Metamath Proof Explorer


Theorem lcfrlem5

Description: Lemma for lcfr . The set of functionals having closed kernels and majorizing the orthocomplement of a given subspace Q is closed under scalar product. TODO: share hypotheses with others. Use more consistent variable names here or elsewhere when possible. (Contributed by NM, 5-Mar-2015)

Ref Expression
Hypotheses lcfrlem5.h โŠข ๐ป = ( LHyp โ€˜ ๐พ )
lcfrlem5.o โŠข โŠฅ = ( ( ocH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
lcfrlem5.u โŠข ๐‘ˆ = ( ( DVecH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
lcfrlem5.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ )
lcfrlem5.f โŠข ๐น = ( LFnl โ€˜ ๐‘ˆ )
lcfrlem5.l โŠข ๐ฟ = ( LKer โ€˜ ๐‘ˆ )
lcfrlem5.d โŠข ๐ท = ( LDual โ€˜ ๐‘ˆ )
lcfrlem5.s โŠข ๐‘† = ( LSubSp โ€˜ ๐ท )
lcfrlem5.k โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐พ โˆˆ HL โˆง ๐‘Š โˆˆ ๐ป ) )
lcfrlem5.r โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘… โˆˆ ๐‘† )
lcfrlem5.q โŠข ๐‘„ = โˆช ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) )
lcfrlem5.x โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐‘„ )
lcfrlem5.c โŠข ๐ถ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ )
lcfrlem5.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ถ )
lcfrlem5.t โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ˆ )
lcfrlem5.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ ๐ต )
Assertion lcfrlem5 ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) โˆˆ ๐‘„ )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lcfrlem5.h โŠข ๐ป = ( LHyp โ€˜ ๐พ )
2 lcfrlem5.o โŠข โŠฅ = ( ( ocH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
3 lcfrlem5.u โŠข ๐‘ˆ = ( ( DVecH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
4 lcfrlem5.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ )
5 lcfrlem5.f โŠข ๐น = ( LFnl โ€˜ ๐‘ˆ )
6 lcfrlem5.l โŠข ๐ฟ = ( LKer โ€˜ ๐‘ˆ )
7 lcfrlem5.d โŠข ๐ท = ( LDual โ€˜ ๐‘ˆ )
8 lcfrlem5.s โŠข ๐‘† = ( LSubSp โ€˜ ๐ท )
9 lcfrlem5.k โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐พ โˆˆ HL โˆง ๐‘Š โˆˆ ๐ป ) )
10 lcfrlem5.r โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘… โˆˆ ๐‘† )
11 lcfrlem5.q โŠข ๐‘„ = โˆช ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) )
12 lcfrlem5.x โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐‘„ )
13 lcfrlem5.c โŠข ๐ถ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ )
14 lcfrlem5.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ถ )
15 lcfrlem5.t โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ˆ )
16 lcfrlem5.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ ๐ต )
17 12 11 eleqtrdi โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โˆช ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) )
18 eliun โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โˆช ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โ†” โˆƒ ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ๐‘‹ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) )
19 17 18 sylib โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆƒ ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ๐‘‹ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) )
20 1 3 9 dvhlmod โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ LMod )
21 20 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) ) โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ LMod )
22 9 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) ) โ†’ ( ๐พ โˆˆ HL โˆง ๐‘Š โˆˆ ๐ป ) )
23 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐ท ) = ( Base โ€˜ ๐ท )
24 23 8 lssss โŠข ( ๐‘… โˆˆ ๐‘† โ†’ ๐‘… โŠ† ( Base โ€˜ ๐ท ) )
25 10 24 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘… โŠ† ( Base โ€˜ ๐ท ) )
26 5 7 23 20 ldualvbase โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( Base โ€˜ ๐ท ) = ๐น )
27 25 26 sseqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘… โŠ† ๐น )
28 27 sselda โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ) โ†’ ๐‘“ โˆˆ ๐น )
29 28 adantr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) ) โ†’ ๐‘“ โˆˆ ๐น )
30 4 5 6 21 29 lkrssv โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) ) โ†’ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) โŠ† ๐‘‰ )
31 eqid โŠข ( LSubSp โ€˜ ๐‘ˆ ) = ( LSubSp โ€˜ ๐‘ˆ )
32 1 3 4 31 2 dochlss โŠข ( ( ( ๐พ โˆˆ HL โˆง ๐‘Š โˆˆ ๐ป ) โˆง ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) โŠ† ๐‘‰ ) โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โˆˆ ( LSubSp โ€˜ ๐‘ˆ ) )
33 22 30 32 syl2anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) ) โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โˆˆ ( LSubSp โ€˜ ๐‘ˆ ) )
34 16 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) ) โ†’ ๐ด โˆˆ ๐ต )
35 simpr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) ) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) )
36 13 15 14 31 lssvscl โŠข ( ( ( ๐‘ˆ โˆˆ LMod โˆง ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โˆˆ ( LSubSp โ€˜ ๐‘ˆ ) ) โˆง ( ๐ด โˆˆ ๐ต โˆง ๐‘‹ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) ) ) โ†’ ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) )
37 21 33 34 35 36 syl22anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) ) โ†’ ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) )
38 37 ex โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ) โ†’ ( ๐‘‹ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โ†’ ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) ) )
39 38 reximdva โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆƒ ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ๐‘‹ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) ) )
40 19 39 mpd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆƒ ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) )
41 eliun โŠข ( ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) โˆˆ โˆช ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โ†” โˆƒ ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) )
42 40 41 sylibr โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) โˆˆ โˆช ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) )
43 42 11 eleqtrrdi โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด ยท ๐‘‹ ) โˆˆ ๐‘„ )