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Theorem spanuni

Description: The span of a union is the subspace sum of spans. (Contributed by NM, 2-Jun-2004) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypotheses spanun.1 ⊢ A ⊆ ℋ
spanun.2 ⊢ B ⊆ ℋ
Assertion spanuni ⊢ span ⁡ A ∪ B = span ⁡ A + ℋ span ⁡ B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 spanun.1 ⊢ A ⊆ ℋ
2 spanun.2 ⊢ B ⊆ ℋ
3 spancl ⊢ A ⊆ ℋ → span ⁡ A ∈ S ℋ
4 1 3 ax-mp ⊢ span ⁡ A ∈ S ℋ
5 spancl ⊢ B ⊆ ℋ → span ⁡ B ∈ S ℋ
6 2 5 ax-mp ⊢ span ⁡ B ∈ S ℋ
7 4 6 shscli ⊢ span ⁡ A + ℋ span ⁡ B ∈ S ℋ
8 7 shssii ⊢ span ⁡ A + ℋ span ⁡ B ⊆ ℋ
9 spanss2 ⊢ A ⊆ ℋ → A ⊆ span ⁡ A
10 1 9 ax-mp ⊢ A ⊆ span ⁡ A
11 spanss2 ⊢ B ⊆ ℋ → B ⊆ span ⁡ B
12 2 11 ax-mp ⊢ B ⊆ span ⁡ B
13 unss12 ⊢ A ⊆ span ⁡ A ∧ B ⊆ span ⁡ B → A ∪ B ⊆ span ⁡ A ∪ span ⁡ B
14 10 12 13 mp2an ⊢ A ∪ B ⊆ span ⁡ A ∪ span ⁡ B
15 4 6 shunssi ⊢ span ⁡ A ∪ span ⁡ B ⊆ span ⁡ A + ℋ span ⁡ B
16 14 15 sstri ⊢ A ∪ B ⊆ span ⁡ A + ℋ span ⁡ B
17 spanss ⊢ span ⁡ A + ℋ span ⁡ B ⊆ ℋ ∧ A ∪ B ⊆ span ⁡ A + ℋ span ⁡ B → span ⁡ A ∪ B ⊆ span ⁡ span ⁡ A + ℋ span ⁡ B
18 8 16 17 mp2an ⊢ span ⁡ A ∪ B ⊆ span ⁡ span ⁡ A + ℋ span ⁡ B
19 spanid ⊢ span ⁡ A + ℋ span ⁡ B ∈ S ℋ → span ⁡ span ⁡ A + ℋ span ⁡ B = span ⁡ A + ℋ span ⁡ B
20 7 19 ax-mp ⊢ span ⁡ span ⁡ A + ℋ span ⁡ B = span ⁡ A + ℋ span ⁡ B
21 18 20 sseqtri ⊢ span ⁡ A ∪ B ⊆ span ⁡ A + ℋ span ⁡ B
22 4 6 shseli ⊢ x ∈ span ⁡ A + ℋ span ⁡ B ↔ ∃ z ∈ span ⁡ A ∃ w ∈ span ⁡ B x = z + ℎ w
23 r2ex ⊢ ∃ z ∈ span ⁡ A ∃ w ∈ span ⁡ B x = z + ℎ w ↔ ∃ z ∃ w z ∈ span ⁡ A ∧ w ∈ span ⁡ B ∧ x = z + ℎ w
24 22 23 bitri ⊢ x ∈ span ⁡ A + ℋ span ⁡ B ↔ ∃ z ∃ w z ∈ span ⁡ A ∧ w ∈ span ⁡ B ∧ x = z + ℎ w
25 vex ⊢ z ∈ V
26 25 elspani ⊢ A ⊆ ℋ → z ∈ span ⁡ A ↔ ∀ y ∈ S ℋ A ⊆ y → z ∈ y
27 1 26 ax-mp ⊢ z ∈ span ⁡ A ↔ ∀ y ∈ S ℋ A ⊆ y → z ∈ y
28 vex ⊢ w ∈ V
29 28 elspani ⊢ B ⊆ ℋ → w ∈ span ⁡ B ↔ ∀ y ∈ S ℋ B ⊆ y → w ∈ y
30 2 29 ax-mp ⊢ w ∈ span ⁡ B ↔ ∀ y ∈ S ℋ B ⊆ y → w ∈ y
31 27 30 anbi12i ⊢ z ∈ span ⁡ A ∧ w ∈ span ⁡ B ↔ ∀ y ∈ S ℋ A ⊆ y → z ∈ y ∧ ∀ y ∈ S ℋ B ⊆ y → w ∈ y
32 r19.26 ⊢ ∀ y ∈ S ℋ A ⊆ y → z ∈ y ∧ B ⊆ y → w ∈ y ↔ ∀ y ∈ S ℋ A ⊆ y → z ∈ y ∧ ∀ y ∈ S ℋ B ⊆ y → w ∈ y
33 31 32 bitr4i ⊢ z ∈ span ⁡ A ∧ w ∈ span ⁡ B ↔ ∀ y ∈ S ℋ A ⊆ y → z ∈ y ∧ B ⊆ y → w ∈ y
34 r19.27v ⊢ ∀ y ∈ S ℋ A ⊆ y → z ∈ y ∧ B ⊆ y → w ∈ y ∧ x = z + ℎ w → ∀ y ∈ S ℋ A ⊆ y → z ∈ y ∧ B ⊆ y → w ∈ y ∧ x = z + ℎ w
35 33 34 sylanb ⊢ z ∈ span ⁡ A ∧ w ∈ span ⁡ B ∧ x = z + ℎ w → ∀ y ∈ S ℋ A ⊆ y → z ∈ y ∧ B ⊆ y → w ∈ y ∧ x = z + ℎ w
36 unss ⊢ A ⊆ y ∧ B ⊆ y ↔ A ∪ B ⊆ y
37 anim12 ⊢ A ⊆ y → z ∈ y ∧ B ⊆ y → w ∈ y → A ⊆ y ∧ B ⊆ y → z ∈ y ∧ w ∈ y
38 36 37 biimtrrid ⊢ A ⊆ y → z ∈ y ∧ B ⊆ y → w ∈ y → A ∪ B ⊆ y → z ∈ y ∧ w ∈ y
39 shaddcl ⊢ y ∈ S ℋ ∧ z ∈ y ∧ w ∈ y → z + ℎ w ∈ y
40 39 3expib ⊢ y ∈ S ℋ → z ∈ y ∧ w ∈ y → z + ℎ w ∈ y
41 38 40 sylan9r ⊢ y ∈ S ℋ ∧ A ⊆ y → z ∈ y ∧ B ⊆ y → w ∈ y → A ∪ B ⊆ y → z + ℎ w ∈ y
42 eleq1 ⊢ x = z + ℎ w → x ∈ y ↔ z + ℎ w ∈ y
43 42 biimprd ⊢ x = z + ℎ w → z + ℎ w ∈ y → x ∈ y
44 41 43 sylan9 ⊢ y ∈ S ℋ ∧ A ⊆ y → z ∈ y ∧ B ⊆ y → w ∈ y ∧ x = z + ℎ w → A ∪ B ⊆ y → x ∈ y
45 44 expl ⊢ y ∈ S ℋ → A ⊆ y → z ∈ y ∧ B ⊆ y → w ∈ y ∧ x = z + ℎ w → A ∪ B ⊆ y → x ∈ y
46 45 ralimia ⊢ ∀ y ∈ S ℋ A ⊆ y → z ∈ y ∧ B ⊆ y → w ∈ y ∧ x = z + ℎ w → ∀ y ∈ S ℋ A ∪ B ⊆ y → x ∈ y
47 1 2 unssi ⊢ A ∪ B ⊆ ℋ
48 vex ⊢ x ∈ V
49 48 elspani ⊢ A ∪ B ⊆ ℋ → x ∈ span ⁡ A ∪ B ↔ ∀ y ∈ S ℋ A ∪ B ⊆ y → x ∈ y
50 47 49 ax-mp ⊢ x ∈ span ⁡ A ∪ B ↔ ∀ y ∈ S ℋ A ∪ B ⊆ y → x ∈ y
51 46 50 sylibr ⊢ ∀ y ∈ S ℋ A ⊆ y → z ∈ y ∧ B ⊆ y → w ∈ y ∧ x = z + ℎ w → x ∈ span ⁡ A ∪ B
52 35 51 syl ⊢ z ∈ span ⁡ A ∧ w ∈ span ⁡ B ∧ x = z + ℎ w → x ∈ span ⁡ A ∪ B
53 52 exlimivv ⊢ ∃ z ∃ w z ∈ span ⁡ A ∧ w ∈ span ⁡ B ∧ x = z + ℎ w → x ∈ span ⁡ A ∪ B
54 24 53 sylbi ⊢ x ∈ span ⁡ A + ℋ span ⁡ B → x ∈ span ⁡ A ∪ B
55 54 ssriv ⊢ span ⁡ A + ℋ span ⁡ B ⊆ span ⁡ A ∪ B
56 21 55 eqssi ⊢ span ⁡ A ∪ B = span ⁡ A + ℋ span ⁡ B