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Theorem prjspeclsp

Description: The vectors equivalent to a vector X are the nonzero vectors in the span of X . (Contributed by Steven Nguyen, 6-Jun-2023)

Ref Expression
Hypotheses prjsprel.1 ⊢ ∼ ˙ = x y | x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y
prjspertr.b ⊢ B = Base V ∖ 0 V
prjspertr.s ⊢ S = Scalar ⁡ V
prjspertr.x ⊢ · ˙ = ⋅ V
prjspertr.k ⊢ K = Base S
prjsprellsp.n ⊢ N = LSpan ⁡ V
Assertion prjspeclsp ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → X ∼ ˙ = N ⁡ X ∖ 0 V

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 prjsprel.1 ⊢ ∼ ˙ = x y | x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y
2 prjspertr.b ⊢ B = Base V ∖ 0 V
3 prjspertr.s ⊢ S = Scalar ⁡ V
4 prjspertr.x ⊢ · ˙ = ⋅ V
5 prjspertr.k ⊢ K = Base S
6 prjsprellsp.n ⊢ N = LSpan ⁡ V
7 1 cnveqi ⊢ ∼ ˙ -1 = x y | x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y -1
8 cnvopab ⊢ x y | x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y -1 = y x | x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y
9 7 8 eqtri ⊢ ∼ ˙ -1 = y x | x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y
10 9 eceq2i ⊢ X ∼ ˙ -1 = X y x | x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y
11 df-ec ⊢ X y x | x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y = y x | x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y X
12 11 a1i ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → X y x | x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y = y x | x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y X
13 imaopab ⊢ y x | x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y X = x | ∃ y ∈ X x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y
14 13 a1i ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → y x | x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y X = x | ∃ y ∈ X x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y
15 df-rex ⊢ ∃ y ∈ X x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y ↔ ∃ y y ∈ X ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y
16 velsn ⊢ y ∈ X ↔ y = X
17 16 anbi1i ⊢ y ∈ X ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y ↔ y = X ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y
18 eleq1 ⊢ y = X → y ∈ B ↔ X ∈ B
19 18 anbi2d ⊢ y = X → x ∈ B ∧ y ∈ B ↔ x ∈ B ∧ X ∈ B
20 oveq2 ⊢ y = X → l · ˙ y = l · ˙ X
21 20 eqeq2d ⊢ y = X → x = l · ˙ y ↔ x = l · ˙ X
22 21 rexbidv ⊢ y = X → ∃ l ∈ K x = l · ˙ y ↔ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
23 19 22 anbi12d ⊢ y = X → x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y ↔ x ∈ B ∧ X ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
24 23 pm5.32i ⊢ y = X ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y ↔ y = X ∧ x ∈ B ∧ X ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
25 17 24 bitri ⊢ y ∈ X ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y ↔ y = X ∧ x ∈ B ∧ X ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
26 25 exbii ⊢ ∃ y y ∈ X ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y ↔ ∃ y y = X ∧ x ∈ B ∧ X ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
27 19.41v ⊢ ∃ y y = X ∧ x ∈ B ∧ X ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X ↔ ∃ y y = X ∧ x ∈ B ∧ X ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
28 elisset ⊢ X ∈ B → ∃ y y = X
29 28 ad2antlr ⊢ x ∈ B ∧ X ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X → ∃ y y = X
30 29 pm4.71ri ⊢ x ∈ B ∧ X ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X ↔ ∃ y y = X ∧ x ∈ B ∧ X ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
31 27 30 bitr4i ⊢ ∃ y y = X ∧ x ∈ B ∧ X ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X ↔ x ∈ B ∧ X ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
32 15 26 31 3bitri ⊢ ∃ y ∈ X x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y ↔ x ∈ B ∧ X ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
33 32 abbii ⊢ x | ∃ y ∈ X x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y = x | x ∈ B ∧ X ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
34 iba ⊢ X ∈ B → x ∈ B ↔ x ∈ B ∧ X ∈ B
35 34 bicomd ⊢ X ∈ B → x ∈ B ∧ X ∈ B ↔ x ∈ B
36 35 anbi1d ⊢ X ∈ B → x ∈ B ∧ X ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X ↔ x ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
37 36 abbidv ⊢ X ∈ B → x | x ∈ B ∧ X ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X = x | x ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
38 33 37 eqtrid ⊢ X ∈ B → x | ∃ y ∈ X x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y = x | x ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
39 38 adantl ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → x | ∃ y ∈ X x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y = x | x ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
40 12 14 39 3eqtrd ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → X y x | x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ y = x | x ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
41 10 40 eqtrid ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → X ∼ ˙ -1 = x | x ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
42 df-rab ⊢ x ∈ B | ∃ l ∈ K x = l · ˙ X = x | x ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
43 42 a1i ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → x ∈ B | ∃ l ∈ K x = l · ˙ X = x | x ∈ B ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
44 2 rabeqi ⊢ x ∈ B | ∃ l ∈ K x = l · ˙ X = x ∈ Base V ∖ 0 V | ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
45 rabdif ⊢ x ∈ Base V | ∃ l ∈ K x = l · ˙ X ∖ 0 V = x ∈ Base V ∖ 0 V | ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
46 45 a1i ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → x ∈ Base V | ∃ l ∈ K x = l · ˙ X ∖ 0 V = x ∈ Base V ∖ 0 V | ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
47 44 46 eqtr4id ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → x ∈ B | ∃ l ∈ K x = l · ˙ X = x ∈ Base V | ∃ l ∈ K x = l · ˙ X ∖ 0 V
48 41 43 47 3eqtr2d ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → X ∼ ˙ -1 = x ∈ Base V | ∃ l ∈ K x = l · ˙ X ∖ 0 V
49 1 2 3 4 5 prjsper ⊢ V ∈ LVec → ∼ ˙ Er B
50 49 adantr ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → ∼ ˙ Er B
51 ercnv ⊢ ∼ ˙ Er B → ∼ ˙ -1 = ∼ ˙
52 51 eqcomd ⊢ ∼ ˙ Er B → ∼ ˙ = ∼ ˙ -1
53 50 52 syl ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → ∼ ˙ = ∼ ˙ -1
54 53 eceq2d ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → X ∼ ˙ = X ∼ ˙ -1
55 lveclmod ⊢ V ∈ LVec → V ∈ LMod
56 difss ⊢ Base V ∖ 0 V ⊆ Base V
57 2 56 eqsstri ⊢ B ⊆ Base V
58 57 sseli ⊢ X ∈ B → X ∈ Base V
59 eqid ⊢ Base V = Base V
60 3 5 59 4 6 lspsn ⊢ V ∈ LMod ∧ X ∈ Base V → N ⁡ X = x | ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
61 55 58 60 syl2an ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → N ⁡ X = x | ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
62 simpr ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B ∧ l ∈ K ∧ x = l · ˙ X → x = l · ˙ X
63 55 adantr ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → V ∈ LMod
64 63 adantr ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B ∧ l ∈ K → V ∈ LMod
65 simpr ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B ∧ l ∈ K → l ∈ K
66 58 ad2antlr ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B ∧ l ∈ K → X ∈ Base V
67 59 3 4 5 64 65 66 lmodvscld ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B ∧ l ∈ K → l · ˙ X ∈ Base V
68 67 adantr ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B ∧ l ∈ K ∧ x = l · ˙ X → l · ˙ X ∈ Base V
69 62 68 eqeltrd ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B ∧ l ∈ K ∧ x = l · ˙ X → x ∈ Base V
70 69 rexlimdva2 ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → ∃ l ∈ K x = l · ˙ X → x ∈ Base V
71 70 pm4.71rd ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → ∃ l ∈ K x = l · ˙ X ↔ x ∈ Base V ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
72 71 abbidv ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → x | ∃ l ∈ K x = l · ˙ X = x | x ∈ Base V ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
73 df-rab ⊢ x ∈ Base V | ∃ l ∈ K x = l · ˙ X = x | x ∈ Base V ∧ ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
74 72 73 eqtr4di ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → x | ∃ l ∈ K x = l · ˙ X = x ∈ Base V | ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
75 61 74 eqtrd ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → N ⁡ X = x ∈ Base V | ∃ l ∈ K x = l · ˙ X
76 75 difeq1d ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → N ⁡ X ∖ 0 V = x ∈ Base V | ∃ l ∈ K x = l · ˙ X ∖ 0 V
77 48 54 76 3eqtr4d ⊢ V ∈ LVec ∧ X ∈ B → X ∼ ˙ = N ⁡ X ∖ 0 V