Metamath Proof Explorer


Theorem lbslsp

Description: Any element of a left module M can be expressed as a linear combination of the elements of a basis V of M . (Contributed by Thierry Arnoux, 3-Aug-2023)

Ref Expression
Hypotheses lbslsp.v โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘€ )
lbslsp.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐‘† )
lbslsp.s โŠข ๐‘† = ( Scalar โ€˜ ๐‘€ )
lbslsp.z โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘† )
lbslsp.t โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ )
lbslsp.m โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ LMod )
lbslsp.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‰ โˆˆ ( LBasis โ€˜ ๐‘€ ) )
Assertion lbslsp ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘‹ โˆˆ ๐ต โ†” โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐‘‰ ) ( ๐‘Ž finSupp 0 โˆง ๐‘‹ = ( ๐‘€ ฮฃg ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ( ๐‘Ž โ€˜ ๐‘ฃ ) ยท ๐‘ฃ ) ) ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lbslsp.v โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘€ )
2 lbslsp.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐‘† )
3 lbslsp.s โŠข ๐‘† = ( Scalar โ€˜ ๐‘€ )
4 lbslsp.z โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘† )
5 lbslsp.t โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘€ )
6 lbslsp.m โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ LMod )
7 lbslsp.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‰ โˆˆ ( LBasis โ€˜ ๐‘€ ) )
8 eqid โŠข ( LBasis โ€˜ ๐‘€ ) = ( LBasis โ€˜ ๐‘€ )
9 eqid โŠข ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) = ( LSpan โ€˜ ๐‘€ )
10 1 8 9 lbssp โŠข ( ๐‘‰ โˆˆ ( LBasis โ€˜ ๐‘€ ) โ†’ ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘‰ ) = ๐ต )
11 7 10 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘‰ ) = ๐ต )
12 11 eleq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘‹ โˆˆ ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘‰ ) โ†” ๐‘‹ โˆˆ ๐ต ) )
13 1 8 lbsss โŠข ( ๐‘‰ โˆˆ ( LBasis โ€˜ ๐‘€ ) โ†’ ๐‘‰ โŠ† ๐ต )
14 7 13 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‰ โŠ† ๐ต )
15 9 1 2 3 4 5 6 14 ellspds โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘‹ โˆˆ ( ( LSpan โ€˜ ๐‘€ ) โ€˜ ๐‘‰ ) โ†” โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐‘‰ ) ( ๐‘Ž finSupp 0 โˆง ๐‘‹ = ( ๐‘€ ฮฃg ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ( ๐‘Ž โ€˜ ๐‘ฃ ) ยท ๐‘ฃ ) ) ) ) ) )
16 12 15 bitr3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘‹ โˆˆ ๐ต โ†” โˆƒ ๐‘Ž โˆˆ ( ๐พ โ†‘m ๐‘‰ ) ( ๐‘Ž finSupp 0 โˆง ๐‘‹ = ( ๐‘€ ฮฃg ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ( ๐‘Ž โ€˜ ๐‘ฃ ) ยท ๐‘ฃ ) ) ) ) ) )