Metamath Proof Explorer


Theorem lspsn

Description: Span of the singleton of a vector. (Contributed by NM, 14-Jan-2014) (Proof shortened by Mario Carneiro, 19-Jun-2014)

Ref Expression
Hypotheses lspsn.f โŠข ๐น = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
lspsn.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐น )
lspsn.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
lspsn.t โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š )
lspsn.n โŠข ๐‘ = ( LSpan โ€˜ ๐‘Š )
Assertion lspsn ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) = { ๐‘ฃ โˆฃ โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ๐พ ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) } )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lspsn.f โŠข ๐น = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
2 lspsn.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐น )
3 lspsn.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
4 lspsn.t โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š )
5 lspsn.n โŠข ๐‘ = ( LSpan โ€˜ ๐‘Š )
6 eqid โŠข ( LSubSp โ€˜ ๐‘Š ) = ( LSubSp โ€˜ ๐‘Š )
7 simpl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ๐‘Š โˆˆ LMod )
8 3 1 4 2 6 lss1d โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ { ๐‘ฃ โˆฃ โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ๐พ ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) } โˆˆ ( LSubSp โ€˜ ๐‘Š ) )
9 eqid โŠข ( 1r โ€˜ ๐น ) = ( 1r โ€˜ ๐น )
10 1 2 9 lmod1cl โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ( 1r โ€˜ ๐น ) โˆˆ ๐พ )
11 3 1 4 9 lmodvs1 โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( 1r โ€˜ ๐น ) ยท ๐‘‹ ) = ๐‘‹ )
12 11 eqcomd โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ๐‘‹ = ( ( 1r โ€˜ ๐น ) ยท ๐‘‹ ) )
13 oveq1 โŠข ( ๐‘˜ = ( 1r โ€˜ ๐น ) โ†’ ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) = ( ( 1r โ€˜ ๐น ) ยท ๐‘‹ ) )
14 13 rspceeqv โŠข ( ( ( 1r โ€˜ ๐น ) โˆˆ ๐พ โˆง ๐‘‹ = ( ( 1r โ€˜ ๐น ) ยท ๐‘‹ ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ๐พ ๐‘‹ = ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) )
15 10 12 14 syl2an2r โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ๐พ ๐‘‹ = ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) )
16 eqeq1 โŠข ( ๐‘ฃ = ๐‘‹ โ†’ ( ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) โ†” ๐‘‹ = ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) ) )
17 16 rexbidv โŠข ( ๐‘ฃ = ๐‘‹ โ†’ ( โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ๐พ ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) โ†” โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ๐พ ๐‘‹ = ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) ) )
18 17 elabg โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ โ†’ ( ๐‘‹ โˆˆ { ๐‘ฃ โˆฃ โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ๐พ ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) } โ†” โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ๐พ ๐‘‹ = ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) ) )
19 18 adantl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘‹ โˆˆ { ๐‘ฃ โˆฃ โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ๐พ ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) } โ†” โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ๐พ ๐‘‹ = ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) ) )
20 15 19 mpbird โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ { ๐‘ฃ โˆฃ โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ๐พ ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) } )
21 6 5 7 8 20 lspsnel5a โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โІ { ๐‘ฃ โˆฃ โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ๐พ ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) } )
22 7 adantr โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐พ ) โ†’ ๐‘Š โˆˆ LMod )
23 3 6 5 lspsncl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โˆˆ ( LSubSp โ€˜ ๐‘Š ) )
24 23 adantr โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐พ ) โ†’ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โˆˆ ( LSubSp โ€˜ ๐‘Š ) )
25 simpr โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐พ ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ ๐พ )
26 3 5 lspsnid โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) )
27 26 adantr โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐พ ) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) )
28 1 4 2 6 lssvscl โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โˆˆ ( LSubSp โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ ๐พ โˆง ๐‘‹ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) ) ) โ†’ ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) )
29 22 24 25 27 28 syl22anc โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐พ ) โ†’ ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) )
30 eleq1a โŠข ( ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) โ†’ ( ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) โ†’ ๐‘ฃ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) ) )
31 29 30 syl โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐พ ) โ†’ ( ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) โ†’ ๐‘ฃ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) ) )
32 31 rexlimdva โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ๐พ ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) โ†’ ๐‘ฃ โˆˆ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) ) )
33 32 abssdv โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ { ๐‘ฃ โˆฃ โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ๐พ ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) } โІ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) )
34 21 33 eqssd โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) = { ๐‘ฃ โˆฃ โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ๐พ ๐‘ฃ = ( ๐‘˜ ยท ๐‘‹ ) } )