Metamath Proof Explorer


Theorem islbs5

Description: An equivalent formulation of the basis predicate in a vector space, using a function F for generating the base. (Contributed by Thierry Arnoux, 20-Feb-2025)

Ref Expression
Hypotheses islbs5.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
islbs5.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐‘† )
islbs5.r โŠข ๐‘† = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
islbs5.t โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š )
islbs5.z โŠข ๐‘‚ = ( 0g โ€˜ ๐‘Š )
islbs5.y โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘† )
islbs5.j โŠข ๐ฝ = ( LBasis โ€˜ ๐‘Š )
islbs5.n โŠข ๐‘ = ( LSpan โ€˜ ๐‘Š )
islbs5.w โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Š โˆˆ LMod )
islbs5.s โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘† โˆˆ NzRing )
islbs5.i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ผ โˆˆ ๐‘‰ )
islbs5.f โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น : ๐ผ โ€“1-1โ†’ ๐ต )
Assertion islbs5 ( ๐œ‘ โ†’ ( ran ๐น โˆˆ ( LBasis โ€˜ ๐‘Š ) โ†” ( โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐ผ ) ( ( ๐‘Ž finSupp 0 โˆง ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ ) โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ran ๐น ) = ๐ต ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 islbs5.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
2 islbs5.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐‘† )
3 islbs5.r โŠข ๐‘† = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
4 islbs5.t โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š )
5 islbs5.z โŠข ๐‘‚ = ( 0g โ€˜ ๐‘Š )
6 islbs5.y โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘† )
7 islbs5.j โŠข ๐ฝ = ( LBasis โ€˜ ๐‘Š )
8 islbs5.n โŠข ๐‘ = ( LSpan โ€˜ ๐‘Š )
9 islbs5.w โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Š โˆˆ LMod )
10 islbs5.s โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘† โˆˆ NzRing )
11 islbs5.i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ผ โˆˆ ๐‘‰ )
12 islbs5.f โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น : ๐ผ โ€“1-1โ†’ ๐ต )
13 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐น ) = ( Base โ€˜ ๐น )
14 1 13 3 4 5 6 8 9 10 11 12 lindflbs โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ran ๐น โˆˆ ( LBasis โ€˜ ๐‘Š ) โ†” ( ๐น LIndF ๐‘Š โˆง ( ๐‘ โ€˜ ran ๐น ) = ๐ต ) ) )
15 f1f โŠข ( ๐น : ๐ผ โ€“1-1โ†’ ๐ต โ†’ ๐น : ๐ผ โŸถ ๐ต )
16 12 15 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น : ๐ผ โŸถ ๐ต )
17 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( ๐‘† freeLMod ๐ผ ) ) = ( Base โ€˜ ( ๐‘† freeLMod ๐ผ ) )
18 1 3 4 5 6 17 islindf4 โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ผ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐น : ๐ผ โŸถ ๐ต ) โ†’ ( ๐น LIndF ๐‘Š โ†” โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ( Base โ€˜ ( ๐‘† freeLMod ๐ผ ) ) ( ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) ) )
19 9 11 16 18 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐น LIndF ๐‘Š โ†” โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ( Base โ€˜ ( ๐‘† freeLMod ๐ผ ) ) ( ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) ) )
20 10 elexd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘† โˆˆ V )
21 eqid โŠข ( ๐‘† freeLMod ๐ผ ) = ( ๐‘† freeLMod ๐ผ )
22 21 2 6 17 frlmelbas โŠข ( ( ๐‘† โˆˆ V โˆง ๐ผ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ ( Base โ€˜ ( ๐‘† freeLMod ๐ผ ) ) โ†” ( ๐‘Ž โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐ผ ) โˆง ๐‘Ž finSupp 0 ) ) )
23 20 11 22 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ ( Base โ€˜ ( ๐‘† freeLMod ๐ผ ) ) โ†” ( ๐‘Ž โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐ผ ) โˆง ๐‘Ž finSupp 0 ) ) )
24 23 imbi1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘Ž โˆˆ ( Base โ€˜ ( ๐‘† freeLMod ๐ผ ) ) โ†’ ( ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) ) โ†” ( ( ๐‘Ž โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐ผ ) โˆง ๐‘Ž finSupp 0 ) โ†’ ( ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) ) ) )
25 impexp โŠข ( ( ( ๐‘Ž โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐ผ ) โˆง ๐‘Ž finSupp 0 ) โ†’ ( ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) ) โ†” ( ๐‘Ž โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐ผ ) โ†’ ( ๐‘Ž finSupp 0 โ†’ ( ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) ) ) )
26 impexp โŠข ( ( ( ๐‘Ž finSupp 0 โˆง ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ ) โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) โ†” ( ๐‘Ž finSupp 0 โ†’ ( ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) ) )
27 26 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ๐‘Ž finSupp 0 โˆง ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ ) โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) โ†” ( ๐‘Ž finSupp 0 โ†’ ( ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) ) ) )
28 27 bicomd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘Ž finSupp 0 โ†’ ( ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) ) โ†” ( ( ๐‘Ž finSupp 0 โˆง ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ ) โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) ) )
29 28 imbi2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘Ž โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐ผ ) โ†’ ( ๐‘Ž finSupp 0 โ†’ ( ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) ) ) โ†” ( ๐‘Ž โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐ผ ) โ†’ ( ( ๐‘Ž finSupp 0 โˆง ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ ) โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) ) ) )
30 25 29 bitrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ๐‘Ž โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐ผ ) โˆง ๐‘Ž finSupp 0 ) โ†’ ( ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) ) โ†” ( ๐‘Ž โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐ผ ) โ†’ ( ( ๐‘Ž finSupp 0 โˆง ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ ) โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) ) ) )
31 24 30 bitrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘Ž โˆˆ ( Base โ€˜ ( ๐‘† freeLMod ๐ผ ) ) โ†’ ( ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) ) โ†” ( ๐‘Ž โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐ผ ) โ†’ ( ( ๐‘Ž finSupp 0 โˆง ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ ) โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) ) ) )
32 31 ralbidv2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ( Base โ€˜ ( ๐‘† freeLMod ๐ผ ) ) ( ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) โ†” โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐ผ ) ( ( ๐‘Ž finSupp 0 โˆง ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ ) โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) ) )
33 19 32 bitrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐น LIndF ๐‘Š โ†” โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐ผ ) ( ( ๐‘Ž finSupp 0 โˆง ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ ) โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) ) )
34 33 anbi1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐น LIndF ๐‘Š โˆง ( ๐‘ โ€˜ ran ๐น ) = ๐ต ) โ†” ( โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐ผ ) ( ( ๐‘Ž finSupp 0 โˆง ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ ) โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ran ๐น ) = ๐ต ) ) )
35 14 34 bitrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ran ๐น โˆˆ ( LBasis โ€˜ ๐‘Š ) โ†” ( โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐ผ ) ( ( ๐‘Ž finSupp 0 โˆง ( ๐‘Š ฮฃg ( ๐‘Ž โˆ˜f ยท ๐น ) ) = ๐‘‚ ) โ†’ ๐‘Ž = ( ๐ผ ร— { 0 } ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ran ๐น ) = ๐ต ) ) )