Metamath Proof Explorer


Theorem lspdisj

Description: The span of a vector not in a subspace is disjoint with the subspace. (Contributed by NM, 6-Apr-2015)

Ref Expression
Hypotheses lspdisj.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
lspdisj.o โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘Š )
lspdisj.n โŠข ๐‘ = ( LSpan โ€˜ ๐‘Š )
lspdisj.s โŠข ๐‘† = ( LSubSp โ€˜ ๐‘Š )
lspdisj.w โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Š โˆˆ LVec )
lspdisj.u โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ ๐‘† )
lspdisj.x โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ )
lspdisj.e โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยฌ ๐‘‹ โˆˆ ๐‘ˆ )
Assertion lspdisj ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โˆฉ ๐‘ˆ ) = { 0 } )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lspdisj.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
2 lspdisj.o โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘Š )
3 lspdisj.n โŠข ๐‘ = ( LSpan โ€˜ ๐‘Š )
4 lspdisj.s โŠข ๐‘† = ( LSubSp โ€˜ ๐‘Š )
5 lspdisj.w โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Š โˆˆ LVec )
6 lspdisj.u โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ ๐‘† )
7 lspdisj.x โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ )
8 lspdisj.e โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยฌ ๐‘‹ โˆˆ ๐‘ˆ )
9 lveclmod โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LVec โ†’ ๐‘Š โˆˆ LMod )
10 5 9 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Š โˆˆ LMod )
11 eqid โŠข ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
12 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) )
13 eqid โŠข ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š )
14 11 12 1 13 3 lspsnel โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘ฃ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โ†” โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) ) )
15 10 7 14 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฃ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โ†” โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) ) )
16 15 biimpa โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) )
17 16 adantrr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฃ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) )
18 simprr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) ) ) โ†’ ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) )
19 8 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) ) ) โ†’ ยฌ ๐‘‹ โˆˆ ๐‘ˆ )
20 simplr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) ) ) โ†’ ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ )
21 18 20 eqeltrrd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) ) ) โ†’ ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) โˆˆ ๐‘ˆ )
22 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) )
23 5 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) ) ) โ†’ ๐‘Š โˆˆ LVec )
24 6 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) ) ) โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ ๐‘† )
25 7 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) ) ) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ )
26 simprl โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) )
27 1 13 11 12 22 4 23 24 25 26 lssvs0or โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) ) ) โ†’ ( ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) โˆˆ ๐‘ˆ โ†” ( ๐‘˜ = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆจ ๐‘‹ โˆˆ ๐‘ˆ ) ) )
28 21 27 mpbid โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) ) ) โ†’ ( ๐‘˜ = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆจ ๐‘‹ โˆˆ ๐‘ˆ ) )
29 28 orcomd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) ) ) โ†’ ( ๐‘‹ โˆˆ ๐‘ˆ โˆจ ๐‘˜ = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ) )
30 29 ord โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) ) ) โ†’ ( ยฌ ๐‘‹ โˆˆ ๐‘ˆ โ†’ ๐‘˜ = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ) )
31 19 30 mpd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) ) ) โ†’ ๐‘˜ = ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) )
32 31 oveq1d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) ) ) โ†’ ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) = ( ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) )
33 10 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) ) ) โ†’ ๐‘Š โˆˆ LMod )
34 1 11 13 22 2 lmod0vs โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) = 0 )
35 33 25 34 syl2anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) ) ) โ†’ ( ( 0g โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) = 0 )
36 18 32 35 3eqtrd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) ) ) โ†’ ๐‘ฃ = 0 )
37 36 exp32 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โ†’ ( ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) โ†’ ๐‘ฃ = 0 ) ) )
38 37 adantrl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฃ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) ) โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โ†’ ( ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) โ†’ ๐‘ฃ = 0 ) ) )
39 38 rexlimdv โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฃ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) ) โ†’ ( โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘‹ ) โ†’ ๐‘ฃ = 0 ) )
40 17 39 mpd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฃ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) ) โ†’ ๐‘ฃ = 0 )
41 40 ex โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘ฃ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) โ†’ ๐‘ฃ = 0 ) )
42 elin โŠข ( ๐‘ฃ โˆˆ ( ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โˆฉ ๐‘ˆ ) โ†” ( ๐‘ฃ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โˆง ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘ˆ ) )
43 velsn โŠข ( ๐‘ฃ โˆˆ { 0 } โ†” ๐‘ฃ = 0 )
44 41 42 43 3imtr4g โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฃ โˆˆ ( ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โˆฉ ๐‘ˆ ) โ†’ ๐‘ฃ โˆˆ { 0 } ) )
45 44 ssrdv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โˆฉ ๐‘ˆ ) โІ { 0 } )
46 1 4 3 lspsncl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โˆˆ ๐‘† )
47 10 7 46 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โˆˆ ๐‘† )
48 2 4 lss0ss โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โˆˆ ๐‘† ) โ†’ { 0 } โІ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) )
49 10 47 48 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ { 0 } โІ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) )
50 2 4 lss0ss โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘ˆ โˆˆ ๐‘† ) โ†’ { 0 } โІ ๐‘ˆ )
51 10 6 50 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ { 0 } โІ ๐‘ˆ )
52 49 51 ssind โŠข ( ๐œ‘ โ†’ { 0 } โІ ( ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โˆฉ ๐‘ˆ ) )
53 45 52 eqssd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โˆฉ ๐‘ˆ ) = { 0 } )