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Theorem lshpsmreu

Description: Lemma for lshpkrex . Show uniqueness of ring multiplier k when a vector X is broken down into components, one in a hyperplane and the other outside of it . TODO: do we need the cbvrexv for a to c ? (Contributed by NM, 4-Jan-2015)

Ref Expression
Hypotheses lshpsmreu.v ⊢ V = Base W
lshpsmreu.a ⊢ + ˙ = + W
lshpsmreu.n ⊢ N = LSpan ⁡ W
lshpsmreu.p ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ W
lshpsmreu.h ⊢ H = LSHyp ⁡ W
lshpsmreu.w ⊢ φ → W ∈ LVec
lshpsmreu.u ⊢ φ → U ∈ H
lshpsmreu.z ⊢ φ → Z ∈ V
lshpsmreu.x ⊢ φ → X ∈ V
lshpsmreu.e ⊢ φ → U ⊕ ˙ N ⁡ Z = V
lshpsmreu.d ⊢ D = Scalar ⁡ W
lshpsmreu.k ⊢ K = Base D
lshpsmreu.t ⊢ · ˙ = ⋅ W
Assertion lshpsmreu ⊢ φ → ∃! k ∈ K ∃ y ∈ U X = y + ˙ k · ˙ Z

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lshpsmreu.v ⊢ V = Base W
2 lshpsmreu.a ⊢ + ˙ = + W
3 lshpsmreu.n ⊢ N = LSpan ⁡ W
4 lshpsmreu.p ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ W
5 lshpsmreu.h ⊢ H = LSHyp ⁡ W
6 lshpsmreu.w ⊢ φ → W ∈ LVec
7 lshpsmreu.u ⊢ φ → U ∈ H
8 lshpsmreu.z ⊢ φ → Z ∈ V
9 lshpsmreu.x ⊢ φ → X ∈ V
10 lshpsmreu.e ⊢ φ → U ⊕ ˙ N ⁡ Z = V
11 lshpsmreu.d ⊢ D = Scalar ⁡ W
12 lshpsmreu.k ⊢ K = Base D
13 lshpsmreu.t ⊢ · ˙ = ⋅ W
14 9 10 eleqtrrd ⊢ φ → X ∈ U ⊕ ˙ N ⁡ Z
15 lveclmod ⊢ W ∈ LVec → W ∈ LMod
16 6 15 syl ⊢ φ → W ∈ LMod
17 eqid ⊢ LSubSp ⁡ W = LSubSp ⁡ W
18 17 lsssssubg ⊢ W ∈ LMod → LSubSp ⁡ W ⊆ SubGrp ⁡ W
19 16 18 syl ⊢ φ → LSubSp ⁡ W ⊆ SubGrp ⁡ W
20 17 5 16 7 lshplss ⊢ φ → U ∈ LSubSp ⁡ W
21 19 20 sseldd ⊢ φ → U ∈ SubGrp ⁡ W
22 1 17 3 lspsncl ⊢ W ∈ LMod ∧ Z ∈ V → N ⁡ Z ∈ LSubSp ⁡ W
23 16 8 22 syl2anc ⊢ φ → N ⁡ Z ∈ LSubSp ⁡ W
24 19 23 sseldd ⊢ φ → N ⁡ Z ∈ SubGrp ⁡ W
25 2 4 lsmelval ⊢ U ∈ SubGrp ⁡ W ∧ N ⁡ Z ∈ SubGrp ⁡ W → X ∈ U ⊕ ˙ N ⁡ Z ↔ ∃ c ∈ U ∃ z ∈ N ⁡ Z X = c + ˙ z
26 21 24 25 syl2anc ⊢ φ → X ∈ U ⊕ ˙ N ⁡ Z ↔ ∃ c ∈ U ∃ z ∈ N ⁡ Z X = c + ˙ z
27 14 26 mpbid ⊢ φ → ∃ c ∈ U ∃ z ∈ N ⁡ Z X = c + ˙ z
28 df-rex ⊢ ∃ z ∈ N ⁡ Z X = c + ˙ z ↔ ∃ z z ∈ N ⁡ Z ∧ X = c + ˙ z
29 11 12 1 13 3 ellspsn ⊢ W ∈ LMod ∧ Z ∈ V → z ∈ N ⁡ Z ↔ ∃ b ∈ K z = b · ˙ Z
30 16 8 29 syl2anc ⊢ φ → z ∈ N ⁡ Z ↔ ∃ b ∈ K z = b · ˙ Z
31 30 anbi1d ⊢ φ → z ∈ N ⁡ Z ∧ X = c + ˙ z ↔ ∃ b ∈ K z = b · ˙ Z ∧ X = c + ˙ z
32 r19.41v ⊢ ∃ b ∈ K z = b · ˙ Z ∧ X = c + ˙ z ↔ ∃ b ∈ K z = b · ˙ Z ∧ X = c + ˙ z
33 31 32 bitr4di ⊢ φ → z ∈ N ⁡ Z ∧ X = c + ˙ z ↔ ∃ b ∈ K z = b · ˙ Z ∧ X = c + ˙ z
34 33 exbidv ⊢ φ → ∃ z z ∈ N ⁡ Z ∧ X = c + ˙ z ↔ ∃ z ∃ b ∈ K z = b · ˙ Z ∧ X = c + ˙ z
35 rexcom4 ⊢ ∃ b ∈ K ∃ z z = b · ˙ Z ∧ X = c + ˙ z ↔ ∃ z ∃ b ∈ K z = b · ˙ Z ∧ X = c + ˙ z
36 ovex ⊢ b · ˙ Z ∈ V
37 oveq2 ⊢ z = b · ˙ Z → c + ˙ z = c + ˙ b · ˙ Z
38 37 eqeq2d ⊢ z = b · ˙ Z → X = c + ˙ z ↔ X = c + ˙ b · ˙ Z
39 36 38 ceqsexv ⊢ ∃ z z = b · ˙ Z ∧ X = c + ˙ z ↔ X = c + ˙ b · ˙ Z
40 39 rexbii ⊢ ∃ b ∈ K ∃ z z = b · ˙ Z ∧ X = c + ˙ z ↔ ∃ b ∈ K X = c + ˙ b · ˙ Z
41 35 40 bitr3i ⊢ ∃ z ∃ b ∈ K z = b · ˙ Z ∧ X = c + ˙ z ↔ ∃ b ∈ K X = c + ˙ b · ˙ Z
42 34 41 bitrdi ⊢ φ → ∃ z z ∈ N ⁡ Z ∧ X = c + ˙ z ↔ ∃ b ∈ K X = c + ˙ b · ˙ Z
43 28 42 bitrid ⊢ φ → ∃ z ∈ N ⁡ Z X = c + ˙ z ↔ ∃ b ∈ K X = c + ˙ b · ˙ Z
44 43 rexbidv ⊢ φ → ∃ c ∈ U ∃ z ∈ N ⁡ Z X = c + ˙ z ↔ ∃ c ∈ U ∃ b ∈ K X = c + ˙ b · ˙ Z
45 27 44 mpbid ⊢ φ → ∃ c ∈ U ∃ b ∈ K X = c + ˙ b · ˙ Z
46 rexcom ⊢ ∃ c ∈ U ∃ b ∈ K X = c + ˙ b · ˙ Z ↔ ∃ b ∈ K ∃ c ∈ U X = c + ˙ b · ˙ Z
47 45 46 sylib ⊢ φ → ∃ b ∈ K ∃ c ∈ U X = c + ˙ b · ˙ Z
48 oveq1 ⊢ c = a → c + ˙ b · ˙ Z = a + ˙ b · ˙ Z
49 48 eqeq2d ⊢ c = a → X = c + ˙ b · ˙ Z ↔ X = a + ˙ b · ˙ Z
50 49 cbvrexvw ⊢ ∃ c ∈ U X = c + ˙ b · ˙ Z ↔ ∃ a ∈ U X = a + ˙ b · ˙ Z
51 eqid ⊢ 0 W = 0 W
52 eqid ⊢ Cntz ⁡ W = Cntz ⁡ W
53 simp11l ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → φ
54 53 21 syl ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → U ∈ SubGrp ⁡ W
55 53 24 syl ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → N ⁡ Z ∈ SubGrp ⁡ W
56 1 51 3 4 5 6 7 8 10 lshpdisj ⊢ φ → U ∩ N ⁡ Z = 0 W
57 53 56 syl ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → U ∩ N ⁡ Z = 0 W
58 53 6 syl ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → W ∈ LVec
59 58 15 syl ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → W ∈ LMod
60 lmodabl ⊢ W ∈ LMod → W ∈ Abel
61 59 60 syl ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → W ∈ Abel
62 52 61 54 55 ablcntzd ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → U ⊆ Cntz ⁡ W ⁡ N ⁡ Z
63 simp12 ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → a ∈ U
64 simp2 ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → c ∈ U
65 simp1rl ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z → b ∈ K
66 65 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → b ∈ K
67 53 8 syl ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → Z ∈ V
68 1 13 11 12 3 59 66 67 ellspsni ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → b · ˙ Z ∈ N ⁡ Z
69 simp1rr ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z → l ∈ K
70 69 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → l ∈ K
71 1 13 11 12 3 59 70 67 ellspsni ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → l · ˙ Z ∈ N ⁡ Z
72 simp13 ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → X = a + ˙ b · ˙ Z
73 simp3 ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → X = c + ˙ l · ˙ Z
74 72 73 eqtr3d ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → a + ˙ b · ˙ Z = c + ˙ l · ˙ Z
75 2 51 52 54 55 57 62 63 64 68 71 74 subgdisj2 ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → b · ˙ Z = l · ˙ Z
76 53 7 syl ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → U ∈ H
77 53 10 syl ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → U ⊕ ˙ N ⁡ Z = V
78 1 3 4 5 51 59 76 67 77 lshpne0 ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → Z ≠ 0 W
79 1 13 11 12 51 58 66 70 67 78 lvecvscan2 ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → b · ˙ Z = l · ˙ Z ↔ b = l
80 75 79 mpbid ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z ∧ c ∈ U ∧ X = c + ˙ l · ˙ Z → b = l
81 80 rexlimdv3a ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K ∧ a ∈ U ∧ X = a + ˙ b · ˙ Z → ∃ c ∈ U X = c + ˙ l · ˙ Z → b = l
82 81 rexlimdv3a ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K → ∃ a ∈ U X = a + ˙ b · ˙ Z → ∃ c ∈ U X = c + ˙ l · ˙ Z → b = l
83 50 82 biimtrid ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K → ∃ c ∈ U X = c + ˙ b · ˙ Z → ∃ c ∈ U X = c + ˙ l · ˙ Z → b = l
84 83 impd ⊢ φ ∧ b ∈ K ∧ l ∈ K → ∃ c ∈ U X = c + ˙ b · ˙ Z ∧ ∃ c ∈ U X = c + ˙ l · ˙ Z → b = l
85 84 ralrimivva ⊢ φ → ∀ b ∈ K ∀ l ∈ K ∃ c ∈ U X = c + ˙ b · ˙ Z ∧ ∃ c ∈ U X = c + ˙ l · ˙ Z → b = l
86 oveq1 ⊢ b = l → b · ˙ Z = l · ˙ Z
87 86 oveq2d ⊢ b = l → c + ˙ b · ˙ Z = c + ˙ l · ˙ Z
88 87 eqeq2d ⊢ b = l → X = c + ˙ b · ˙ Z ↔ X = c + ˙ l · ˙ Z
89 88 rexbidv ⊢ b = l → ∃ c ∈ U X = c + ˙ b · ˙ Z ↔ ∃ c ∈ U X = c + ˙ l · ˙ Z
90 89 reu4 ⊢ ∃! b ∈ K ∃ c ∈ U X = c + ˙ b · ˙ Z ↔ ∃ b ∈ K ∃ c ∈ U X = c + ˙ b · ˙ Z ∧ ∀ b ∈ K ∀ l ∈ K ∃ c ∈ U X = c + ˙ b · ˙ Z ∧ ∃ c ∈ U X = c + ˙ l · ˙ Z → b = l
91 47 85 90 sylanbrc ⊢ φ → ∃! b ∈ K ∃ c ∈ U X = c + ˙ b · ˙ Z
92 oveq1 ⊢ b = k → b · ˙ Z = k · ˙ Z
93 92 oveq2d ⊢ b = k → c + ˙ b · ˙ Z = c + ˙ k · ˙ Z
94 93 eqeq2d ⊢ b = k → X = c + ˙ b · ˙ Z ↔ X = c + ˙ k · ˙ Z
95 94 rexbidv ⊢ b = k → ∃ c ∈ U X = c + ˙ b · ˙ Z ↔ ∃ c ∈ U X = c + ˙ k · ˙ Z
96 95 cbvreuvw ⊢ ∃! b ∈ K ∃ c ∈ U X = c + ˙ b · ˙ Z ↔ ∃! k ∈ K ∃ c ∈ U X = c + ˙ k · ˙ Z
97 oveq1 ⊢ c = y → c + ˙ k · ˙ Z = y + ˙ k · ˙ Z
98 97 eqeq2d ⊢ c = y → X = c + ˙ k · ˙ Z ↔ X = y + ˙ k · ˙ Z
99 98 cbvrexvw ⊢ ∃ c ∈ U X = c + ˙ k · ˙ Z ↔ ∃ y ∈ U X = y + ˙ k · ˙ Z
100 99 reubii ⊢ ∃! k ∈ K ∃ c ∈ U X = c + ˙ k · ˙ Z ↔ ∃! k ∈ K ∃ y ∈ U X = y + ˙ k · ˙ Z
101 96 100 bitri ⊢ ∃! b ∈ K ∃ c ∈ U X = c + ˙ b · ˙ Z ↔ ∃! k ∈ K ∃ y ∈ U X = y + ˙ k · ˙ Z
102 91 101 sylib ⊢ φ → ∃! k ∈ K ∃ y ∈ U X = y + ˙ k · ˙ Z