfreeLModIX
49 44 48 neleqtrrd RDivRingIFinXLIndSRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIX¬yLSpanRfreeLModIXy
50 49 adantlr RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIX¬yLSpanRfreeLModIXy
51 difsnid zXXzz=X
52 51 fveq2d zXLSpanRfreeLModIXzz=LSpanRfreeLModIX
53 52 eleq2d zXyLSpanRfreeLModIXzzyLSpanRfreeLModIX
54 53 notbid zX¬yLSpanRfreeLModIXzz¬yLSpanRfreeLModIX
55 54 biimparc ¬yLSpanRfreeLModIXzX¬yLSpanRfreeLModIXzz
56 55 adantll RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzX¬yLSpanRfreeLModIXzz
57 3 frlmsca RDivRingIFinR=ScalarRfreeLModI
58 simpl RDivRingIFinRDivRing
59 57 58 eqeltrrd RDivRingIFinScalarRfreeLModIDivRing
60 eqid ScalarRfreeLModI=ScalarRfreeLModI
61 60 islvec RfreeLModILVecRfreeLModILModScalarRfreeLModIDivRing
62 5 59 61 sylanbrc RDivRingIFinRfreeLModILVec
63 62 3adant3 RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIRfreeLModILVec
64 63 ad4antr RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzXzLSpanRfreeLModIyXzRfreeLModILVec
65 7 ssdifssd XLIndSRfreeLModIXzBaseRfreeLModI
66 65 3ad2ant3 RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIXzBaseRfreeLModI
67 66 ad4antr RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzXzLSpanRfreeLModIyXzXzBaseRfreeLModI
68 simp-4r RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzXzLSpanRfreeLModIyXzyBaseRfreeLModI
69 difundir yXz=yzXz
70 69 equncomi yXz=Xzyz
71 elsni zyz=y
72 71 eleq1d zyzXyX
73 72 notbid zy¬zX¬yX
74 45 73 syl5ibrcom RDivRingIFinXLIndSRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzy¬zX
75 74 con2d RDivRingIFinXLIndSRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzX¬zy
76 75 imp RDivRingIFinXLIndSRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzX¬zy
77 difsn ¬zyyz=y
78 76 77 syl RDivRingIFinXLIndSRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzXyz=y
79 78 uneq2d RDivRingIFinXLIndSRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzXXzyz=Xzy
80 70 79 eqtrid RDivRingIFinXLIndSRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzXyXz=Xzy
81 80 fveq2d RDivRingIFinXLIndSRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzXLSpanRfreeLModIyXz=LSpanRfreeLModIXzy
82 81 eleq2d RDivRingIFinXLIndSRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzXzLSpanRfreeLModIyXzzLSpanRfreeLModIXzy
83 82 adantllr RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzXzLSpanRfreeLModIyXzzLSpanRfreeLModIXzy
84 83 biimpa RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzXzLSpanRfreeLModIyXzzLSpanRfreeLModIXzy
85 drngnzr RDivRingRNzRing
86 85 adantr RDivRingIFinRNzRing
87 57 86 eqeltrrd RDivRingIFinScalarRfreeLModINzRing
88 5 87 jca RDivRingIFinRfreeLModILModScalarRfreeLModINzRing
89 88 anim1i RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIRfreeLModILModScalarRfreeLModINzRingXLIndSRfreeLModI
90 89 3impa RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIRfreeLModILModScalarRfreeLModINzRingXLIndSRfreeLModI
91 8 60 lindsind2 RfreeLModILModScalarRfreeLModINzRingXLIndSRfreeLModIzX¬zLSpanRfreeLModIXz
92 91 3expa RfreeLModILModScalarRfreeLModINzRingXLIndSRfreeLModIzX¬zLSpanRfreeLModIXz
93 90 92 sylan RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIzX¬zLSpanRfreeLModIXz
94 93 ad5ant14 RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzXzLSpanRfreeLModIyXz¬zLSpanRfreeLModIXz
95 84 94 eldifd RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzXzLSpanRfreeLModIyXzzLSpanRfreeLModIXzyLSpanRfreeLModIXz
96 eqid LSubSpRfreeLModI=LSubSpRfreeLModI
97 6 96 8 lspsolv RfreeLModILVecXzBaseRfreeLModIyBaseRfreeLModIzLSpanRfreeLModIXzyLSpanRfreeLModIXzyLSpanRfreeLModIXzz
98 64 67 68 95 97 syl13anc RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzXzLSpanRfreeLModIyXzyLSpanRfreeLModIXzz
99 56 98 mtand RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzX¬zLSpanRfreeLModIyXz
100 99 ralrimiva RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzX¬zLSpanRfreeLModIyXz
101 ralunb zyX¬zLSpanRfreeLModIyXzzy¬zLSpanRfreeLModIyXzzX¬zLSpanRfreeLModIyXz
102 id z=yz=y
103 sneq z=yz=y
104 103 difeq2d z=yyXz=yXy
105 uncom yX=Xy
106 105 difeq1i yXy=Xyy
107 difun2 Xyy=Xy
108 106 107 eqtri yXy=Xy
109 104 108 eqtrdi z=yyXz=Xy
110 109 fveq2d z=yLSpanRfreeLModIyXz=LSpanRfreeLModIXy
111 102 110 eleq12d z=yzLSpanRfreeLModIyXzyLSpanRfreeLModIXy
112 111 notbid z=y¬zLSpanRfreeLModIyXz¬yLSpanRfreeLModIXy
113 23 112 ralsn zy¬zLSpanRfreeLModIyXz¬yLSpanRfreeLModIXy
114 113 anbi1i zy¬zLSpanRfreeLModIyXzzX¬zLSpanRfreeLModIyXz¬yLSpanRfreeLModIXyzX¬zLSpanRfreeLModIyXz
115 101 114 bitri zyX¬zLSpanRfreeLModIyXz¬yLSpanRfreeLModIXyzX¬zLSpanRfreeLModIyXz
116 50 100 115 sylanbrc RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzyX¬zLSpanRfreeLModIyXz
117 116 ex RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzyX¬zLSpanRfreeLModIyXz
118 63 ad3antrrr RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIzyXxBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModIRfreeLModILVec
119 eldifsn xBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModIxBaseScalarRfreeLModIx0ScalarRfreeLModI
120 119 biimpi xBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModIxBaseScalarRfreeLModIx0ScalarRfreeLModI
121 120 adantl RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIzyXxBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModIxBaseScalarRfreeLModIx0ScalarRfreeLModI
122 38 7 42 syl2anr XLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIyXBaseRfreeLModI
123 122 3ad2antl3 RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIyXBaseRfreeLModI
124 123 sselda RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIzyXzBaseRfreeLModI
125 124 adantr RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIzyXxBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModIzBaseRfreeLModI
126 eqid RfreeLModI=RfreeLModI
127 eqid BaseScalarRfreeLModI=BaseScalarRfreeLModI
128 eqid 0ScalarRfreeLModI=0ScalarRfreeLModI
129 6 60 126 127 128 8 lspsnvs RfreeLModILVecxBaseScalarRfreeLModIx0ScalarRfreeLModIzBaseRfreeLModILSpanRfreeLModIxRfreeLModIz=LSpanRfreeLModIz
130 118 121 125 129 syl3anc RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIzyXxBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModILSpanRfreeLModIxRfreeLModIz=LSpanRfreeLModIz
131 130 sseq1d RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIzyXxBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModILSpanRfreeLModIxRfreeLModIzLSpanRfreeLModIyXzLSpanRfreeLModIzLSpanRfreeLModIyXz
132 5 3adant3 RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIRfreeLModILMod
133 132 ad3antrrr RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIzyXxBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModIRfreeLModILMod
134 df-3an RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIRDivRingIFinXLIndSRfreeLModI
135 122 ssdifssd XLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIyXzBaseRfreeLModI
136 6 96 8 lspcl RfreeLModILModyXzBaseRfreeLModILSpanRfreeLModIyXzLSubSpRfreeLModI
137 5 135 136 syl2an RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModILSpanRfreeLModIyXzLSubSpRfreeLModI
138 137 anassrs RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModILSpanRfreeLModIyXzLSubSpRfreeLModI
139 134 138 sylanb RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModILSpanRfreeLModIyXzLSubSpRfreeLModI
140 139 ad2antrr RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIzyXxBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModILSpanRfreeLModIyXzLSubSpRfreeLModI
141 eldifi xBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModIxBaseScalarRfreeLModI
142 141 adantl RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIzyXxBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModIxBaseScalarRfreeLModI
143 6 60 126 127 lmodvscl RfreeLModILModxBaseScalarRfreeLModIzBaseRfreeLModIxRfreeLModIzBaseRfreeLModI
144 133 142 125 143 syl3anc RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIzyXxBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModIxRfreeLModIzBaseRfreeLModI
145 6 96 8 133 140 144 lspsnel5 RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIzyXxBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModIxRfreeLModIzLSpanRfreeLModIyXzLSpanRfreeLModIxRfreeLModIzLSpanRfreeLModIyXz
146 132 ad2antrr RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIzyXRfreeLModILMod
147 139 adantr RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIzyXLSpanRfreeLModIyXzLSubSpRfreeLModI
148 6 96 8 146 147 124 lspsnel5 RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIzyXzLSpanRfreeLModIyXzLSpanRfreeLModIzLSpanRfreeLModIyXz
149 148 adantr RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIzyXxBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModIzLSpanRfreeLModIyXzLSpanRfreeLModIzLSpanRfreeLModIyXz
150 131 145 149 3bitr4rd RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIzyXxBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModIzLSpanRfreeLModIyXzxRfreeLModIzLSpanRfreeLModIyXz
151 150 notbid RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIzyXxBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModI¬zLSpanRfreeLModIyXz¬xRfreeLModIzLSpanRfreeLModIyXz
152 151 biimpd RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIzyXxBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModI¬zLSpanRfreeLModIyXz¬xRfreeLModIzLSpanRfreeLModIyXz
153 152 ralrimdva RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIzyX¬zLSpanRfreeLModIyXzxBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModI¬xRfreeLModIzLSpanRfreeLModIyXz
154 153 ralimdva RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModIzyX¬zLSpanRfreeLModIyXzzyXxBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModI¬xRfreeLModIzLSpanRfreeLModIyXz
155 117 154 syld RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzyXxBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModI¬xRfreeLModIzLSpanRfreeLModIyXz
156 155 impr RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXzyXxBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModI¬xRfreeLModIzLSpanRfreeLModIyXz
157 ovex RfreeLModIV
158 6 126 8 60 127 128 islinds2 RfreeLModIVyXLIndSRfreeLModIyXBaseRfreeLModIzyXxBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModI¬xRfreeLModIzLSpanRfreeLModIyXz
159 157 158 ax-mp yXLIndSRfreeLModIyXBaseRfreeLModIzyXxBaseScalarRfreeLModI0ScalarRfreeLModI¬xRfreeLModIzLSpanRfreeLModIyXz
160 43 156 159 sylanbrc RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXyXLIndSRfreeLModI
161 lindsdom RDivRingIFinyXLIndSRfreeLModIyXI
162 36 37 160 161 syl3anc RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXyXI
163 sdomdomtr XyXyXIXI
164 35 162 163 syl2anc RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIyBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIXXI
165 164 stoic1a RDivRingIFinXLIndSRfreeLModI¬XI¬yBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIX
166 14 165 sylan2 RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIXI¬yBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIX
167 iman yBaseRfreeLModIyLSpanRfreeLModIX¬yBaseRfreeLModI¬yLSpanRfreeLModIX
168 166 167 sylibr RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIXIyBaseRfreeLModIyLSpanRfreeLModIX
169 168 ssrdv RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIXIBaseRfreeLModILSpanRfreeLModIX
170 12 169 eqssd RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIXILSpanRfreeLModIX=BaseRfreeLModI
171 eqid LBasisRfreeLModI=LBasisRfreeLModI
172 6 171 8 islbs4 XLBasisRfreeLModIXLIndSRfreeLModILSpanRfreeLModIX=BaseRfreeLModI
173 1 170 172 sylanbrc RDivRingIFinXLIndSRfreeLModIXIXLBasisRfreeLModI