Metamath Proof Explorer


Theorem lkrshp

Description: The kernel of a nonzero functional is a hyperplane. (Contributed by NM, 29-Jun-2014)

Ref Expression
Hypotheses lkrshp.v ⊢ V = Base W
lkrshp.d ⊢ D = Scalar ⁡ W
lkrshp.z ⊢ 0 ˙ = 0 D
lkrshp.h ⊢ H = LSHyp ⁡ W
lkrshp.f ⊢ F = LFnl ⁡ W
lkrshp.k ⊢ K = LKer ⁡ W
Assertion lkrshp ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ → K ⁡ G ∈ H

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lkrshp.v ⊢ V = Base W
2 lkrshp.d ⊢ D = Scalar ⁡ W
3 lkrshp.z ⊢ 0 ˙ = 0 D
4 lkrshp.h ⊢ H = LSHyp ⁡ W
5 lkrshp.f ⊢ F = LFnl ⁡ W
6 lkrshp.k ⊢ K = LKer ⁡ W
7 lveclmod ⊢ W ∈ LVec → W ∈ LMod
8 7 3ad2ant1 ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ → W ∈ LMod
9 simp2 ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ → G ∈ F
10 eqid ⊢ LSubSp ⁡ W = LSubSp ⁡ W
11 5 6 10 lkrlss ⊢ W ∈ LMod ∧ G ∈ F → K ⁡ G ∈ LSubSp ⁡ W
12 8 9 11 syl2anc ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ → K ⁡ G ∈ LSubSp ⁡ W
13 simp3 ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ → G ≠ V × 0 ˙
14 2 3 1 5 6 lkr0f ⊢ W ∈ LMod ∧ G ∈ F → K ⁡ G = V ↔ G = V × 0 ˙
15 8 9 14 syl2anc ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ → K ⁡ G = V ↔ G = V × 0 ˙
16 15 necon3bid ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ → K ⁡ G ≠ V ↔ G ≠ V × 0 ˙
17 13 16 mpbird ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ → K ⁡ G ≠ V
18 eqid ⊢ 1 D = 1 D
19 2 3 18 1 5 lfl1 ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ → ∃ v ∈ V G ⁡ v = 1 D
20 simp11 ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ ∧ v ∈ V ∧ G ⁡ v = 1 D → W ∈ LVec
21 simp2 ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ ∧ v ∈ V ∧ G ⁡ v = 1 D → v ∈ V
22 simp12 ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ ∧ v ∈ V ∧ G ⁡ v = 1 D → G ∈ F
23 simp3 ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ ∧ v ∈ V ∧ G ⁡ v = 1 D → G ⁡ v = 1 D
24 2 lvecdrng ⊢ W ∈ LVec → D ∈ DivRing
25 3 18 drngunz ⊢ D ∈ DivRing → 1 D ≠ 0 ˙
26 20 24 25 3syl ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ ∧ v ∈ V ∧ G ⁡ v = 1 D → 1 D ≠ 0 ˙
27 23 26 eqnetrd ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ ∧ v ∈ V ∧ G ⁡ v = 1 D → G ⁡ v ≠ 0 ˙
28 simpl11 ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ ∧ v ∈ V ∧ G ⁡ v = 1 D ∧ v ∈ K ⁡ G → W ∈ LVec
29 simpl12 ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ ∧ v ∈ V ∧ G ⁡ v = 1 D ∧ v ∈ K ⁡ G → G ∈ F
30 simpr ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ ∧ v ∈ V ∧ G ⁡ v = 1 D ∧ v ∈ K ⁡ G → v ∈ K ⁡ G
31 2 3 5 6 lkrf0 ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ v ∈ K ⁡ G → G ⁡ v = 0 ˙
32 28 29 30 31 syl3anc ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ ∧ v ∈ V ∧ G ⁡ v = 1 D ∧ v ∈ K ⁡ G → G ⁡ v = 0 ˙
33 32 ex ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ ∧ v ∈ V ∧ G ⁡ v = 1 D → v ∈ K ⁡ G → G ⁡ v = 0 ˙
34 33 necon3ad ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ ∧ v ∈ V ∧ G ⁡ v = 1 D → G ⁡ v ≠ 0 ˙ → ¬ v ∈ K ⁡ G
35 27 34 mpd ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ ∧ v ∈ V ∧ G ⁡ v = 1 D → ¬ v ∈ K ⁡ G
36 eqid ⊢ LSpan ⁡ W = LSpan ⁡ W
37 1 36 5 6 lkrlsp3 ⊢ W ∈ LVec ∧ v ∈ V ∧ G ∈ F ∧ ¬ v ∈ K ⁡ G → LSpan ⁡ W ⁡ K ⁡ G ∪ v = V
38 20 21 22 35 37 syl121anc ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ ∧ v ∈ V ∧ G ⁡ v = 1 D → LSpan ⁡ W ⁡ K ⁡ G ∪ v = V
39 38 3expia ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ ∧ v ∈ V → G ⁡ v = 1 D → LSpan ⁡ W ⁡ K ⁡ G ∪ v = V
40 39 reximdva ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ → ∃ v ∈ V G ⁡ v = 1 D → ∃ v ∈ V LSpan ⁡ W ⁡ K ⁡ G ∪ v = V
41 19 40 mpd ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ → ∃ v ∈ V LSpan ⁡ W ⁡ K ⁡ G ∪ v = V
42 1 36 10 4 islshp ⊢ W ∈ LVec → K ⁡ G ∈ H ↔ K ⁡ G ∈ LSubSp ⁡ W ∧ K ⁡ G ≠ V ∧ ∃ v ∈ V LSpan ⁡ W ⁡ K ⁡ G ∪ v = V
43 42 3ad2ant1 ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ → K ⁡ G ∈ H ↔ K ⁡ G ∈ LSubSp ⁡ W ∧ K ⁡ G ≠ V ∧ ∃ v ∈ V LSpan ⁡ W ⁡ K ⁡ G ∪ v = V
44 12 17 41 43 mpbir3and ⊢ W ∈ LVec ∧ G ∈ F ∧ G ≠ V × 0 ˙ → K ⁡ G ∈ H