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Theorem lsmelval2

Description: Subspace sum membership in terms of a sum of 1-dim subspaces (atoms), which can be useful for treating subspaces as projective lattice elements. (Contributed by NM, 9-Aug-2014)

Ref Expression
Hypotheses lsmelval2.v ⊢ V = Base W
lsmelval2.s ⊢ S = LSubSp ⁡ W
lsmelval2.p ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ W
lsmelval2.n ⊢ N = LSpan ⁡ W
lsmelval2.w ⊢ φ → W ∈ LMod
lsmelval2.t ⊢ φ → T ∈ S
lsmelval2.u ⊢ φ → U ∈ S
Assertion lsmelval2 ⊢ φ → X ∈ T ⊕ ˙ U ↔ X ∈ V ∧ ∃ y ∈ T ∃ z ∈ U N ⁡ X ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lsmelval2.v ⊢ V = Base W
2 lsmelval2.s ⊢ S = LSubSp ⁡ W
3 lsmelval2.p ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ W
4 lsmelval2.n ⊢ N = LSpan ⁡ W
5 lsmelval2.w ⊢ φ → W ∈ LMod
6 lsmelval2.t ⊢ φ → T ∈ S
7 lsmelval2.u ⊢ φ → U ∈ S
8 2 lsssubg ⊢ W ∈ LMod ∧ T ∈ S → T ∈ SubGrp ⁡ W
9 5 6 8 syl2anc ⊢ φ → T ∈ SubGrp ⁡ W
10 2 lsssubg ⊢ W ∈ LMod ∧ U ∈ S → U ∈ SubGrp ⁡ W
11 5 7 10 syl2anc ⊢ φ → U ∈ SubGrp ⁡ W
12 eqid ⊢ + W = + W
13 12 3 lsmelval ⊢ T ∈ SubGrp ⁡ W ∧ U ∈ SubGrp ⁡ W → X ∈ T ⊕ ˙ U ↔ ∃ y ∈ T ∃ z ∈ U X = y + W z
14 9 11 13 syl2anc ⊢ φ → X ∈ T ⊕ ˙ U ↔ ∃ y ∈ T ∃ z ∈ U X = y + W z
15 5 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → W ∈ LMod
16 6 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → T ∈ S
17 simprl ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → y ∈ T
18 1 2 lssel ⊢ T ∈ S ∧ y ∈ T → y ∈ V
19 16 17 18 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → y ∈ V
20 1 2 4 lspsncl ⊢ W ∈ LMod ∧ y ∈ V → N ⁡ y ∈ S
21 15 19 20 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → N ⁡ y ∈ S
22 2 lsssubg ⊢ W ∈ LMod ∧ N ⁡ y ∈ S → N ⁡ y ∈ SubGrp ⁡ W
23 15 21 22 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → N ⁡ y ∈ SubGrp ⁡ W
24 7 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → U ∈ S
25 simprr ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → z ∈ U
26 1 2 lssel ⊢ U ∈ S ∧ z ∈ U → z ∈ V
27 24 25 26 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → z ∈ V
28 1 2 4 lspsncl ⊢ W ∈ LMod ∧ z ∈ V → N ⁡ z ∈ S
29 15 27 28 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → N ⁡ z ∈ S
30 2 lsssubg ⊢ W ∈ LMod ∧ N ⁡ z ∈ S → N ⁡ z ∈ SubGrp ⁡ W
31 15 29 30 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → N ⁡ z ∈ SubGrp ⁡ W
32 1 4 lspsnid ⊢ W ∈ LMod ∧ y ∈ V → y ∈ N ⁡ y
33 15 19 32 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → y ∈ N ⁡ y
34 1 4 lspsnid ⊢ W ∈ LMod ∧ z ∈ V → z ∈ N ⁡ z
35 15 27 34 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → z ∈ N ⁡ z
36 12 3 lsmelvali ⊢ N ⁡ y ∈ SubGrp ⁡ W ∧ N ⁡ z ∈ SubGrp ⁡ W ∧ y ∈ N ⁡ y ∧ z ∈ N ⁡ z → y + W z ∈ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z
37 23 31 33 35 36 syl22anc ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → y + W z ∈ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z
38 eleq1a ⊢ y + W z ∈ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z → X = y + W z → X ∈ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z
39 37 38 syl ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → X = y + W z → X ∈ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z
40 2 3 lsmcl ⊢ W ∈ LMod ∧ N ⁡ y ∈ S ∧ N ⁡ z ∈ S → N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z ∈ S
41 15 21 29 40 syl3anc ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z ∈ S
42 1 2 4 15 41 ellspsn6 ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → X ∈ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z ↔ X ∈ V ∧ N ⁡ X ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z
43 39 42 sylibd ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → X = y + W z → X ∈ V ∧ N ⁡ X ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z
44 43 reximdvva ⊢ φ → ∃ y ∈ T ∃ z ∈ U X = y + W z → ∃ y ∈ T ∃ z ∈ U X ∈ V ∧ N ⁡ X ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z
45 14 44 sylbid ⊢ φ → X ∈ T ⊕ ˙ U → ∃ y ∈ T ∃ z ∈ U X ∈ V ∧ N ⁡ X ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z
46 9 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → T ∈ SubGrp ⁡ W
47 2 4 15 16 17 ellspsn5 ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → N ⁡ y ⊆ T
48 3 lsmless1 ⊢ T ∈ SubGrp ⁡ W ∧ N ⁡ z ∈ SubGrp ⁡ W ∧ N ⁡ y ⊆ T → N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z ⊆ T ⊕ ˙ N ⁡ z
49 46 31 47 48 syl3anc ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z ⊆ T ⊕ ˙ N ⁡ z
50 11 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → U ∈ SubGrp ⁡ W
51 2 4 15 24 25 ellspsn5 ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → N ⁡ z ⊆ U
52 3 lsmless2 ⊢ T ∈ SubGrp ⁡ W ∧ U ∈ SubGrp ⁡ W ∧ N ⁡ z ⊆ U → T ⊕ ˙ N ⁡ z ⊆ T ⊕ ˙ U
53 46 50 51 52 syl3anc ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → T ⊕ ˙ N ⁡ z ⊆ T ⊕ ˙ U
54 49 53 sstrd ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z ⊆ T ⊕ ˙ U
55 54 sseld ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → X ∈ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z → X ∈ T ⊕ ˙ U
56 42 55 sylbird ⊢ φ ∧ y ∈ T ∧ z ∈ U → X ∈ V ∧ N ⁡ X ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z → X ∈ T ⊕ ˙ U
57 56 rexlimdvva ⊢ φ → ∃ y ∈ T ∃ z ∈ U X ∈ V ∧ N ⁡ X ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z → X ∈ T ⊕ ˙ U
58 45 57 impbid ⊢ φ → X ∈ T ⊕ ˙ U ↔ ∃ y ∈ T ∃ z ∈ U X ∈ V ∧ N ⁡ X ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z
59 r19.42v ⊢ ∃ z ∈ U X ∈ V ∧ N ⁡ X ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z ↔ X ∈ V ∧ ∃ z ∈ U N ⁡ X ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z
60 59 rexbii ⊢ ∃ y ∈ T ∃ z ∈ U X ∈ V ∧ N ⁡ X ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z ↔ ∃ y ∈ T X ∈ V ∧ ∃ z ∈ U N ⁡ X ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z
61 r19.42v ⊢ ∃ y ∈ T X ∈ V ∧ ∃ z ∈ U N ⁡ X ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z ↔ X ∈ V ∧ ∃ y ∈ T ∃ z ∈ U N ⁡ X ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z
62 60 61 bitri ⊢ ∃ y ∈ T ∃ z ∈ U X ∈ V ∧ N ⁡ X ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z ↔ X ∈ V ∧ ∃ y ∈ T ∃ z ∈ U N ⁡ X ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z
63 58 62 bitrdi ⊢ φ → X ∈ T ⊕ ˙ U ↔ X ∈ V ∧ ∃ y ∈ T ∃ z ∈ U N ⁡ X ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z