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Theorem lspsneq

Description: Equal spans of singletons must have proportional vectors. See lspsnss2 for comparable span version. TODO: can proof be shortened? (Contributed by NM, 21-Mar-2015)

Ref Expression
Hypotheses lspsneq.v ⊢ V = Base W
lspsneq.s ⊢ S = Scalar ⁡ W
lspsneq.k ⊢ K = Base S
lspsneq.o ⊢ 0 ˙ = 0 S
lspsneq.t ⊢ · ˙ = ⋅ W
lspsneq.n ⊢ N = LSpan ⁡ W
lspsneq.w ⊢ φ → W ∈ LVec
lspsneq.x ⊢ φ → X ∈ V
lspsneq.y ⊢ φ → Y ∈ V
Assertion lspsneq ⊢ φ → N ⁡ X = N ⁡ Y ↔ ∃ k ∈ K ∖ 0 ˙ X = k · ˙ Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lspsneq.v ⊢ V = Base W
2 lspsneq.s ⊢ S = Scalar ⁡ W
3 lspsneq.k ⊢ K = Base S
4 lspsneq.o ⊢ 0 ˙ = 0 S
5 lspsneq.t ⊢ · ˙ = ⋅ W
6 lspsneq.n ⊢ N = LSpan ⁡ W
7 lspsneq.w ⊢ φ → W ∈ LVec
8 lspsneq.x ⊢ φ → X ∈ V
9 lspsneq.y ⊢ φ → Y ∈ V
10 lveclmod ⊢ W ∈ LVec → W ∈ LMod
11 7 10 syl ⊢ φ → W ∈ LMod
12 2 lmodring ⊢ W ∈ LMod → S ∈ Ring
13 eqid ⊢ 1 S = 1 S
14 3 13 ringidcl ⊢ S ∈ Ring → 1 S ∈ K
15 11 12 14 3syl ⊢ φ → 1 S ∈ K
16 2 lvecdrng ⊢ W ∈ LVec → S ∈ DivRing
17 4 13 drngunz ⊢ S ∈ DivRing → 1 S ≠ 0 ˙
18 7 16 17 3syl ⊢ φ → 1 S ≠ 0 ˙
19 eldifsn ⊢ 1 S ∈ K ∖ 0 ˙ ↔ 1 S ∈ K ∧ 1 S ≠ 0 ˙
20 15 18 19 sylanbrc ⊢ φ → 1 S ∈ K ∖ 0 ˙
21 20 ad2antrr ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y ∧ Y = 0 W → 1 S ∈ K ∖ 0 ˙
22 eqid ⊢ 0 W = 0 W
23 1 22 lmod0vcl ⊢ W ∈ LMod → 0 W ∈ V
24 1 2 5 13 lmodvs1 ⊢ W ∈ LMod ∧ 0 W ∈ V → 1 S · ˙ 0 W = 0 W
25 11 23 24 syl2anc2 ⊢ φ → 1 S · ˙ 0 W = 0 W
26 25 ad2antrr ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y ∧ Y = 0 W → 1 S · ˙ 0 W = 0 W
27 oveq2 ⊢ Y = 0 W → 1 S · ˙ Y = 1 S · ˙ 0 W
28 27 adantl ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y ∧ Y = 0 W → 1 S · ˙ Y = 1 S · ˙ 0 W
29 11 adantr ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y → W ∈ LMod
30 8 adantr ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y → X ∈ V
31 9 adantr ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y → Y ∈ V
32 simpr ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y → N ⁡ X = N ⁡ Y
33 1 22 6 29 30 31 32 lspsneq0b ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y → X = 0 W ↔ Y = 0 W
34 33 biimpar ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y ∧ Y = 0 W → X = 0 W
35 26 28 34 3eqtr4rd ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y ∧ Y = 0 W → X = 1 S · ˙ Y
36 oveq1 ⊢ j = 1 S → j · ˙ Y = 1 S · ˙ Y
37 36 rspceeqv ⊢ 1 S ∈ K ∖ 0 ˙ ∧ X = 1 S · ˙ Y → ∃ j ∈ K ∖ 0 ˙ X = j · ˙ Y
38 21 35 37 syl2anc ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y ∧ Y = 0 W → ∃ j ∈ K ∖ 0 ˙ X = j · ˙ Y
39 eqimss ⊢ N ⁡ X = N ⁡ Y → N ⁡ X ⊆ N ⁡ Y
40 39 adantl ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y → N ⁡ X ⊆ N ⁡ Y
41 eqid ⊢ LSubSp ⁡ W = LSubSp ⁡ W
42 1 41 6 lspsncl ⊢ W ∈ LMod ∧ Y ∈ V → N ⁡ Y ∈ LSubSp ⁡ W
43 11 9 42 syl2anc ⊢ φ → N ⁡ Y ∈ LSubSp ⁡ W
44 43 adantr ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y → N ⁡ Y ∈ LSubSp ⁡ W
45 1 41 6 29 44 30 ellspsn5b ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y → X ∈ N ⁡ Y ↔ N ⁡ X ⊆ N ⁡ Y
46 40 45 mpbird ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y → X ∈ N ⁡ Y
47 2 3 1 5 6 ellspsn ⊢ W ∈ LMod ∧ Y ∈ V → X ∈ N ⁡ Y ↔ ∃ j ∈ K X = j · ˙ Y
48 29 31 47 syl2anc ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y → X ∈ N ⁡ Y ↔ ∃ j ∈ K X = j · ˙ Y
49 46 48 mpbid ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y → ∃ j ∈ K X = j · ˙ Y
50 49 adantr ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y ∧ Y ≠ 0 W → ∃ j ∈ K X = j · ˙ Y
51 simprl ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y ∧ Y ≠ 0 W ∧ j ∈ K ∧ X = j · ˙ Y → j ∈ K
52 simpr ⊢ j ∈ K ∧ X = j · ˙ Y → X = j · ˙ Y
53 52 adantl ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y ∧ Y ≠ 0 W ∧ j ∈ K ∧ X = j · ˙ Y → X = j · ˙ Y
54 33 biimpd ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y → X = 0 W → Y = 0 W
55 54 necon3d ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y → Y ≠ 0 W → X ≠ 0 W
56 55 imp ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y ∧ Y ≠ 0 W → X ≠ 0 W
57 56 adantr ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y ∧ Y ≠ 0 W ∧ j ∈ K ∧ X = j · ˙ Y → X ≠ 0 W
58 53 57 eqnetrrd ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y ∧ Y ≠ 0 W ∧ j ∈ K ∧ X = j · ˙ Y → j · ˙ Y ≠ 0 W
59 7 adantr ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y → W ∈ LVec
60 59 ad2antrr ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y ∧ Y ≠ 0 W ∧ j ∈ K ∧ X = j · ˙ Y → W ∈ LVec
61 31 ad2antrr ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y ∧ Y ≠ 0 W ∧ j ∈ K ∧ X = j · ˙ Y → Y ∈ V
62 1 5 2 3 4 22 60 51 61 lvecvsn0 ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y ∧ Y ≠ 0 W ∧ j ∈ K ∧ X = j · ˙ Y → j · ˙ Y ≠ 0 W ↔ j ≠ 0 ˙ ∧ Y ≠ 0 W
63 58 62 mpbid ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y ∧ Y ≠ 0 W ∧ j ∈ K ∧ X = j · ˙ Y → j ≠ 0 ˙ ∧ Y ≠ 0 W
64 63 simpld ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y ∧ Y ≠ 0 W ∧ j ∈ K ∧ X = j · ˙ Y → j ≠ 0 ˙
65 eldifsn ⊢ j ∈ K ∖ 0 ˙ ↔ j ∈ K ∧ j ≠ 0 ˙
66 51 64 65 sylanbrc ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y ∧ Y ≠ 0 W ∧ j ∈ K ∧ X = j · ˙ Y → j ∈ K ∖ 0 ˙
67 50 66 53 reximssdv ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y ∧ Y ≠ 0 W → ∃ j ∈ K ∖ 0 ˙ X = j · ˙ Y
68 38 67 pm2.61dane ⊢ φ ∧ N ⁡ X = N ⁡ Y → ∃ j ∈ K ∖ 0 ˙ X = j · ˙ Y
69 68 ex ⊢ φ → N ⁡ X = N ⁡ Y → ∃ j ∈ K ∖ 0 ˙ X = j · ˙ Y
70 7 adantr ⊢ φ ∧ j ∈ K ∖ 0 ˙ → W ∈ LVec
71 eldifi ⊢ j ∈ K ∖ 0 ˙ → j ∈ K
72 71 adantl ⊢ φ ∧ j ∈ K ∖ 0 ˙ → j ∈ K
73 eldifsni ⊢ j ∈ K ∖ 0 ˙ → j ≠ 0 ˙
74 73 adantl ⊢ φ ∧ j ∈ K ∖ 0 ˙ → j ≠ 0 ˙
75 9 adantr ⊢ φ ∧ j ∈ K ∖ 0 ˙ → Y ∈ V
76 1 2 5 3 4 6 lspsnvs ⊢ W ∈ LVec ∧ j ∈ K ∧ j ≠ 0 ˙ ∧ Y ∈ V → N ⁡ j · ˙ Y = N ⁡ Y
77 70 72 74 75 76 syl121anc ⊢ φ ∧ j ∈ K ∖ 0 ˙ → N ⁡ j · ˙ Y = N ⁡ Y
78 77 ex ⊢ φ → j ∈ K ∖ 0 ˙ → N ⁡ j · ˙ Y = N ⁡ Y
79 sneq ⊢ X = j · ˙ Y → X = j · ˙ Y
80 79 fveqeq2d ⊢ X = j · ˙ Y → N ⁡ X = N ⁡ Y ↔ N ⁡ j · ˙ Y = N ⁡ Y
81 80 biimprcd ⊢ N ⁡ j · ˙ Y = N ⁡ Y → X = j · ˙ Y → N ⁡ X = N ⁡ Y
82 78 81 syl6 ⊢ φ → j ∈ K ∖ 0 ˙ → X = j · ˙ Y → N ⁡ X = N ⁡ Y
83 82 rexlimdv ⊢ φ → ∃ j ∈ K ∖ 0 ˙ X = j · ˙ Y → N ⁡ X = N ⁡ Y
84 69 83 impbid ⊢ φ → N ⁡ X = N ⁡ Y ↔ ∃ j ∈ K ∖ 0 ˙ X = j · ˙ Y
85 oveq1 ⊢ j = k → j · ˙ Y = k · ˙ Y
86 85 eqeq2d ⊢ j = k → X = j · ˙ Y ↔ X = k · ˙ Y
87 86 cbvrexvw ⊢ ∃ j ∈ K ∖ 0 ˙ X = j · ˙ Y ↔ ∃ k ∈ K ∖ 0 ˙ X = k · ˙ Y
88 84 87 bitrdi ⊢ φ → N ⁡ X = N ⁡ Y ↔ ∃ k ∈ K ∖ 0 ˙ X = k · ˙ Y