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Theorem pjthlem2

Description: Lemma for pjth . (Contributed by NM, 10-Oct-1999) (Revised by Mario Carneiro, 15-May-2014)

Ref Expression
Hypotheses pjthlem.v ⊢ V = Base W
pjthlem.n ⊢ N = norm ⁡ W
pjthlem.p ⊢ + ˙ = + W
pjthlem.m ⊢ - ˙ = - W
pjthlem.h ⊢ , ˙ = ⋅ 𝑖 ⁡ W
pjthlem.l ⊢ L = LSubSp ⁡ W
pjthlem.1 ⊢ φ → W ∈ ℂHil
pjthlem.2 ⊢ φ → U ∈ L
pjthlem.4 ⊢ φ → A ∈ V
pjthlem.j ⊢ J = TopOpen ⁡ W
pjthlem.s ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ W
pjthlem.o ⊢ O = ocv ⁡ W
pjthlem.3 ⊢ φ → U ∈ Clsd ⁡ J
Assertion pjthlem2 ⊢ φ → A ∈ U ⊕ ˙ O ⁡ U

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pjthlem.v ⊢ V = Base W
2 pjthlem.n ⊢ N = norm ⁡ W
3 pjthlem.p ⊢ + ˙ = + W
4 pjthlem.m ⊢ - ˙ = - W
5 pjthlem.h ⊢ , ˙ = ⋅ 𝑖 ⁡ W
6 pjthlem.l ⊢ L = LSubSp ⁡ W
7 pjthlem.1 ⊢ φ → W ∈ ℂHil
8 pjthlem.2 ⊢ φ → U ∈ L
9 pjthlem.4 ⊢ φ → A ∈ V
10 pjthlem.j ⊢ J = TopOpen ⁡ W
11 pjthlem.s ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ W
12 pjthlem.o ⊢ O = ocv ⁡ W
13 pjthlem.3 ⊢ φ → U ∈ Clsd ⁡ J
14 hlcph ⊢ W ∈ ℂHil → W ∈ CPreHil
15 7 14 syl ⊢ φ → W ∈ CPreHil
16 8 6 eleqtrdi ⊢ φ → U ∈ LSubSp ⁡ W
17 hlcms ⊢ W ∈ ℂHil → W ∈ CMetSp
18 7 17 syl ⊢ φ → W ∈ CMetSp
19 1 6 lssss ⊢ U ∈ L → U ⊆ V
20 8 19 syl ⊢ φ → U ⊆ V
21 eqid ⊢ W ↾ 𝑠 U = W ↾ 𝑠 U
22 21 1 10 cmsss ⊢ W ∈ CMetSp ∧ U ⊆ V → W ↾ 𝑠 U ∈ CMetSp ↔ U ∈ Clsd ⁡ J
23 18 20 22 syl2anc ⊢ φ → W ↾ 𝑠 U ∈ CMetSp ↔ U ∈ Clsd ⁡ J
24 13 23 mpbird ⊢ φ → W ↾ 𝑠 U ∈ CMetSp
25 1 4 2 15 16 24 9 minvec ⊢ φ → ∃! x ∈ U ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y
26 reurex ⊢ ∃! x ∈ U ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → ∃ x ∈ U ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y
27 25 26 syl ⊢ φ → ∃ x ∈ U ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y
28 15 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → W ∈ CPreHil
29 cphlmod ⊢ W ∈ CPreHil → W ∈ LMod
30 28 29 syl ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → W ∈ LMod
31 lmodabl ⊢ W ∈ LMod → W ∈ Abel
32 30 31 syl ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → W ∈ Abel
33 8 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → U ∈ L
34 33 19 syl ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → U ⊆ V
35 simprl ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → x ∈ U
36 34 35 sseldd ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → x ∈ V
37 9 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → A ∈ V
38 1 3 4 ablpncan3 ⊢ W ∈ Abel ∧ x ∈ V ∧ A ∈ V → x + ˙ A - ˙ x = A
39 32 36 37 38 syl12anc ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → x + ˙ A - ˙ x = A
40 6 lsssssubg ⊢ W ∈ LMod → L ⊆ SubGrp ⁡ W
41 30 40 syl ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → L ⊆ SubGrp ⁡ W
42 41 33 sseldd ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → U ∈ SubGrp ⁡ W
43 cphphl ⊢ W ∈ CPreHil → W ∈ PreHil
44 28 43 syl ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → W ∈ PreHil
45 1 12 6 ocvlss ⊢ W ∈ PreHil ∧ U ⊆ V → O ⁡ U ∈ L
46 44 34 45 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → O ⁡ U ∈ L
47 41 46 sseldd ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → O ⁡ U ∈ SubGrp ⁡ W
48 1 4 lmodvsubcl ⊢ W ∈ LMod ∧ A ∈ V ∧ x ∈ V → A - ˙ x ∈ V
49 30 37 36 48 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → A - ˙ x ∈ V
50 7 ad2antrr ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ z ∈ U → W ∈ ℂHil
51 33 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ z ∈ U → U ∈ L
52 49 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ z ∈ U → A - ˙ x ∈ V
53 simpr ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ z ∈ U → z ∈ U
54 oveq2 ⊢ y = w + ˙ x → A - ˙ y = A - ˙ w + ˙ x
55 54 fveq2d ⊢ y = w + ˙ x → N ⁡ A - ˙ y = N ⁡ A - ˙ w + ˙ x
56 55 breq2d ⊢ y = w + ˙ x → N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ↔ N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ w + ˙ x
57 simplrr ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ w ∈ U → ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y
58 30 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ w ∈ U → W ∈ LMod
59 33 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ w ∈ U → U ∈ L
60 simpr ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ w ∈ U → w ∈ U
61 35 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ w ∈ U → x ∈ U
62 3 6 lssvacl ⊢ W ∈ LMod ∧ U ∈ L ∧ w ∈ U ∧ x ∈ U → w + ˙ x ∈ U
63 58 59 60 61 62 syl22anc ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ w ∈ U → w + ˙ x ∈ U
64 56 57 63 rspcdva ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ w ∈ U → N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ w + ˙ x
65 lmodgrp ⊢ W ∈ LMod → W ∈ Grp
66 30 65 syl ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → W ∈ Grp
67 66 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ w ∈ U → W ∈ Grp
68 37 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ w ∈ U → A ∈ V
69 36 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ w ∈ U → x ∈ V
70 34 sselda ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ w ∈ U → w ∈ V
71 1 3 4 grpsubsub4 ⊢ W ∈ Grp ∧ A ∈ V ∧ x ∈ V ∧ w ∈ V → A - ˙ x - ˙ w = A - ˙ w + ˙ x
72 67 68 69 70 71 syl13anc ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ w ∈ U → A - ˙ x - ˙ w = A - ˙ w + ˙ x
73 72 fveq2d ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ w ∈ U → N ⁡ A - ˙ x - ˙ w = N ⁡ A - ˙ w + ˙ x
74 64 73 breqtrrd ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ w ∈ U → N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ x - ˙ w
75 74 ralrimiva ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → ∀ w ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ x - ˙ w
76 75 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ z ∈ U → ∀ w ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ x - ˙ w
77 eqid ⊢ A - ˙ x , ˙ z z , ˙ z + 1 = A - ˙ x , ˙ z z , ˙ z + 1
78 1 2 3 4 5 6 50 51 52 53 76 77 pjthlem1 ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ z ∈ U → A - ˙ x , ˙ z = 0
79 28 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ z ∈ U → W ∈ CPreHil
80 cphclm ⊢ W ∈ CPreHil → W ∈ CMod
81 79 80 syl ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ z ∈ U → W ∈ CMod
82 eqid ⊢ Scalar ⁡ W = Scalar ⁡ W
83 82 clm0 ⊢ W ∈ CMod → 0 = 0 Scalar ⁡ W
84 81 83 syl ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ z ∈ U → 0 = 0 Scalar ⁡ W
85 78 84 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y ∧ z ∈ U → A - ˙ x , ˙ z = 0 Scalar ⁡ W
86 85 ralrimiva ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → ∀ z ∈ U A - ˙ x , ˙ z = 0 Scalar ⁡ W
87 eqid ⊢ 0 Scalar ⁡ W = 0 Scalar ⁡ W
88 1 5 82 87 12 elocv ⊢ A - ˙ x ∈ O ⁡ U ↔ U ⊆ V ∧ A - ˙ x ∈ V ∧ ∀ z ∈ U A - ˙ x , ˙ z = 0 Scalar ⁡ W
89 34 49 86 88 syl3anbrc ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → A - ˙ x ∈ O ⁡ U
90 3 11 lsmelvali ⊢ U ∈ SubGrp ⁡ W ∧ O ⁡ U ∈ SubGrp ⁡ W ∧ x ∈ U ∧ A - ˙ x ∈ O ⁡ U → x + ˙ A - ˙ x ∈ U ⊕ ˙ O ⁡ U
91 42 47 35 89 90 syl22anc ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → x + ˙ A - ˙ x ∈ U ⊕ ˙ O ⁡ U
92 39 91 eqeltrrd ⊢ φ ∧ x ∈ U ∧ ∀ y ∈ U N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y → A ∈ U ⊕ ˙ O ⁡ U
93 27 92 rexlimddv ⊢ φ → A ∈ U ⊕ ˙ O ⁡ U