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Theorem cdjreui

Description: A member of the sum of disjoint subspaces has a unique decomposition. Part of Lemma 5 of Holland p. 1520. (Contributed by NM, 20-May-2005) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypotheses cdjreu.1 ⊢ 𝐴 ∈ Sℋ
cdjreu.2 ⊢ 𝐵 ∈ Sℋ
Assertion cdjreui ( ( 𝐶 ∈ ( 𝐴 +ℋ 𝐵 ) ∧ ( 𝐴 ∩ 𝐵 ) = 0ℋ ) → ∃! 𝑥 ∈ 𝐴 ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cdjreu.1 ⊢ 𝐴 ∈ Sℋ
2 cdjreu.2 ⊢ 𝐵 ∈ Sℋ
3 1 2 shseli ⊢ ( 𝐶 ∈ ( 𝐴 +ℋ 𝐵 ) ↔ ∃ 𝑥 ∈ 𝐴 ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) )
4 3 biimpi ⊢ ( 𝐶 ∈ ( 𝐴 +ℋ 𝐵 ) → ∃ 𝑥 ∈ 𝐴 ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) )
5 reeanv ⊢ ( ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 ∃ 𝑤 ∈ 𝐵 ( 𝐶 = ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) ∧ 𝐶 = ( 𝑧 +ℎ 𝑤 ) ) ↔ ( ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑧 +ℎ 𝑤 ) ) )
6 eqtr2 ⊢ ( ( 𝐶 = ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) ∧ 𝐶 = ( 𝑧 +ℎ 𝑤 ) ) → ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) = ( 𝑧 +ℎ 𝑤 ) )
7 1 sheli ⊢ ( 𝑥 ∈ 𝐴 → 𝑥 ∈ ℋ )
8 2 sheli ⊢ ( 𝑦 ∈ 𝐵 → 𝑦 ∈ ℋ )
9 7 8 anim12i ⊢ ( ( 𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ) → ( 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ ) )
10 1 sheli ⊢ ( 𝑧 ∈ 𝐴 → 𝑧 ∈ ℋ )
11 2 sheli ⊢ ( 𝑤 ∈ 𝐵 → 𝑤 ∈ ℋ )
12 10 11 anim12i ⊢ ( ( 𝑧 ∈ 𝐴 ∧ 𝑤 ∈ 𝐵 ) → ( 𝑧 ∈ ℋ ∧ 𝑤 ∈ ℋ ) )
13 hvaddsub4 ⊢ ( ( ( 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ ) ∧ ( 𝑧 ∈ ℋ ∧ 𝑤 ∈ ℋ ) ) → ( ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) = ( 𝑧 +ℎ 𝑤 ) ↔ ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) = ( 𝑤 −ℎ 𝑦 ) ) )
14 9 12 13 syl2an ⊢ ( ( ( 𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ) ∧ ( 𝑧 ∈ 𝐴 ∧ 𝑤 ∈ 𝐵 ) ) → ( ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) = ( 𝑧 +ℎ 𝑤 ) ↔ ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) = ( 𝑤 −ℎ 𝑦 ) ) )
15 14 an4s ⊢ ( ( ( 𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴 ) ∧ ( 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑤 ∈ 𝐵 ) ) → ( ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) = ( 𝑧 +ℎ 𝑤 ) ↔ ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) = ( 𝑤 −ℎ 𝑦 ) ) )
16 15 adantll ⊢ ( ( ( ( 𝐴 ∩ 𝐵 ) = 0ℋ ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴 ) ) ∧ ( 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑤 ∈ 𝐵 ) ) → ( ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) = ( 𝑧 +ℎ 𝑤 ) ↔ ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) = ( 𝑤 −ℎ 𝑦 ) ) )
17 shsubcl ⊢ ( ( 𝐵 ∈ Sℋ ∧ 𝑤 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ) → ( 𝑤 −ℎ 𝑦 ) ∈ 𝐵 )
18 2 17 mp3an1 ⊢ ( ( 𝑤 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ) → ( 𝑤 −ℎ 𝑦 ) ∈ 𝐵 )
19 18 ancoms ⊢ ( ( 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑤 ∈ 𝐵 ) → ( 𝑤 −ℎ 𝑦 ) ∈ 𝐵 )
20 eleq1 ⊢ ( ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) = ( 𝑤 −ℎ 𝑦 ) → ( ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 𝐵 ↔ ( 𝑤 −ℎ 𝑦 ) ∈ 𝐵 ) )
21 19 20 syl5ibrcom ⊢ ( ( 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑤 ∈ 𝐵 ) → ( ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) = ( 𝑤 −ℎ 𝑦 ) → ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 𝐵 ) )
22 21 adantl ⊢ ( ( ( 𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴 ) ∧ ( 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑤 ∈ 𝐵 ) ) → ( ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) = ( 𝑤 −ℎ 𝑦 ) → ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 𝐵 ) )
23 shsubcl ⊢ ( ( 𝐴 ∈ Sℋ ∧ 𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴 ) → ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 𝐴 )
24 1 23 mp3an1 ⊢ ( ( 𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴 ) → ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 𝐴 )
25 24 adantr ⊢ ( ( ( 𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴 ) ∧ ( 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑤 ∈ 𝐵 ) ) → ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 𝐴 )
26 22 25 jctild ⊢ ( ( ( 𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴 ) ∧ ( 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑤 ∈ 𝐵 ) ) → ( ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) = ( 𝑤 −ℎ 𝑦 ) → ( ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 𝐴 ∧ ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 𝐵 ) ) )
27 26 adantll ⊢ ( ( ( ( 𝐴 ∩ 𝐵 ) = 0ℋ ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴 ) ) ∧ ( 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑤 ∈ 𝐵 ) ) → ( ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) = ( 𝑤 −ℎ 𝑦 ) → ( ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 𝐴 ∧ ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 𝐵 ) ) )
28 elin ⊢ ( ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ ( 𝐴 ∩ 𝐵 ) ↔ ( ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 𝐴 ∧ ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 𝐵 ) )
29 eleq2 ⊢ ( ( 𝐴 ∩ 𝐵 ) = 0ℋ → ( ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ ( 𝐴 ∩ 𝐵 ) ↔ ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 0ℋ ) )
30 28 29 bitr3id ⊢ ( ( 𝐴 ∩ 𝐵 ) = 0ℋ → ( ( ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 𝐴 ∧ ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 𝐵 ) ↔ ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 0ℋ ) )
31 30 ad2antrr ⊢ ( ( ( ( 𝐴 ∩ 𝐵 ) = 0ℋ ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴 ) ) ∧ ( 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑤 ∈ 𝐵 ) ) → ( ( ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 𝐴 ∧ ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 𝐵 ) ↔ ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 0ℋ ) )
32 27 31 sylibd ⊢ ( ( ( ( 𝐴 ∩ 𝐵 ) = 0ℋ ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴 ) ) ∧ ( 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑤 ∈ 𝐵 ) ) → ( ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) = ( 𝑤 −ℎ 𝑦 ) → ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 0ℋ ) )
33 elch0 ⊢ ( ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 0ℋ ↔ ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) = 0ℎ )
34 hvsubeq0 ⊢ ( ( 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑧 ∈ ℋ ) → ( ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) = 0ℎ ↔ 𝑥 = 𝑧 ) )
35 33 34 bitrid ⊢ ( ( 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑧 ∈ ℋ ) → ( ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 0ℋ ↔ 𝑥 = 𝑧 ) )
36 7 10 35 syl2an ⊢ ( ( 𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴 ) → ( ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 0ℋ ↔ 𝑥 = 𝑧 ) )
37 36 ad2antlr ⊢ ( ( ( ( 𝐴 ∩ 𝐵 ) = 0ℋ ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴 ) ) ∧ ( 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑤 ∈ 𝐵 ) ) → ( ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) ∈ 0ℋ ↔ 𝑥 = 𝑧 ) )
38 32 37 sylibd ⊢ ( ( ( ( 𝐴 ∩ 𝐵 ) = 0ℋ ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴 ) ) ∧ ( 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑤 ∈ 𝐵 ) ) → ( ( 𝑥 −ℎ 𝑧 ) = ( 𝑤 −ℎ 𝑦 ) → 𝑥 = 𝑧 ) )
39 16 38 sylbid ⊢ ( ( ( ( 𝐴 ∩ 𝐵 ) = 0ℋ ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴 ) ) ∧ ( 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑤 ∈ 𝐵 ) ) → ( ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) = ( 𝑧 +ℎ 𝑤 ) → 𝑥 = 𝑧 ) )
40 6 39 syl5 ⊢ ( ( ( ( 𝐴 ∩ 𝐵 ) = 0ℋ ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴 ) ) ∧ ( 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑤 ∈ 𝐵 ) ) → ( ( 𝐶 = ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) ∧ 𝐶 = ( 𝑧 +ℎ 𝑤 ) ) → 𝑥 = 𝑧 ) )
41 40 rexlimdvva ⊢ ( ( ( 𝐴 ∩ 𝐵 ) = 0ℋ ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴 ) ) → ( ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 ∃ 𝑤 ∈ 𝐵 ( 𝐶 = ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) ∧ 𝐶 = ( 𝑧 +ℎ 𝑤 ) ) → 𝑥 = 𝑧 ) )
42 5 41 biimtrrid ⊢ ( ( ( 𝐴 ∩ 𝐵 ) = 0ℋ ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴 ) ) → ( ( ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑧 +ℎ 𝑤 ) ) → 𝑥 = 𝑧 ) )
43 42 ralrimivva ⊢ ( ( 𝐴 ∩ 𝐵 ) = 0ℋ → ∀ 𝑥 ∈ 𝐴 ∀ 𝑧 ∈ 𝐴 ( ( ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑧 +ℎ 𝑤 ) ) → 𝑥 = 𝑧 ) )
44 4 43 anim12i ⊢ ( ( 𝐶 ∈ ( 𝐴 +ℋ 𝐵 ) ∧ ( 𝐴 ∩ 𝐵 ) = 0ℋ ) → ( ∃ 𝑥 ∈ 𝐴 ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝐴 ∀ 𝑧 ∈ 𝐴 ( ( ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑧 +ℎ 𝑤 ) ) → 𝑥 = 𝑧 ) ) )
45 oveq1 ⊢ ( 𝑥 = 𝑧 → ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) = ( 𝑧 +ℎ 𝑦 ) )
46 45 eqeq2d ⊢ ( 𝑥 = 𝑧 → ( 𝐶 = ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) ↔ 𝐶 = ( 𝑧 +ℎ 𝑦 ) ) )
47 46 rexbidv ⊢ ( 𝑥 = 𝑧 → ( ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) ↔ ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑧 +ℎ 𝑦 ) ) )
48 oveq2 ⊢ ( 𝑦 = 𝑤 → ( 𝑧 +ℎ 𝑦 ) = ( 𝑧 +ℎ 𝑤 ) )
49 48 eqeq2d ⊢ ( 𝑦 = 𝑤 → ( 𝐶 = ( 𝑧 +ℎ 𝑦 ) ↔ 𝐶 = ( 𝑧 +ℎ 𝑤 ) ) )
50 49 cbvrexvw ⊢ ( ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑧 +ℎ 𝑦 ) ↔ ∃ 𝑤 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑧 +ℎ 𝑤 ) )
51 47 50 bitrdi ⊢ ( 𝑥 = 𝑧 → ( ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) ↔ ∃ 𝑤 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑧 +ℎ 𝑤 ) ) )
52 51 reu4 ⊢ ( ∃! 𝑥 ∈ 𝐴 ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) ↔ ( ∃ 𝑥 ∈ 𝐴 ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝐴 ∀ 𝑧 ∈ 𝐴 ( ( ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑧 +ℎ 𝑤 ) ) → 𝑥 = 𝑧 ) ) )
53 44 52 sylibr ⊢ ( ( 𝐶 ∈ ( 𝐴 +ℋ 𝐵 ) ∧ ( 𝐴 ∩ 𝐵 ) = 0ℋ ) → ∃! 𝑥 ∈ 𝐴 ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 𝐶 = ( 𝑥 +ℎ 𝑦 ) )