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Theorem chscllem4

Description: Lemma for chscl . (Contributed by Mario Carneiro, 19-May-2014) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypotheses chscl.1 ( 𝜑𝐴C )
chscl.2 ( 𝜑𝐵C )
chscl.3 ( 𝜑𝐵 ⊆ ( ⊥ ‘ 𝐴 ) )
chscl.4 ( 𝜑𝐻 : ℕ ⟶ ( 𝐴 + 𝐵 ) )
chscl.5 ( 𝜑𝐻𝑣 𝑢 )
chscl.6 𝐹 = ( 𝑛 ∈ ℕ ↦ ( ( proj𝐴 ) ‘ ( 𝐻𝑛 ) ) )
chscl.7 𝐺 = ( 𝑛 ∈ ℕ ↦ ( ( proj𝐵 ) ‘ ( 𝐻𝑛 ) ) )
Assertion chscllem4 ( 𝜑𝑢 ∈ ( 𝐴 + 𝐵 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 chscl.1 ( 𝜑𝐴C )
2 chscl.2 ( 𝜑𝐵C )
3 chscl.3 ( 𝜑𝐵 ⊆ ( ⊥ ‘ 𝐴 ) )
4 chscl.4 ( 𝜑𝐻 : ℕ ⟶ ( 𝐴 + 𝐵 ) )
5 chscl.5 ( 𝜑𝐻𝑣 𝑢 )
6 chscl.6 𝐹 = ( 𝑛 ∈ ℕ ↦ ( ( proj𝐴 ) ‘ ( 𝐻𝑛 ) ) )
7 chscl.7 𝐺 = ( 𝑛 ∈ ℕ ↦ ( ( proj𝐵 ) ‘ ( 𝐻𝑛 ) ) )
8 hlimf 𝑣 : dom ⇝𝑣 ⟶ ℋ
9 ffun ( ⇝𝑣 : dom ⇝𝑣 ⟶ ℋ → Fun ⇝𝑣 )
10 8 9 ax-mp Fun ⇝𝑣
11 funbrfv ( Fun ⇝𝑣 → ( 𝐻𝑣 𝑢 → ( ⇝𝑣𝐻 ) = 𝑢 ) )
12 10 5 11 mpsyl ( 𝜑 → ( ⇝𝑣𝐻 ) = 𝑢 )
13 4 feqmptd ( 𝜑𝐻 = ( 𝑘 ∈ ℕ ↦ ( 𝐻𝑘 ) ) )
14 4 ffvelrnda ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) → ( 𝐻𝑘 ) ∈ ( 𝐴 + 𝐵 ) )
15 chsh ( 𝐴C𝐴S )
16 1 15 syl ( 𝜑𝐴S )
17 chsh ( 𝐵C𝐵S )
18 2 17 syl ( 𝜑𝐵S )
19 shsel ( ( 𝐴S𝐵S ) → ( ( 𝐻𝑘 ) ∈ ( 𝐴 + 𝐵 ) ↔ ∃ 𝑥𝐴𝑦𝐵 ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) )
20 16 18 19 syl2anc ( 𝜑 → ( ( 𝐻𝑘 ) ∈ ( 𝐴 + 𝐵 ) ↔ ∃ 𝑥𝐴𝑦𝐵 ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) )
21 20 biimpa ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐻𝑘 ) ∈ ( 𝐴 + 𝐵 ) ) → ∃ 𝑥𝐴𝑦𝐵 ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) )
22 14 21 syldan ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) → ∃ 𝑥𝐴𝑦𝐵 ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) )
23 simp3 ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) )
24 simp1l ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → 𝜑 )
25 24 1 syl ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → 𝐴C )
26 24 2 syl ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → 𝐵C )
27 24 3 syl ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → 𝐵 ⊆ ( ⊥ ‘ 𝐴 ) )
28 24 4 syl ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → 𝐻 : ℕ ⟶ ( 𝐴 + 𝐵 ) )
29 24 5 syl ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → 𝐻𝑣 𝑢 )
30 simp1r ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → 𝑘 ∈ ℕ )
31 simp2l ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → 𝑥𝐴 )
32 simp2r ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → 𝑦𝐵 )
33 25 26 27 28 29 6 30 31 32 23 chscllem3 ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → 𝑥 = ( 𝐹𝑘 ) )
34 chsscon2 ( ( 𝐵C𝐴C ) → ( 𝐵 ⊆ ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ↔ 𝐴 ⊆ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) )
35 2 1 34 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝐵 ⊆ ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ↔ 𝐴 ⊆ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) )
36 3 35 mpbid ( 𝜑𝐴 ⊆ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) )
37 24 36 syl ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → 𝐴 ⊆ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) )
38 shscom ( ( 𝐴S𝐵S ) → ( 𝐴 + 𝐵 ) = ( 𝐵 + 𝐴 ) )
39 16 18 38 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝐴 + 𝐵 ) = ( 𝐵 + 𝐴 ) )
40 39 feq3d ( 𝜑 → ( 𝐻 : ℕ ⟶ ( 𝐴 + 𝐵 ) ↔ 𝐻 : ℕ ⟶ ( 𝐵 + 𝐴 ) ) )
41 4 40 mpbid ( 𝜑𝐻 : ℕ ⟶ ( 𝐵 + 𝐴 ) )
42 24 41 syl ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → 𝐻 : ℕ ⟶ ( 𝐵 + 𝐴 ) )
43 shss ( 𝐴S𝐴 ⊆ ℋ )
44 16 43 syl ( 𝜑𝐴 ⊆ ℋ )
45 24 44 syl ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → 𝐴 ⊆ ℋ )
46 45 31 sseldd ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → 𝑥 ∈ ℋ )
47 shss ( 𝐵S𝐵 ⊆ ℋ )
48 18 47 syl ( 𝜑𝐵 ⊆ ℋ )
49 24 48 syl ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → 𝐵 ⊆ ℋ )
50 49 32 sseldd ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → 𝑦 ∈ ℋ )
51 ax-hvcom ( ( 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ ) → ( 𝑥 + 𝑦 ) = ( 𝑦 + 𝑥 ) )
52 46 50 51 syl2anc ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → ( 𝑥 + 𝑦 ) = ( 𝑦 + 𝑥 ) )
53 23 52 eqtrd ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑦 + 𝑥 ) )
54 26 25 37 42 29 7 30 32 31 53 chscllem3 ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → 𝑦 = ( 𝐺𝑘 ) )
55 33 54 oveq12d ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → ( 𝑥 + 𝑦 ) = ( ( 𝐹𝑘 ) + ( 𝐺𝑘 ) ) )
56 23 55 eqtrd ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) ∧ ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) ) → ( 𝐻𝑘 ) = ( ( 𝐹𝑘 ) + ( 𝐺𝑘 ) ) )
57 56 3exp ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) → ( ( 𝑥𝐴𝑦𝐵 ) → ( ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) → ( 𝐻𝑘 ) = ( ( 𝐹𝑘 ) + ( 𝐺𝑘 ) ) ) ) )
58 57 rexlimdvv ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) → ( ∃ 𝑥𝐴𝑦𝐵 ( 𝐻𝑘 ) = ( 𝑥 + 𝑦 ) → ( 𝐻𝑘 ) = ( ( 𝐹𝑘 ) + ( 𝐺𝑘 ) ) ) )
59 22 58 mpd ( ( 𝜑𝑘 ∈ ℕ ) → ( 𝐻𝑘 ) = ( ( 𝐹𝑘 ) + ( 𝐺𝑘 ) ) )
60 59 mpteq2dva ( 𝜑 → ( 𝑘 ∈ ℕ ↦ ( 𝐻𝑘 ) ) = ( 𝑘 ∈ ℕ ↦ ( ( 𝐹𝑘 ) + ( 𝐺𝑘 ) ) ) )
61 13 60 eqtrd ( 𝜑𝐻 = ( 𝑘 ∈ ℕ ↦ ( ( 𝐹𝑘 ) + ( 𝐺𝑘 ) ) ) )
62 1 2 3 4 5 6 chscllem1 ( 𝜑𝐹 : ℕ ⟶ 𝐴 )
63 62 44 fssd ( 𝜑𝐹 : ℕ ⟶ ℋ )
64 2 1 36 41 5 7 chscllem1 ( 𝜑𝐺 : ℕ ⟶ 𝐵 )
65 64 48 fssd ( 𝜑𝐺 : ℕ ⟶ ℋ )
66 1 2 3 4 5 6 chscllem2 ( 𝜑𝐹 ∈ dom ⇝𝑣 )
67 funfvbrb ( Fun ⇝𝑣 → ( 𝐹 ∈ dom ⇝𝑣𝐹𝑣 ( ⇝𝑣𝐹 ) ) )
68 10 67 ax-mp ( 𝐹 ∈ dom ⇝𝑣𝐹𝑣 ( ⇝𝑣𝐹 ) )
69 66 68 sylib ( 𝜑𝐹𝑣 ( ⇝𝑣𝐹 ) )
70 2 1 36 41 5 7 chscllem2 ( 𝜑𝐺 ∈ dom ⇝𝑣 )
71 funfvbrb ( Fun ⇝𝑣 → ( 𝐺 ∈ dom ⇝𝑣𝐺𝑣 ( ⇝𝑣𝐺 ) ) )
72 10 71 ax-mp ( 𝐺 ∈ dom ⇝𝑣𝐺𝑣 ( ⇝𝑣𝐺 ) )
73 70 72 sylib ( 𝜑𝐺𝑣 ( ⇝𝑣𝐺 ) )
74 eqid ( 𝑘 ∈ ℕ ↦ ( ( 𝐹𝑘 ) + ( 𝐺𝑘 ) ) ) = ( 𝑘 ∈ ℕ ↦ ( ( 𝐹𝑘 ) + ( 𝐺𝑘 ) ) )
75 63 65 69 73 74 hlimadd ( 𝜑 → ( 𝑘 ∈ ℕ ↦ ( ( 𝐹𝑘 ) + ( 𝐺𝑘 ) ) ) ⇝𝑣 ( ( ⇝𝑣𝐹 ) + ( ⇝𝑣𝐺 ) ) )
76 61 75 eqbrtrd ( 𝜑𝐻𝑣 ( ( ⇝𝑣𝐹 ) + ( ⇝𝑣𝐺 ) ) )
77 funbrfv ( Fun ⇝𝑣 → ( 𝐻𝑣 ( ( ⇝𝑣𝐹 ) + ( ⇝𝑣𝐺 ) ) → ( ⇝𝑣𝐻 ) = ( ( ⇝𝑣𝐹 ) + ( ⇝𝑣𝐺 ) ) ) )
78 10 76 77 mpsyl ( 𝜑 → ( ⇝𝑣𝐻 ) = ( ( ⇝𝑣𝐹 ) + ( ⇝𝑣𝐺 ) ) )
79 12 78 eqtr3d ( 𝜑𝑢 = ( ( ⇝𝑣𝐹 ) + ( ⇝𝑣𝐺 ) ) )
80 fvex ( ⇝𝑣𝐹 ) ∈ V
81 80 chlimi ( ( 𝐴C𝐹 : ℕ ⟶ 𝐴𝐹𝑣 ( ⇝𝑣𝐹 ) ) → ( ⇝𝑣𝐹 ) ∈ 𝐴 )
82 1 62 69 81 syl3anc ( 𝜑 → ( ⇝𝑣𝐹 ) ∈ 𝐴 )
83 fvex ( ⇝𝑣𝐺 ) ∈ V
84 83 chlimi ( ( 𝐵C𝐺 : ℕ ⟶ 𝐵𝐺𝑣 ( ⇝𝑣𝐺 ) ) → ( ⇝𝑣𝐺 ) ∈ 𝐵 )
85 2 64 73 84 syl3anc ( 𝜑 → ( ⇝𝑣𝐺 ) ∈ 𝐵 )
86 shsva ( ( 𝐴S𝐵S ) → ( ( ( ⇝𝑣𝐹 ) ∈ 𝐴 ∧ ( ⇝𝑣𝐺 ) ∈ 𝐵 ) → ( ( ⇝𝑣𝐹 ) + ( ⇝𝑣𝐺 ) ) ∈ ( 𝐴 + 𝐵 ) ) )
87 16 18 86 syl2anc ( 𝜑 → ( ( ( ⇝𝑣𝐹 ) ∈ 𝐴 ∧ ( ⇝𝑣𝐺 ) ∈ 𝐵 ) → ( ( ⇝𝑣𝐹 ) + ( ⇝𝑣𝐺 ) ) ∈ ( 𝐴 + 𝐵 ) ) )
88 82 85 87 mp2and ( 𝜑 → ( ( ⇝𝑣𝐹 ) + ( ⇝𝑣𝐺 ) ) ∈ ( 𝐴 + 𝐵 ) )
89 79 88 eqeltrd ( 𝜑𝑢 ∈ ( 𝐴 + 𝐵 ) )