Metamath Proof Explorer


Theorem lines

Description: The lines passing through two different points in a left module (or any extended structure having a base set, an addition, and a scalar multiplication). (Contributed by AV, 14-Jan-2023)

Ref Expression
Hypotheses lines.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
lines.l โŠข ๐ฟ = ( LineM โ€˜ ๐‘Š )
lines.s โŠข ๐‘† = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
lines.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐‘† )
lines.p โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š )
lines.a โŠข + = ( +g โ€˜ ๐‘Š )
lines.m โŠข โˆ’ = ( -g โ€˜ ๐‘† )
lines.1 โŠข 1 = ( 1r โ€˜ ๐‘† )
Assertion lines ( ๐‘Š โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ๐ฟ = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ต โˆ– { ๐‘ฅ } ) โ†ฆ { ๐‘ โˆˆ ๐ต โˆฃ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ๐พ ๐‘ = ( ( ( 1 โˆ’ ๐‘ก ) ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ก ยท ๐‘ฆ ) ) } ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lines.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
2 lines.l โŠข ๐ฟ = ( LineM โ€˜ ๐‘Š )
3 lines.s โŠข ๐‘† = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
4 lines.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐‘† )
5 lines.p โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š )
6 lines.a โŠข + = ( +g โ€˜ ๐‘Š )
7 lines.m โŠข โˆ’ = ( -g โ€˜ ๐‘† )
8 lines.1 โŠข 1 = ( 1r โ€˜ ๐‘† )
9 df-line โŠข LineM = ( ๐‘ค โˆˆ V โ†ฆ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) , ๐‘ฆ โˆˆ ( ( Base โ€˜ ๐‘ค ) โˆ– { ๐‘ฅ } ) โ†ฆ { ๐‘ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) โˆฃ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ๐‘ = ( ( ( ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( -g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ๐‘ก ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘ค ) ( ๐‘ก ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) } ) )
10 fveq2 โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) = ( Base โ€˜ ๐‘ค ) )
11 1 10 eqtrid โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘ค ) )
12 11 difeq1d โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ( ๐ต โˆ– { ๐‘ฅ } ) = ( ( Base โ€˜ ๐‘ค ) โˆ– { ๐‘ฅ } ) )
13 fveq2 โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) )
14 3 13 eqtrid โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ๐‘† = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) )
15 14 fveq2d โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ( Base โ€˜ ๐‘† ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) )
16 4 15 eqtrid โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ๐พ = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) )
17 fveq2 โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) = ( +g โ€˜ ๐‘ค ) )
18 6 17 eqtrid โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ + = ( +g โ€˜ ๐‘ค ) )
19 fveq2 โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) )
20 5 19 eqtrid โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) )
21 3 fveq2i โŠข ( -g โ€˜ ๐‘† ) = ( -g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) )
22 7 21 eqtri โŠข โˆ’ = ( -g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) )
23 2fveq3 โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ( -g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) = ( -g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) )
24 22 23 eqtrid โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ โˆ’ = ( -g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) )
25 3 fveq2i โŠข ( 1r โ€˜ ๐‘† ) = ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) )
26 8 25 eqtri โŠข 1 = ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) )
27 2fveq3 โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) = ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) )
28 26 27 eqtrid โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ 1 = ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) )
29 eqidd โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ๐‘ก = ๐‘ก )
30 24 28 29 oveq123d โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ( 1 โˆ’ ๐‘ก ) = ( ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( -g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ๐‘ก ) )
31 eqidd โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ๐‘ฅ = ๐‘ฅ )
32 20 30 31 oveq123d โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ( ( 1 โˆ’ ๐‘ก ) ยท ๐‘ฅ ) = ( ( ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( -g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ๐‘ก ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฅ ) )
33 20 oveqd โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ( ๐‘ก ยท ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ก ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) )
34 18 32 33 oveq123d โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ( ( ( 1 โˆ’ ๐‘ก ) ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ก ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ( ( ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( -g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ๐‘ก ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘ค ) ( ๐‘ก ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) )
35 34 eqeq2d โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ( ๐‘ = ( ( ( 1 โˆ’ ๐‘ก ) ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ก ยท ๐‘ฆ ) ) โ†” ๐‘ = ( ( ( ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( -g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ๐‘ก ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘ค ) ( ๐‘ก ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) ) )
36 16 35 rexeqbidv โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ( โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ๐พ ๐‘ = ( ( ( 1 โˆ’ ๐‘ก ) ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ก ยท ๐‘ฆ ) ) โ†” โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ๐‘ = ( ( ( ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( -g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ๐‘ก ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘ค ) ( ๐‘ก ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) ) )
37 11 36 rabeqbidv โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ { ๐‘ โˆˆ ๐ต โˆฃ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ๐พ ๐‘ = ( ( ( 1 โˆ’ ๐‘ก ) ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ก ยท ๐‘ฆ ) ) } = { ๐‘ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) โˆฃ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ๐‘ = ( ( ( ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( -g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ๐‘ก ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘ค ) ( ๐‘ก ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) } )
38 11 12 37 mpoeq123dv โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ต โˆ– { ๐‘ฅ } ) โ†ฆ { ๐‘ โˆˆ ๐ต โˆฃ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ๐พ ๐‘ = ( ( ( 1 โˆ’ ๐‘ก ) ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ก ยท ๐‘ฆ ) ) } ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) , ๐‘ฆ โˆˆ ( ( Base โ€˜ ๐‘ค ) โˆ– { ๐‘ฅ } ) โ†ฆ { ๐‘ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) โˆฃ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ๐‘ = ( ( ( ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( -g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ๐‘ก ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘ค ) ( ๐‘ก ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) } ) )
39 38 eqcomd โŠข ( ๐‘Š = ๐‘ค โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) , ๐‘ฆ โˆˆ ( ( Base โ€˜ ๐‘ค ) โˆ– { ๐‘ฅ } ) โ†ฆ { ๐‘ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) โˆฃ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ๐‘ = ( ( ( ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( -g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ๐‘ก ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘ค ) ( ๐‘ก ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) } ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ต โˆ– { ๐‘ฅ } ) โ†ฆ { ๐‘ โˆˆ ๐ต โˆฃ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ๐พ ๐‘ = ( ( ( 1 โˆ’ ๐‘ก ) ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ก ยท ๐‘ฆ ) ) } ) )
40 39 eqcoms โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) , ๐‘ฆ โˆˆ ( ( Base โ€˜ ๐‘ค ) โˆ– { ๐‘ฅ } ) โ†ฆ { ๐‘ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) โˆฃ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ๐‘ = ( ( ( ( 1r โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ( -g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) ๐‘ก ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฅ ) ( +g โ€˜ ๐‘ค ) ( ๐‘ก ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) } ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ต โˆ– { ๐‘ฅ } ) โ†ฆ { ๐‘ โˆˆ ๐ต โˆฃ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ๐พ ๐‘ = ( ( ( 1 โˆ’ ๐‘ก ) ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ก ยท ๐‘ฆ ) ) } ) )
41 elex โŠข ( ๐‘Š โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ๐‘Š โˆˆ V )
42 1 fvexi โŠข ๐ต โˆˆ V
43 42 difexi โŠข ( ๐ต โˆ– { ๐‘ฅ } ) โˆˆ V
44 42 43 mpoex โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ต โˆ– { ๐‘ฅ } ) โ†ฆ { ๐‘ โˆˆ ๐ต โˆฃ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ๐พ ๐‘ = ( ( ( 1 โˆ’ ๐‘ก ) ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ก ยท ๐‘ฆ ) ) } ) โˆˆ V
45 44 a1i โŠข ( ๐‘Š โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ต โˆ– { ๐‘ฅ } ) โ†ฆ { ๐‘ โˆˆ ๐ต โˆฃ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ๐พ ๐‘ = ( ( ( 1 โˆ’ ๐‘ก ) ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ก ยท ๐‘ฆ ) ) } ) โˆˆ V )
46 9 40 41 45 fvmptd3 โŠข ( ๐‘Š โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ( LineM โ€˜ ๐‘Š ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ต โˆ– { ๐‘ฅ } ) โ†ฆ { ๐‘ โˆˆ ๐ต โˆฃ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ๐พ ๐‘ = ( ( ( 1 โˆ’ ๐‘ก ) ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ก ยท ๐‘ฆ ) ) } ) )
47 2 46 eqtrid โŠข ( ๐‘Š โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ๐ฟ = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐ต , ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ต โˆ– { ๐‘ฅ } ) โ†ฆ { ๐‘ โˆˆ ๐ต โˆฃ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ๐พ ๐‘ = ( ( ( 1 โˆ’ ๐‘ก ) ยท ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ก ยท ๐‘ฆ ) ) } ) )