Metamath Proof Explorer


Theorem lclkrs

Description: The set of functionals having closed kernels and majorizing the orthocomplement of a given subspace R is a subspace of the dual space. TODO: This proof repeats large parts of the lclkr proof. Do we achieve overall shortening by breaking them out as subtheorems? Or make lclkr a special case of this? (Contributed by NM, 29-Jan-2015)

Ref Expression
Hypotheses lclkrs.h โŠข ๐ป = ( LHyp โ€˜ ๐พ )
lclkrs.o โŠข โŠฅ = ( ( ocH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
lclkrs.u โŠข ๐‘ˆ = ( ( DVecH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
lclkrs.s โŠข ๐‘† = ( LSubSp โ€˜ ๐‘ˆ )
lclkrs.f โŠข ๐น = ( LFnl โ€˜ ๐‘ˆ )
lclkrs.l โŠข ๐ฟ = ( LKer โ€˜ ๐‘ˆ )
lclkrs.d โŠข ๐ท = ( LDual โ€˜ ๐‘ˆ )
lclkrs.t โŠข ๐‘‡ = ( LSubSp โ€˜ ๐ท )
lclkrs.c โŠข ๐ถ = { ๐‘“ โˆˆ ๐น โˆฃ ( ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) ) = ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) โˆง ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โІ ๐‘… ) }
lclkrs.k โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐พ โˆˆ HL โˆง ๐‘Š โˆˆ ๐ป ) )
lclkrs.r โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘… โˆˆ ๐‘† )
Assertion lclkrs ( ๐œ‘ โ†’ ๐ถ โˆˆ ๐‘‡ )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lclkrs.h โŠข ๐ป = ( LHyp โ€˜ ๐พ )
2 lclkrs.o โŠข โŠฅ = ( ( ocH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
3 lclkrs.u โŠข ๐‘ˆ = ( ( DVecH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
4 lclkrs.s โŠข ๐‘† = ( LSubSp โ€˜ ๐‘ˆ )
5 lclkrs.f โŠข ๐น = ( LFnl โ€˜ ๐‘ˆ )
6 lclkrs.l โŠข ๐ฟ = ( LKer โ€˜ ๐‘ˆ )
7 lclkrs.d โŠข ๐ท = ( LDual โ€˜ ๐‘ˆ )
8 lclkrs.t โŠข ๐‘‡ = ( LSubSp โ€˜ ๐ท )
9 lclkrs.c โŠข ๐ถ = { ๐‘“ โˆˆ ๐น โˆฃ ( ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) ) = ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) โˆง ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โІ ๐‘… ) }
10 lclkrs.k โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐พ โˆˆ HL โˆง ๐‘Š โˆˆ ๐ป ) )
11 lclkrs.r โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘… โˆˆ ๐‘† )
12 ssrab2 โŠข { ๐‘“ โˆˆ ๐น โˆฃ ( ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) ) = ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) โˆง ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โІ ๐‘… ) } โІ ๐น
13 12 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ { ๐‘“ โˆˆ ๐น โˆฃ ( ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) ) = ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) โˆง ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โІ ๐‘… ) } โІ ๐น )
14 9 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ถ = { ๐‘“ โˆˆ ๐น โˆฃ ( ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) ) = ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) โˆง ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘“ ) ) โІ ๐‘… ) } )
15 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐ท ) = ( Base โ€˜ ๐ท )
16 1 3 10 dvhlmod โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ LMod )
17 5 7 15 16 ldualvbase โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( Base โ€˜ ๐ท ) = ๐น )
18 13 14 17 3sstr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ถ โІ ( Base โ€˜ ๐ท ) )
19 eqid โŠข ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) = ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ )
20 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) )
21 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ )
22 19 20 21 5 lfl0f โŠข ( ๐‘ˆ โˆˆ LMod โ†’ ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) โˆˆ ๐น )
23 16 22 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) โˆˆ ๐น )
24 1 3 2 21 10 dochoc1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ) ) = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) )
25 eqidd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) = ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) )
26 19 20 21 5 6 lkr0f โŠข ( ( ๐‘ˆ โˆˆ LMod โˆง ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) โˆˆ ๐น ) โ†’ ( ( ๐ฟ โ€˜ ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) ) = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) โ†” ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) = ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) ) )
27 16 23 26 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ฟ โ€˜ ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) ) = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) โ†” ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) = ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) ) )
28 25 27 mpbird โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ฟ โ€˜ ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) ) = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) )
29 28 fveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) ) ) = ( โŠฅ โ€˜ ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ) )
30 29 fveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) ) ) ) = ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ) ) )
31 24 30 28 3eqtr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) ) ) ) = ( ๐ฟ โ€˜ ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) ) )
32 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ๐‘ˆ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘ˆ )
33 1 3 2 21 32 doch1 โŠข ( ( ๐พ โˆˆ HL โˆง ๐‘Š โˆˆ ๐ป ) โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ) = { ( 0g โ€˜ ๐‘ˆ ) } )
34 10 33 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ) = { ( 0g โ€˜ ๐‘ˆ ) } )
35 29 34 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) ) ) = { ( 0g โ€˜ ๐‘ˆ ) } )
36 32 4 lss0ss โŠข ( ( ๐‘ˆ โˆˆ LMod โˆง ๐‘… โˆˆ ๐‘† ) โ†’ { ( 0g โ€˜ ๐‘ˆ ) } โІ ๐‘… )
37 16 11 36 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ { ( 0g โ€˜ ๐‘ˆ ) } โІ ๐‘… )
38 35 37 eqsstrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) ) ) โІ ๐‘… )
39 9 lcfls1lem โŠข ( ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) โˆˆ ๐ถ โ†” ( ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) โˆˆ ๐น โˆง ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) ) ) ) = ( ๐ฟ โ€˜ ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) ) โˆง ( โŠฅ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) ) ) โІ ๐‘… ) )
40 23 31 38 39 syl3anbrc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( Base โ€˜ ๐‘ˆ ) ร— { ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) } ) โˆˆ ๐ถ )
41 40 ne0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ถ โ‰  โˆ… )
42 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) )
43 eqid โŠข ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท )
44 10 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘ โˆˆ ๐ถ ) ) โ†’ ( ๐พ โˆˆ HL โˆง ๐‘Š โˆˆ ๐ป ) )
45 11 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘ โˆˆ ๐ถ ) ) โ†’ ๐‘… โˆˆ ๐‘† )
46 simpr3 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘ โˆˆ ๐ถ ) ) โ†’ ๐‘ โˆˆ ๐ถ )
47 eqid โŠข ( +g โ€˜ ๐ท ) = ( +g โ€˜ ๐ท )
48 simpr2 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘ โˆˆ ๐ถ ) ) โ†’ ๐‘Ž โˆˆ ๐ถ )
49 simpr1 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘ โˆˆ ๐ถ ) ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) )
50 eqid โŠข ( Scalar โ€˜ ๐ท ) = ( Scalar โ€˜ ๐ท )
51 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) )
52 19 42 7 50 51 16 ldualsbase โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) )
53 52 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘ โˆˆ ๐ถ ) ) โ†’ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) )
54 49 53 eleqtrd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘ โˆˆ ๐ถ ) ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ ) ) )
55 1 2 3 4 5 6 7 19 42 43 9 44 45 48 54 lclkrslem1 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘ โˆˆ ๐ถ ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐‘Ž ) โˆˆ ๐ถ )
56 1 2 3 4 5 6 7 19 42 43 9 44 45 46 47 55 lclkrslem2 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐ถ โˆง ๐‘ โˆˆ ๐ถ ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐‘Ž ) ( +g โ€˜ ๐ท ) ๐‘ ) โˆˆ ๐ถ )
57 56 ralrimivvva โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ๐ถ โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐ถ ( ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐‘Ž ) ( +g โ€˜ ๐ท ) ๐‘ ) โˆˆ ๐ถ )
58 50 51 15 47 43 8 islss โŠข ( ๐ถ โˆˆ ๐‘‡ โ†” ( ๐ถ โІ ( Base โ€˜ ๐ท ) โˆง ๐ถ โ‰  โˆ… โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ท ) ) โˆ€ ๐‘Ž โˆˆ ๐ถ โˆ€ ๐‘ โˆˆ ๐ถ ( ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ท ) ๐‘Ž ) ( +g โ€˜ ๐ท ) ๐‘ ) โˆˆ ๐ถ ) )
59 18 41 57 58 syl3anbrc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ถ โˆˆ ๐‘‡ )