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Theorem lsmspsn

Description: Member of subspace sum of spans of singletons. (Contributed by NM, 8-Apr-2015)

Ref Expression
Hypotheses lsmspsn.v ⊢ V = Base W
lsmspsn.a ⊢ + ˙ = + W
lsmspsn.f ⊢ F = Scalar ⁡ W
lsmspsn.k ⊢ K = Base F
lsmspsn.t ⊢ · ˙ = ⋅ W
lsmspsn.p ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ W
lsmspsn.n ⊢ N = LSpan ⁡ W
lsmspsn.w ⊢ φ → W ∈ LMod
lsmspsn.x ⊢ φ → X ∈ V
lsmspsn.y ⊢ φ → Y ∈ V
Assertion lsmspsn ⊢ φ → U ∈ N ⁡ X ⊕ ˙ N ⁡ Y ↔ ∃ j ∈ K ∃ k ∈ K U = j · ˙ X + ˙ k · ˙ Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lsmspsn.v ⊢ V = Base W
2 lsmspsn.a ⊢ + ˙ = + W
3 lsmspsn.f ⊢ F = Scalar ⁡ W
4 lsmspsn.k ⊢ K = Base F
5 lsmspsn.t ⊢ · ˙ = ⋅ W
6 lsmspsn.p ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ W
7 lsmspsn.n ⊢ N = LSpan ⁡ W
8 lsmspsn.w ⊢ φ → W ∈ LMod
9 lsmspsn.x ⊢ φ → X ∈ V
10 lsmspsn.y ⊢ φ → Y ∈ V
11 1 7 lspsnsubg ⊢ W ∈ LMod ∧ X ∈ V → N ⁡ X ∈ SubGrp ⁡ W
12 8 9 11 syl2anc ⊢ φ → N ⁡ X ∈ SubGrp ⁡ W
13 1 7 lspsnsubg ⊢ W ∈ LMod ∧ Y ∈ V → N ⁡ Y ∈ SubGrp ⁡ W
14 8 10 13 syl2anc ⊢ φ → N ⁡ Y ∈ SubGrp ⁡ W
15 2 6 lsmelval ⊢ N ⁡ X ∈ SubGrp ⁡ W ∧ N ⁡ Y ∈ SubGrp ⁡ W → U ∈ N ⁡ X ⊕ ˙ N ⁡ Y ↔ ∃ v ∈ N ⁡ X ∃ w ∈ N ⁡ Y U = v + ˙ w
16 12 14 15 syl2anc ⊢ φ → U ∈ N ⁡ X ⊕ ˙ N ⁡ Y ↔ ∃ v ∈ N ⁡ X ∃ w ∈ N ⁡ Y U = v + ˙ w
17 3 4 1 5 7 ellspsn ⊢ W ∈ LMod ∧ X ∈ V → v ∈ N ⁡ X ↔ ∃ j ∈ K v = j · ˙ X
18 8 9 17 syl2anc ⊢ φ → v ∈ N ⁡ X ↔ ∃ j ∈ K v = j · ˙ X
19 3 4 1 5 7 ellspsn ⊢ W ∈ LMod ∧ Y ∈ V → w ∈ N ⁡ Y ↔ ∃ k ∈ K w = k · ˙ Y
20 8 10 19 syl2anc ⊢ φ → w ∈ N ⁡ Y ↔ ∃ k ∈ K w = k · ˙ Y
21 18 20 anbi12d ⊢ φ → v ∈ N ⁡ X ∧ w ∈ N ⁡ Y ↔ ∃ j ∈ K v = j · ˙ X ∧ ∃ k ∈ K w = k · ˙ Y
22 21 biimpa ⊢ φ ∧ v ∈ N ⁡ X ∧ w ∈ N ⁡ Y → ∃ j ∈ K v = j · ˙ X ∧ ∃ k ∈ K w = k · ˙ Y
23 22 biantrurd ⊢ φ ∧ v ∈ N ⁡ X ∧ w ∈ N ⁡ Y → U = v + ˙ w ↔ ∃ j ∈ K v = j · ˙ X ∧ ∃ k ∈ K w = k · ˙ Y ∧ U = v + ˙ w
24 r19.41v ⊢ ∃ k ∈ K v = j · ˙ X ∧ w = k · ˙ Y ∧ U = v + ˙ w ↔ ∃ k ∈ K v = j · ˙ X ∧ w = k · ˙ Y ∧ U = v + ˙ w
25 24 rexbii ⊢ ∃ j ∈ K ∃ k ∈ K v = j · ˙ X ∧ w = k · ˙ Y ∧ U = v + ˙ w ↔ ∃ j ∈ K ∃ k ∈ K v = j · ˙ X ∧ w = k · ˙ Y ∧ U = v + ˙ w
26 r19.41v ⊢ ∃ j ∈ K ∃ k ∈ K v = j · ˙ X ∧ w = k · ˙ Y ∧ U = v + ˙ w ↔ ∃ j ∈ K ∃ k ∈ K v = j · ˙ X ∧ w = k · ˙ Y ∧ U = v + ˙ w
27 reeanv ⊢ ∃ j ∈ K ∃ k ∈ K v = j · ˙ X ∧ w = k · ˙ Y ↔ ∃ j ∈ K v = j · ˙ X ∧ ∃ k ∈ K w = k · ˙ Y
28 27 anbi1i ⊢ ∃ j ∈ K ∃ k ∈ K v = j · ˙ X ∧ w = k · ˙ Y ∧ U = v + ˙ w ↔ ∃ j ∈ K v = j · ˙ X ∧ ∃ k ∈ K w = k · ˙ Y ∧ U = v + ˙ w
29 25 26 28 3bitrri ⊢ ∃ j ∈ K v = j · ˙ X ∧ ∃ k ∈ K w = k · ˙ Y ∧ U = v + ˙ w ↔ ∃ j ∈ K ∃ k ∈ K v = j · ˙ X ∧ w = k · ˙ Y ∧ U = v + ˙ w
30 23 29 bitrdi ⊢ φ ∧ v ∈ N ⁡ X ∧ w ∈ N ⁡ Y → U = v + ˙ w ↔ ∃ j ∈ K ∃ k ∈ K v = j · ˙ X ∧ w = k · ˙ Y ∧ U = v + ˙ w
31 30 2rexbidva ⊢ φ → ∃ v ∈ N ⁡ X ∃ w ∈ N ⁡ Y U = v + ˙ w ↔ ∃ v ∈ N ⁡ X ∃ w ∈ N ⁡ Y ∃ j ∈ K ∃ k ∈ K v = j · ˙ X ∧ w = k · ˙ Y ∧ U = v + ˙ w
32 rexrot4 ⊢ ∃ v ∈ N ⁡ X ∃ w ∈ N ⁡ Y ∃ j ∈ K ∃ k ∈ K v = j · ˙ X ∧ w = k · ˙ Y ∧ U = v + ˙ w ↔ ∃ j ∈ K ∃ k ∈ K ∃ v ∈ N ⁡ X ∃ w ∈ N ⁡ Y v = j · ˙ X ∧ w = k · ˙ Y ∧ U = v + ˙ w
33 31 32 bitrdi ⊢ φ → ∃ v ∈ N ⁡ X ∃ w ∈ N ⁡ Y U = v + ˙ w ↔ ∃ j ∈ K ∃ k ∈ K ∃ v ∈ N ⁡ X ∃ w ∈ N ⁡ Y v = j · ˙ X ∧ w = k · ˙ Y ∧ U = v + ˙ w
34 8 adantr ⊢ φ ∧ j ∈ K ∧ k ∈ K → W ∈ LMod
35 simprl ⊢ φ ∧ j ∈ K ∧ k ∈ K → j ∈ K
36 9 adantr ⊢ φ ∧ j ∈ K ∧ k ∈ K → X ∈ V
37 1 5 3 4 7 34 35 36 ellspsni ⊢ φ ∧ j ∈ K ∧ k ∈ K → j · ˙ X ∈ N ⁡ X
38 simprr ⊢ φ ∧ j ∈ K ∧ k ∈ K → k ∈ K
39 10 adantr ⊢ φ ∧ j ∈ K ∧ k ∈ K → Y ∈ V
40 1 5 3 4 7 34 38 39 ellspsni ⊢ φ ∧ j ∈ K ∧ k ∈ K → k · ˙ Y ∈ N ⁡ Y
41 oveq1 ⊢ v = j · ˙ X → v + ˙ w = j · ˙ X + ˙ w
42 41 eqeq2d ⊢ v = j · ˙ X → U = v + ˙ w ↔ U = j · ˙ X + ˙ w
43 oveq2 ⊢ w = k · ˙ Y → j · ˙ X + ˙ w = j · ˙ X + ˙ k · ˙ Y
44 43 eqeq2d ⊢ w = k · ˙ Y → U = j · ˙ X + ˙ w ↔ U = j · ˙ X + ˙ k · ˙ Y
45 42 44 ceqsrex2v ⊢ j · ˙ X ∈ N ⁡ X ∧ k · ˙ Y ∈ N ⁡ Y → ∃ v ∈ N ⁡ X ∃ w ∈ N ⁡ Y v = j · ˙ X ∧ w = k · ˙ Y ∧ U = v + ˙ w ↔ U = j · ˙ X + ˙ k · ˙ Y
46 37 40 45 syl2anc ⊢ φ ∧ j ∈ K ∧ k ∈ K → ∃ v ∈ N ⁡ X ∃ w ∈ N ⁡ Y v = j · ˙ X ∧ w = k · ˙ Y ∧ U = v + ˙ w ↔ U = j · ˙ X + ˙ k · ˙ Y
47 46 2rexbidva ⊢ φ → ∃ j ∈ K ∃ k ∈ K ∃ v ∈ N ⁡ X ∃ w ∈ N ⁡ Y v = j · ˙ X ∧ w = k · ˙ Y ∧ U = v + ˙ w ↔ ∃ j ∈ K ∃ k ∈ K U = j · ˙ X + ˙ k · ˙ Y
48 16 33 47 3bitrd ⊢ φ → U ∈ N ⁡ X ⊕ ˙ N ⁡ Y ↔ ∃ j ∈ K ∃ k ∈ K U = j · ˙ X + ˙ k · ˙ Y