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Theorem lbslcic

Description: A module with a basis is isomorphic to a free module with the same cardinality. (Contributed by Stefan O'Rear, 26-Feb-2015)

Ref Expression
Hypotheses lbslcic.f 𝐹 = ( Scalar ‘ 𝑊 )
lbslcic.j 𝐽 = ( LBasis ‘ 𝑊 )
Assertion lbslcic ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝐵𝐽𝐼𝐵 ) → 𝑊𝑚 ( 𝐹 freeLMod 𝐼 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lbslcic.f 𝐹 = ( Scalar ‘ 𝑊 )
2 lbslcic.j 𝐽 = ( LBasis ‘ 𝑊 )
3 simp3 ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝐵𝐽𝐼𝐵 ) → 𝐼𝐵 )
4 bren ( 𝐼𝐵 ↔ ∃ 𝑒 𝑒 : 𝐼1-1-onto𝐵 )
5 3 4 sylib ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝐵𝐽𝐼𝐵 ) → ∃ 𝑒 𝑒 : 𝐼1-1-onto𝐵 )
6 eqid ( 𝐹 freeLMod 𝐼 ) = ( 𝐹 freeLMod 𝐼 )
7 eqid ( Base ‘ ( 𝐹 freeLMod 𝐼 ) ) = ( Base ‘ ( 𝐹 freeLMod 𝐼 ) )
8 eqid ( Base ‘ 𝑊 ) = ( Base ‘ 𝑊 )
9 eqid ( ·𝑠𝑊 ) = ( ·𝑠𝑊 )
10 eqid ( LSpan ‘ 𝑊 ) = ( LSpan ‘ 𝑊 )
11 eqid ( 𝑥 ∈ ( Base ‘ ( 𝐹 freeLMod 𝐼 ) ) ↦ ( 𝑊 Σg ( 𝑥f ( ·𝑠𝑊 ) 𝑒 ) ) ) = ( 𝑥 ∈ ( Base ‘ ( 𝐹 freeLMod 𝐼 ) ) ↦ ( 𝑊 Σg ( 𝑥f ( ·𝑠𝑊 ) 𝑒 ) ) )
12 simpl1 ( ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝐵𝐽𝐼𝐵 ) ∧ 𝑒 : 𝐼1-1-onto𝐵 ) → 𝑊 ∈ LMod )
13 relen Rel ≈
14 13 brrelex1i ( 𝐼𝐵𝐼 ∈ V )
15 14 3ad2ant3 ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝐵𝐽𝐼𝐵 ) → 𝐼 ∈ V )
16 15 adantr ( ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝐵𝐽𝐼𝐵 ) ∧ 𝑒 : 𝐼1-1-onto𝐵 ) → 𝐼 ∈ V )
17 1 a1i ( ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝐵𝐽𝐼𝐵 ) ∧ 𝑒 : 𝐼1-1-onto𝐵 ) → 𝐹 = ( Scalar ‘ 𝑊 ) )
18 f1ofo ( 𝑒 : 𝐼1-1-onto𝐵𝑒 : 𝐼onto𝐵 )
19 18 adantl ( ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝐵𝐽𝐼𝐵 ) ∧ 𝑒 : 𝐼1-1-onto𝐵 ) → 𝑒 : 𝐼onto𝐵 )
20 2 lbslinds 𝐽 ⊆ ( LIndS ‘ 𝑊 )
21 20 sseli ( 𝐵𝐽𝐵 ∈ ( LIndS ‘ 𝑊 ) )
22 21 3ad2ant2 ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝐵𝐽𝐼𝐵 ) → 𝐵 ∈ ( LIndS ‘ 𝑊 ) )
23 22 adantr ( ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝐵𝐽𝐼𝐵 ) ∧ 𝑒 : 𝐼1-1-onto𝐵 ) → 𝐵 ∈ ( LIndS ‘ 𝑊 ) )
24 f1of1 ( 𝑒 : 𝐼1-1-onto𝐵𝑒 : 𝐼1-1𝐵 )
25 24 adantl ( ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝐵𝐽𝐼𝐵 ) ∧ 𝑒 : 𝐼1-1-onto𝐵 ) → 𝑒 : 𝐼1-1𝐵 )
26 f1linds ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝐵 ∈ ( LIndS ‘ 𝑊 ) ∧ 𝑒 : 𝐼1-1𝐵 ) → 𝑒 LIndF 𝑊 )
27 12 23 25 26 syl3anc ( ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝐵𝐽𝐼𝐵 ) ∧ 𝑒 : 𝐼1-1-onto𝐵 ) → 𝑒 LIndF 𝑊 )
28 8 2 10 lbssp ( 𝐵𝐽 → ( ( LSpan ‘ 𝑊 ) ‘ 𝐵 ) = ( Base ‘ 𝑊 ) )
29 28 3ad2ant2 ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝐵𝐽𝐼𝐵 ) → ( ( LSpan ‘ 𝑊 ) ‘ 𝐵 ) = ( Base ‘ 𝑊 ) )
30 29 adantr ( ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝐵𝐽𝐼𝐵 ) ∧ 𝑒 : 𝐼1-1-onto𝐵 ) → ( ( LSpan ‘ 𝑊 ) ‘ 𝐵 ) = ( Base ‘ 𝑊 ) )
31 6 7 8 9 10 11 12 16 17 19 27 30 indlcim ( ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝐵𝐽𝐼𝐵 ) ∧ 𝑒 : 𝐼1-1-onto𝐵 ) → ( 𝑥 ∈ ( Base ‘ ( 𝐹 freeLMod 𝐼 ) ) ↦ ( 𝑊 Σg ( 𝑥f ( ·𝑠𝑊 ) 𝑒 ) ) ) ∈ ( ( 𝐹 freeLMod 𝐼 ) LMIso 𝑊 ) )
32 lmimcnv ( ( 𝑥 ∈ ( Base ‘ ( 𝐹 freeLMod 𝐼 ) ) ↦ ( 𝑊 Σg ( 𝑥f ( ·𝑠𝑊 ) 𝑒 ) ) ) ∈ ( ( 𝐹 freeLMod 𝐼 ) LMIso 𝑊 ) → ( 𝑥 ∈ ( Base ‘ ( 𝐹 freeLMod 𝐼 ) ) ↦ ( 𝑊 Σg ( 𝑥f ( ·𝑠𝑊 ) 𝑒 ) ) ) ∈ ( 𝑊 LMIso ( 𝐹 freeLMod 𝐼 ) ) )
33 brlmici ( ( 𝑥 ∈ ( Base ‘ ( 𝐹 freeLMod 𝐼 ) ) ↦ ( 𝑊 Σg ( 𝑥f ( ·𝑠𝑊 ) 𝑒 ) ) ) ∈ ( 𝑊 LMIso ( 𝐹 freeLMod 𝐼 ) ) → 𝑊𝑚 ( 𝐹 freeLMod 𝐼 ) )
34 31 32 33 3syl ( ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝐵𝐽𝐼𝐵 ) ∧ 𝑒 : 𝐼1-1-onto𝐵 ) → 𝑊𝑚 ( 𝐹 freeLMod 𝐼 ) )
35 5 34 exlimddv ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝐵𝐽𝐼𝐵 ) → 𝑊𝑚 ( 𝐹 freeLMod 𝐼 ) )