Metamath Proof Explorer


Theorem lssacs

Description: Submodules are an algebraic closure system. (Contributed by Stefan O'Rear, 4-Apr-2015)

Ref Expression
Hypotheses lssacs.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
lssacs.s โŠข ๐‘† = ( LSubSp โ€˜ ๐‘Š )
Assertion lssacs ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ๐‘† โˆˆ ( ACS โ€˜ ๐ต ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lssacs.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
2 lssacs.s โŠข ๐‘† = ( LSubSp โ€˜ ๐‘Š )
3 1 2 lssss โŠข ( ๐‘Ž โˆˆ ๐‘† โ†’ ๐‘Ž โІ ๐ต )
4 3 a1i โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ ๐‘† โ†’ ๐‘Ž โІ ๐ต ) )
5 inss2 โŠข ( ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆฉ { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } ) โІ { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ }
6 ssrab2 โŠข { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } โІ ๐’ซ ๐ต
7 5 6 sstri โŠข ( ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆฉ { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } ) โІ ๐’ซ ๐ต
8 7 sseli โŠข ( ๐‘Ž โˆˆ ( ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆฉ { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } ) โ†’ ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ๐ต )
9 8 elpwid โŠข ( ๐‘Ž โˆˆ ( ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆฉ { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } ) โ†’ ๐‘Ž โІ ๐ต )
10 9 a1i โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ ( ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆฉ { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } ) โ†’ ๐‘Ž โІ ๐ต ) )
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 2 islss4 โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ ๐‘† โ†” ( ๐‘Ž โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘Ž ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘Ž ) ) )
15 14 adantr โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘Ž โІ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ ๐‘† โ†” ( ๐‘Ž โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘Ž ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘Ž ) ) )
16 velpw โŠข ( ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ๐ต โ†” ๐‘Ž โІ ๐ต )
17 eleq2w โŠข ( ๐‘ = ๐‘Ž โ†’ ( ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ โ†” ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘Ž ) )
18 17 raleqbi1dv โŠข ( ๐‘ = ๐‘Ž โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ โ†” โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘Ž ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘Ž ) )
19 18 ralbidv โŠข ( ๐‘ = ๐‘Ž โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ โ†” โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘Ž ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘Ž ) )
20 19 elrab3 โŠข ( ๐‘Ž โˆˆ ๐’ซ ๐ต โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } โ†” โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘Ž ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘Ž ) )
21 16 20 sylbir โŠข ( ๐‘Ž โІ ๐ต โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } โ†” โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘Ž ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘Ž ) )
22 21 adantl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘Ž โІ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } โ†” โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘Ž ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘Ž ) )
23 22 anbi2d โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘Ž โІ ๐ต ) โ†’ ( ( ๐‘Ž โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } ) โ†” ( ๐‘Ž โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘Ž ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘Ž ) ) )
24 15 23 bitr4d โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘Ž โІ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ ๐‘† โ†” ( ๐‘Ž โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } ) ) )
25 elin โŠข ( ๐‘Ž โˆˆ ( ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆฉ { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } ) โ†” ( ๐‘Ž โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } ) )
26 24 25 bitr4di โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘Ž โІ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ ๐‘† โ†” ๐‘Ž โˆˆ ( ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆฉ { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } ) ) )
27 26 ex โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ( ๐‘Ž โІ ๐ต โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ ๐‘† โ†” ๐‘Ž โˆˆ ( ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆฉ { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } ) ) ) )
28 4 10 27 pm5.21ndd โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ ๐‘† โ†” ๐‘Ž โˆˆ ( ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆฉ { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } ) ) )
29 28 eqrdv โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ๐‘† = ( ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆฉ { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } ) )
30 1 fvexi โŠข ๐ต โˆˆ V
31 mreacs โŠข ( ๐ต โˆˆ V โ†’ ( ACS โ€˜ ๐ต ) โˆˆ ( Moore โ€˜ ๐’ซ ๐ต ) )
32 30 31 mp1i โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ( ACS โ€˜ ๐ต ) โˆˆ ( Moore โ€˜ ๐’ซ ๐ต ) )
33 lmodgrp โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ๐‘Š โˆˆ Grp )
34 1 subgacs โŠข ( ๐‘Š โˆˆ Grp โ†’ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆˆ ( ACS โ€˜ ๐ต ) )
35 33 34 syl โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆˆ ( ACS โ€˜ ๐ต ) )
36 1 11 13 12 lmodvscl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐ต )
37 36 3expb โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐ต )
38 37 ralrimivva โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐ต )
39 acsfn1c โŠข ( ( ๐ต โˆˆ V โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐ต ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐ต ) โ†’ { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } โˆˆ ( ACS โ€˜ ๐ต ) )
40 30 38 39 sylancr โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } โˆˆ ( ACS โ€˜ ๐ต ) )
41 mreincl โŠข ( ( ( ACS โ€˜ ๐ต ) โˆˆ ( Moore โ€˜ ๐’ซ ๐ต ) โˆง ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆˆ ( ACS โ€˜ ๐ต ) โˆง { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } โˆˆ ( ACS โ€˜ ๐ต ) ) โ†’ ( ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆฉ { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } ) โˆˆ ( ACS โ€˜ ๐ต ) )
42 32 35 40 41 syl3anc โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ( ( SubGrp โ€˜ ๐‘Š ) โˆฉ { ๐‘ โˆˆ ๐’ซ ๐ต โˆฃ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ฆ ) โˆˆ ๐‘ } ) โˆˆ ( ACS โ€˜ ๐ต ) )
43 29 42 eqeltrd โŠข ( ๐‘Š โˆˆ LMod โ†’ ๐‘† โˆˆ ( ACS โ€˜ ๐ต ) )