Metamath Proof Explorer


Theorem islss4

Description: A linear subspace is a subgroup which respects scalar multiplication. (Contributed by Stefan O'Rear, 11-Dec-2014) (Revised by Mario Carneiro, 19-Apr-2016)

Ref Expression
Hypotheses islss4.f โŠข ๐น = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
islss4.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐น )
islss4.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
islss4.t โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š )
islss4.s โŠข ๐‘† = ( LSubSp โ€˜ ๐‘Š )
Assertion islss4 ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ( ๐‘ˆ โˆˆ ๐‘† โ†” ( ๐‘ˆ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆง โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 islss4.f โŠข ๐น = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
2 islss4.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐น )
3 islss4.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
4 islss4.t โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š )
5 islss4.s โŠข ๐‘† = ( LSubSp โ€˜ ๐‘Š )
6 5 lsssubg โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘ˆ โˆˆ ๐‘† ) โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) )
7 1 4 2 5 lssvscl โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘ˆ โˆˆ ๐‘† ) โˆง ( ๐‘Ž โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ ) ) โ†’ ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ )
8 7 ralrimivva โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘ˆ โˆˆ ๐‘† ) โ†’ โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ )
9 6 8 jca โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘ˆ โˆˆ ๐‘† ) โ†’ ( ๐‘ˆ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆง โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ ) )
10 3 subgss โŠข ( ๐‘ˆ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โ†’ ๐‘ˆ โІ ๐‘‰ )
11 10 ad2antrl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘ˆ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆง โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ ) ) โ†’ ๐‘ˆ โІ ๐‘‰ )
12 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ๐‘Š ) = ( 0g โ€˜ ๐‘Š )
13 12 subg0cl โŠข ( ๐‘ˆ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โ†’ ( 0g โ€˜ ๐‘Š ) โˆˆ ๐‘ˆ )
14 13 ne0d โŠข ( ๐‘ˆ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โ†’ ๐‘ˆ โ‰  โˆ… )
15 14 ad2antrl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘ˆ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆง โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ ) ) โ†’ ๐‘ˆ โ‰  โˆ… )
16 eqid โŠข ( +g โ€˜ ๐‘Š ) = ( +g โ€˜ ๐‘Š )
17 16 subgcl โŠข ( ( ๐‘ˆ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ โˆง ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ( ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ )
18 17 3exp โŠข ( ๐‘ˆ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โ†’ ( ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ โ†’ ( ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ โ†’ ( ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ ) ) )
19 18 adantl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘ˆ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) ) โ†’ ( ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ โ†’ ( ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ โ†’ ( ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ ) ) )
20 19 ralrimdv โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘ˆ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) ) โ†’ ( ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ โ†’ โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ ( ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ ) )
21 20 ralimdv โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘ˆ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ โ†’ โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ ( ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ ) )
22 21 ralimdv โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘ˆ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ โ†’ โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ ( ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ ) )
23 22 impr โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘ˆ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆง โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ ( ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ )
24 1 2 3 16 4 5 islss โŠข ( ๐‘ˆ โˆˆ ๐‘† โ†” ( ๐‘ˆ โІ ๐‘‰ โˆง ๐‘ˆ โ‰  โˆ… โˆง โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ ( ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ ) )
25 11 15 23 24 syl3anbrc โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘ˆ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆง โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ ) ) โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ ๐‘† )
26 9 25 impbida โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ( ๐‘ˆ โˆˆ ๐‘† โ†” ( ๐‘ˆ โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆง โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ๐ต โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐‘ˆ ( ๐‘Ž ยท ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ˆ ) ) )