Metamath Proof Explorer


Theorem lsmcss

Description: A subset of a pre-Hilbert space whose double orthocomplement has a projection decomposition is a closed subspace. This is the core of the proof that a topologically closed subspace is algebraically closed in a Hilbert space. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Oct-2015)

Ref Expression
Hypotheses lsmcss.c โŠข ๐ถ = ( ClSubSp โ€˜ ๐‘Š )
lsmcss.j โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
lsmcss.o โŠข โŠฅ = ( ocv โ€˜ ๐‘Š )
lsmcss.p โŠข โŠ• = ( LSSum โ€˜ ๐‘Š )
lsmcss.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Š โˆˆ PreHil )
lsmcss.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘† โІ ๐‘‰ )
lsmcss.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) โІ ( ๐‘† โŠ• ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) )
Assertion lsmcss ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘† โˆˆ ๐ถ )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lsmcss.c โŠข ๐ถ = ( ClSubSp โ€˜ ๐‘Š )
2 lsmcss.j โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
3 lsmcss.o โŠข โŠฅ = ( ocv โ€˜ ๐‘Š )
4 lsmcss.p โŠข โŠ• = ( LSSum โ€˜ ๐‘Š )
5 lsmcss.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Š โˆˆ PreHil )
6 lsmcss.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘† โІ ๐‘‰ )
7 lsmcss.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) โІ ( ๐‘† โŠ• ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) )
8 7 sseld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐‘† โŠ• ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) )
9 phllmod โŠข ( ๐‘Š โˆˆ PreHil โ†’ ๐‘Š โˆˆ LMod )
10 5 9 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Š โˆˆ LMod )
11 2 3 ocvss โŠข ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) โІ ๐‘‰
12 11 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) โІ ๐‘‰ )
13 eqid โŠข ( +g โ€˜ ๐‘Š ) = ( +g โ€˜ ๐‘Š )
14 2 13 4 lsmelvalx โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘† โІ ๐‘‰ โˆง ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) โІ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐‘† โŠ• ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) โ†” โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ๐‘ฅ = ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) )
15 10 6 12 14 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐‘† โŠ• ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) โ†” โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ๐‘ฅ = ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) )
16 8 15 sylibd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ๐‘ฅ = ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) )
17 5 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ๐‘Š โˆˆ PreHil )
18 6 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ๐‘† โІ ๐‘‰ )
19 simplrl โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† )
20 18 19 sseldd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ )
21 simplrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) )
22 11 21 sselid โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‰ )
23 eqid โŠข ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
24 eqid โŠข ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) = ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š )
25 eqid โŠข ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) = ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) )
26 23 24 2 13 25 ipdir โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ PreHil โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘ง โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘ง โˆˆ ๐‘‰ ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) = ( ( ๐‘ฆ ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐‘ง ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) )
27 17 20 22 22 26 syl13anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) = ( ( ๐‘ฆ ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐‘ง ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) )
28 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) )
29 2 24 23 28 3 ocvi โŠข ( ( ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† ) โ†’ ( ๐‘ง ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) )
30 21 19 29 syl2anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ( ๐‘ง ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) )
31 23 24 2 28 iporthcom โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ PreHil โˆง ๐‘ง โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( ๐‘ง ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โ†” ( ๐‘ฆ ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ) )
32 17 22 20 31 syl3anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ( ( ๐‘ง ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โ†” ( ๐‘ฆ ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ) )
33 30 32 mpbid โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) )
34 33 oveq1d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐‘ง ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) = ( ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐‘ง ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) )
35 17 9 syl โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ๐‘Š โˆˆ LMod )
36 23 lmodfgrp โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) โˆˆ Grp )
37 35 36 syl โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) โˆˆ Grp )
38 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) )
39 23 24 2 38 ipcl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ PreHil โˆง ๐‘ง โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘ง โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘ง ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) )
40 17 22 22 39 syl3anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ( ๐‘ง ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) )
41 38 25 28 grplid โŠข ( ( ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) โˆˆ Grp โˆง ( ๐‘ง ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ) โ†’ ( ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐‘ง ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) = ( ๐‘ง ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) )
42 37 40 41 syl2anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ( ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( +g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ๐‘ง ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ) = ( ๐‘ง ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) )
43 27 34 42 3eqtrd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) = ( ๐‘ง ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) )
44 simpr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) )
45 2 24 23 28 3 ocvi โŠข ( ( ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) )
46 44 21 45 syl2anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) )
47 43 46 eqtr3d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ( ๐‘ง ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) )
48 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ๐‘Š ) = ( 0g โ€˜ ๐‘Š )
49 23 24 2 28 48 ipeq0 โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ PreHil โˆง ๐‘ง โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( ๐‘ง ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โ†” ๐‘ง = ( 0g โ€˜ ๐‘Š ) ) )
50 17 22 49 syl2anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ( ( ๐‘ง ( ยท๐‘– โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โ†” ๐‘ง = ( 0g โ€˜ ๐‘Š ) ) )
51 47 50 mpbid โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ๐‘ง = ( 0g โ€˜ ๐‘Š ) )
52 51 oveq2d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) = ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( 0g โ€˜ ๐‘Š ) ) )
53 lmodgrp โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ๐‘Š โˆˆ Grp )
54 10 53 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Š โˆˆ Grp )
55 54 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ๐‘Š โˆˆ Grp )
56 2 13 48 grprid โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ Grp โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( 0g โ€˜ ๐‘Š ) ) = ๐‘ฆ )
57 55 20 56 syl2anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ( 0g โ€˜ ๐‘Š ) ) = ๐‘ฆ )
58 52 57 eqtrd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) = ๐‘ฆ )
59 58 19 eqeltrd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โˆง ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ๐‘† )
60 59 ex โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ๐‘† ) )
61 eleq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) โ†” ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) )
62 eleq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘† โ†” ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ๐‘† ) )
63 61 62 imbi12d โŠข ( ๐‘ฅ = ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘† ) โ†” ( ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) โ†’ ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โˆˆ ๐‘† ) ) )
64 60 63 syl5ibrcom โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ = ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘† ) ) )
65 64 rexlimdvva โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ๐‘ฅ = ( ๐‘ฆ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ง ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘† ) ) )
66 16 65 syld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘† ) ) )
67 66 pm2.43d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘† ) )
68 67 ssrdv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) โІ ๐‘† )
69 2 1 3 iscss2 โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ PreHil โˆง ๐‘† โІ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘† โˆˆ ๐ถ โ†” ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) โІ ๐‘† ) )
70 5 6 69 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘† โˆˆ ๐ถ โ†” ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ ๐‘† ) ) โІ ๐‘† ) )
71 68 70 mpbird โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘† โˆˆ ๐ถ )