Metamath Proof Explorer


Theorem lcfrvalsnN

Description: Reconstruction from the dual space span of a singleton. (Contributed by NM, 19-Feb-2015) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypotheses lcfrvalsn.h โŠข ๐ป = ( LHyp โ€˜ ๐พ )
lcfrvalsn.o โŠข โŠฅ = ( ( ocH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
lcfrvalsn.u โŠข ๐‘ˆ = ( ( DVecH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
lcfrvalsn.f โŠข ๐น = ( LFnl โ€˜ ๐‘ˆ )
lcfrvalsn.l โŠข ๐ฟ = ( LKer โ€˜ ๐‘ˆ )
lcfrvalsn.d โŠข ๐ท = ( LDual โ€˜ ๐‘ˆ )
lcfrvalsn.n โŠข ๐‘ = ( LSpan โ€˜ ๐ท )
lcfrvalsn.k โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐พ โˆˆ HL โˆง ๐‘Š โˆˆ ๐ป ) )
lcfrvalsn.g โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ๐น )
lcfrvalsn.q โŠข ๐‘„ = โˆช ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) )
lcfrvalsn.r โŠข ๐‘… = ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } )
Assertion lcfrvalsnN ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘„ = ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lcfrvalsn.h โŠข ๐ป = ( LHyp โ€˜ ๐พ )
2 lcfrvalsn.o โŠข โŠฅ = ( ( ocH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
3 lcfrvalsn.u โŠข ๐‘ˆ = ( ( DVecH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
4 lcfrvalsn.f โŠข ๐น = ( LFnl โ€˜ ๐‘ˆ )
5 lcfrvalsn.l โŠข ๐ฟ = ( LKer โ€˜ ๐‘ˆ )
6 lcfrvalsn.d โŠข ๐ท = ( LDual โ€˜ ๐‘ˆ )
7 lcfrvalsn.n โŠข ๐‘ = ( LSpan โ€˜ ๐ท )
8 lcfrvalsn.k โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐พ โˆˆ HL โˆง ๐‘Š โˆˆ ๐ป ) )
9 lcfrvalsn.g โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ๐น )
10 lcfrvalsn.q โŠข ๐‘„ = โˆช ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) )
11 lcfrvalsn.r โŠข ๐‘… = ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } )
12 eliun โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โˆช ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โ†” โˆƒ ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) )
13 11 eleq2i โŠข ( ๐‘“ โˆˆ ๐‘… โ†” ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) )
14 8 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) ) โ†’ ( ๐พ โˆˆ HL โˆง ๐‘Š โˆˆ ๐ป ) )
15 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ )
16 1 3 8 dvhlmod โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ LMod )
17 16 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) ) โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ LMod )
18 6 16 lduallmod โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ท โˆˆ LMod )
19 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐ท ) = ( Base โ€˜ ๐ท )
20 4 6 19 16 9 ldualelvbase โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐ท ) )
21 eqid โŠข ( LSubSp โ€˜ ๐ท ) = ( LSubSp โ€˜ ๐ท )
22 19 21 7 lspsncl โŠข ( ( ๐ท โˆˆ LMod โˆง ๐บ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐ท ) ) โ†’ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) โˆˆ ( LSubSp โ€˜ ๐ท ) )
23 18 20 22 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) โˆˆ ( LSubSp โ€˜ ๐ท ) )
24 19 21 lssel โŠข ( ( ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) โˆˆ ( LSubSp โ€˜ ๐ท ) โˆง ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) ) โ†’ ๐‘“ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐ท ) )
25 23 24 sylan โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) ) โ†’ ๐‘“ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐ท ) )
26 4 6 19 16 ldualvbase โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( Base โ€˜ ๐ท ) = ๐น )
27 26 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) ) โ†’ ( Base โ€˜ ๐ท ) = ๐น )
28 25 27 eleqtrd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) ) โ†’ ๐‘“ โˆˆ ๐น )
29 15 4 5 17 28 lkrssv โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) ) โ†’ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) โŠ† ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) )
30 eqid โŠข ( Scalar โ€˜ ๐ท ) = ( Scalar โ€˜ ๐ท )
31 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) )
32 eqid โŠข ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท )
33 30 31 19 32 7 lspsnel โŠข ( ( ๐ท โˆˆ LMod โˆง ๐บ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐ท ) ) โ†’ ( ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) โ†” โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ๐‘“ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐บ ) ) )
34 18 20 33 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) โ†” โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ๐‘“ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐บ ) ) )
35 eqid โŠข ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) = ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ )
36 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) )
37 35 36 6 30 31 16 ldualsbase โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) )
38 37 rexeqdv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) ๐‘“ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐บ ) โ†” โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) ๐‘“ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐บ ) ) )
39 34 38 bitrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) โ†” โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) ๐‘“ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐บ ) ) )
40 39 biimpa โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) ๐‘“ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐บ ) )
41 1 3 8 dvhlvec โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ LVec )
42 41 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) ) โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ LVec )
43 9 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) ) โ†’ ๐บ โˆˆ ๐น )
44 35 36 4 5 6 32 42 43 28 lkrss2N โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) ) โ†’ ( ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) โŠ† ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) โ†” โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) ๐‘“ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐บ ) ) )
45 40 44 mpbird โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) ) โ†’ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) โŠ† ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) )
46 1 3 15 2 dochss โŠข ( ( ( ๐พ โˆˆ HL โˆง ๐‘Š โˆˆ ๐ป ) โˆง ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) โŠ† ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) โˆง ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) โŠ† ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โŠ† ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) )
47 14 29 45 46 syl3anc โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) ) โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โŠ† ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) )
48 47 sseld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) ) )
49 48 ex โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘“ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) ) ) )
50 13 49 biimtrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘“ โˆˆ ๐‘… โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) ) ) )
51 50 rexlimdv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆƒ ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) ) )
52 19 7 lspsnid โŠข ( ( ๐ท โˆˆ LMod โˆง ๐บ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐ท ) ) โ†’ ๐บ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) )
53 18 20 52 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐บ } ) )
54 53 11 eleqtrrdi โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ๐‘… )
55 2fveq3 โŠข ( ๐‘“ = ๐บ โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) = ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) )
56 55 eleq2d โŠข ( ๐‘“ = ๐บ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โ†” ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) ) )
57 56 rspcev โŠข ( ( ๐บ โˆˆ ๐‘… โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) )
58 54 57 sylan โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) )
59 58 ex โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) ) )
60 51 59 impbid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆƒ ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โ†” ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) ) )
61 12 60 bitrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โˆช ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โ†” ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) ) )
62 61 eqrdv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆช ๐‘“ โˆˆ ๐‘… ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) = ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) )
63 10 62 eqtrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘„ = ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐บ ) ) )