Metamath Proof Explorer


Theorem lcfl6lem

Description: Lemma for lcfl6 . A functional G (whose kernel is closed by dochsnkr ) is comletely determined by a vector X in the orthocomplement in its kernel at which the functional value is 1. Note that the \ { .0. } in the X hypothesis is redundant by the last hypothesis but allows easier use of other theorems. (Contributed by NM, 3-Jan-2015)

Ref Expression
Hypotheses lcfl6lem.h โŠข ๐ป = ( LHyp โ€˜ ๐พ )
lcfl6lem.o โŠข โŠฅ = ( ( ocH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
lcfl6lem.u โŠข ๐‘ˆ = ( ( DVecH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
lcfl6lem.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ )
lcfl6lem.a โŠข + = ( +g โ€˜ ๐‘ˆ )
lcfl6lem.t โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ˆ )
lcfl6lem.s โŠข ๐‘† = ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ )
lcfl6lem.i โŠข 1 = ( 1r โ€˜ ๐‘† )
lcfl6lem.r โŠข ๐‘… = ( Base โ€˜ ๐‘† )
lcfl6lem.z โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘ˆ )
lcfl6lem.f โŠข ๐น = ( LFnl โ€˜ ๐‘ˆ )
lcfl6lem.l โŠข ๐ฟ = ( LKer โ€˜ ๐‘ˆ )
lcfl6lem.k โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐พ โˆˆ HL โˆง ๐‘Š โˆˆ ๐ป ) )
lcfl6lem.g โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ๐น )
lcfl6lem.x โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ( ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) โˆ– { 0 } ) )
lcfl6lem.y โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) = 1 )
Assertion lcfl6lem ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ = ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( โ„ฉ ๐‘˜ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘ค โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ { ๐‘‹ } ) ๐‘ฃ = ( ๐‘ค + ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lcfl6lem.h โŠข ๐ป = ( LHyp โ€˜ ๐พ )
2 lcfl6lem.o โŠข โŠฅ = ( ( ocH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
3 lcfl6lem.u โŠข ๐‘ˆ = ( ( DVecH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
4 lcfl6lem.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ )
5 lcfl6lem.a โŠข + = ( +g โ€˜ ๐‘ˆ )
6 lcfl6lem.t โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ˆ )
7 lcfl6lem.s โŠข ๐‘† = ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ )
8 lcfl6lem.i โŠข 1 = ( 1r โ€˜ ๐‘† )
9 lcfl6lem.r โŠข ๐‘… = ( Base โ€˜ ๐‘† )
10 lcfl6lem.z โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘ˆ )
11 lcfl6lem.f โŠข ๐น = ( LFnl โ€˜ ๐‘ˆ )
12 lcfl6lem.l โŠข ๐ฟ = ( LKer โ€˜ ๐‘ˆ )
13 lcfl6lem.k โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐พ โˆˆ HL โˆง ๐‘Š โˆˆ ๐ป ) )
14 lcfl6lem.g โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ๐น )
15 lcfl6lem.x โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ( ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) โˆ– { 0 } ) )
16 lcfl6lem.y โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) = 1 )
17 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ๐‘† ) = ( 0g โ€˜ ๐‘† )
18 1 3 13 dvhlvec โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ LVec )
19 1 3 13 dvhlmod โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ LMod )
20 4 11 12 19 14 lkrssv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) โІ ๐‘‰ )
21 1 3 4 2 dochssv โŠข ( ( ( ๐พ โˆˆ HL โˆง ๐‘Š โˆˆ ๐ป ) โˆง ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) โІ ๐‘‰ ) โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) โІ ๐‘‰ )
22 13 20 21 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) โІ ๐‘‰ )
23 15 eldifad โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) )
24 22 23 sseldd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ )
25 eqid โŠข ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( โ„ฉ ๐‘˜ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘ค โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ { ๐‘‹ } ) ๐‘ฃ = ( ๐‘ค + ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) ) ) ) = ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( โ„ฉ ๐‘˜ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘ค โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ { ๐‘‹ } ) ๐‘ฃ = ( ๐‘ค + ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) ) ) )
26 eldifsni โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ ( ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) โˆ– { 0 } ) โ†’ ๐‘‹ โ‰  0 )
27 15 26 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โ‰  0 )
28 eldifsn โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ ( ๐‘‰ โˆ– { 0 } ) โ†” ( ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘‹ โ‰  0 ) )
29 24 27 28 sylanbrc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ( ๐‘‰ โˆ– { 0 } ) )
30 1 2 3 4 10 5 6 11 7 9 25 13 29 dochflcl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( โ„ฉ ๐‘˜ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘ค โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ { ๐‘‹ } ) ๐‘ฃ = ( ๐‘ค + ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) ) ) ) โˆˆ ๐น )
31 1 2 3 4 10 11 12 13 14 15 dochsnkr โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) = ( โŠฅ โ€˜ { ๐‘‹ } ) )
32 1 2 3 4 10 5 6 12 7 9 25 13 29 dochsnkr2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ฟ โ€˜ ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( โ„ฉ ๐‘˜ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘ค โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ { ๐‘‹ } ) ๐‘ฃ = ( ๐‘ค + ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) ) ) ) ) = ( โŠฅ โ€˜ { ๐‘‹ } ) )
33 31 32 eqtr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) = ( ๐ฟ โ€˜ ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( โ„ฉ ๐‘˜ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘ค โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ { ๐‘‹ } ) ๐‘ฃ = ( ๐‘ค + ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) ) ) ) ) )
34 1 2 3 4 5 6 10 7 9 8 13 29 25 dochfl1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( โ„ฉ ๐‘˜ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘ค โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ { ๐‘‹ } ) ๐‘ฃ = ( ๐‘ค + ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) ) ) ) โ€˜ ๐‘‹ ) = 1 )
35 16 34 eqtr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) = ( ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( โ„ฉ ๐‘˜ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘ค โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ { ๐‘‹ } ) ๐‘ฃ = ( ๐‘ค + ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) ) ) ) โ€˜ ๐‘‹ ) )
36 1 2 3 4 7 17 10 11 12 13 14 15 dochfln0 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘‹ ) โ‰  ( 0g โ€˜ ๐‘† ) )
37 4 7 9 17 11 12 18 24 14 30 33 35 36 eqlkr3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ = ( ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( โ„ฉ ๐‘˜ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘ค โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ { ๐‘‹ } ) ๐‘ฃ = ( ๐‘ค + ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) ) ) ) )