Metamath Proof Explorer


Theorem lssintcl

Description: The intersection of a nonempty set of subspaces is a subspace. (Contributed by NM, 8-Dec-2013) (Revised by Mario Carneiro, 19-Jun-2014)

Ref Expression
Hypothesis lssintcl.s โŠข ๐‘† = ( LSubSp โ€˜ ๐‘Š )
Assertion lssintcl ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โ†’ โˆฉ ๐ด โˆˆ ๐‘† )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lssintcl.s โŠข ๐‘† = ( LSubSp โ€˜ ๐‘Š )
2 eqidd โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) )
3 eqidd โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โ†’ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) )
4 eqidd โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โ†’ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) = ( Base โ€˜ ๐‘Š ) )
5 eqidd โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โ†’ ( +g โ€˜ ๐‘Š ) = ( +g โ€˜ ๐‘Š ) )
6 eqidd โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โ†’ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) )
7 1 a1i โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โ†’ ๐‘† = ( LSubSp โ€˜ ๐‘Š ) )
8 intssuni2 โŠข ( ( ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โ†’ โˆฉ ๐ด โІ โˆช ๐‘† )
9 8 3adant1 โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โ†’ โˆฉ ๐ด โІ โˆช ๐‘† )
10 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘Š ) = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
11 10 1 lssss โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โ†’ ๐‘ฆ โІ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) )
12 velpw โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) โ†” ๐‘ฆ โІ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) )
13 11 12 sylibr โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โ†’ ๐‘ฆ โˆˆ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) )
14 13 ssriv โŠข ๐‘† โІ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘Š )
15 sspwuni โŠข ( ๐‘† โІ ๐’ซ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) โ†” โˆช ๐‘† โІ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) )
16 14 15 mpbi โŠข โˆช ๐‘† โІ ( Base โ€˜ ๐‘Š )
17 9 16 sstrdi โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โ†’ โˆฉ ๐ด โІ ( Base โ€˜ ๐‘Š ) )
18 simpl1 โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐‘Š โˆˆ LMod )
19 simp2 โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โ†’ ๐ด โІ ๐‘† )
20 19 sselda โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† )
21 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ๐‘Š ) = ( 0g โ€˜ ๐‘Š )
22 21 1 lss0cl โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† ) โ†’ ( 0g โ€˜ ๐‘Š ) โˆˆ ๐‘ฆ )
23 18 20 22 syl2anc โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( 0g โ€˜ ๐‘Š ) โˆˆ ๐‘ฆ )
24 23 ralrimiva โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด ( 0g โ€˜ ๐‘Š ) โˆˆ ๐‘ฆ )
25 fvex โŠข ( 0g โ€˜ ๐‘Š ) โˆˆ V
26 25 elint2 โŠข ( ( 0g โ€˜ ๐‘Š ) โˆˆ โˆฉ ๐ด โ†” โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด ( 0g โ€˜ ๐‘Š ) โˆˆ ๐‘ฆ )
27 24 26 sylibr โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โ†’ ( 0g โ€˜ ๐‘Š ) โˆˆ โˆฉ ๐ด )
28 27 ne0d โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โ†’ โˆฉ ๐ด โ‰  โˆ… )
29 20 adantlr โŠข ( ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ โˆฉ ๐ด โˆง ๐‘ โˆˆ โˆฉ ๐ด ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† )
30 simplr1 โŠข ( ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ โˆฉ ๐ด โˆง ๐‘ โˆˆ โˆฉ ๐ด ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) )
31 simplr2 โŠข ( ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ โˆฉ ๐ด โˆง ๐‘ โˆˆ โˆฉ ๐ด ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐‘Ž โˆˆ โˆฉ ๐ด )
32 simpr โŠข ( ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ โˆฉ ๐ด โˆง ๐‘ โˆˆ โˆฉ ๐ด ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด )
33 elinti โŠข ( ๐‘Ž โˆˆ โˆฉ ๐ด โ†’ ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด โ†’ ๐‘Ž โˆˆ ๐‘ฆ ) )
34 31 32 33 sylc โŠข ( ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ โˆฉ ๐ด โˆง ๐‘ โˆˆ โˆฉ ๐ด ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐‘Ž โˆˆ ๐‘ฆ )
35 simplr3 โŠข ( ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ โˆฉ ๐ด โˆง ๐‘ โˆˆ โˆฉ ๐ด ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โˆฉ ๐ด )
36 elinti โŠข ( ๐‘ โˆˆ โˆฉ ๐ด โ†’ ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด โ†’ ๐‘ โˆˆ ๐‘ฆ ) )
37 35 32 36 sylc โŠข ( ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ โˆฉ ๐ด โˆง ๐‘ โˆˆ โˆฉ ๐ด ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐‘ โˆˆ ๐‘ฆ )
38 eqid โŠข ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
39 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) )
40 eqid โŠข ( +g โ€˜ ๐‘Š ) = ( +g โ€˜ ๐‘Š )
41 eqid โŠข ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š )
42 38 39 40 41 1 lsscl โŠข ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘† โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ ๐‘ฆ โˆง ๐‘ โˆˆ ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘Ž ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ฆ )
43 29 30 34 37 42 syl13anc โŠข ( ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ โˆฉ ๐ด โˆง ๐‘ โˆˆ โˆฉ ๐ด ) ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘Ž ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ฆ )
44 43 ralrimiva โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ โˆฉ ๐ด โˆง ๐‘ โˆˆ โˆฉ ๐ด ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด ( ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘Ž ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ฆ )
45 ovex โŠข ( ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘Ž ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ ) โˆˆ V
46 45 elint2 โŠข ( ( ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘Ž ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ ) โˆˆ โˆฉ ๐ด โ†” โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด ( ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘Ž ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ ) โˆˆ ๐‘ฆ )
47 44 46 sylibr โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) ) โˆง ๐‘Ž โˆˆ โˆฉ ๐ด โˆง ๐‘ โˆˆ โˆฉ ๐ด ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘Ž ) ( +g โ€˜ ๐‘Š ) ๐‘ ) โˆˆ โˆฉ ๐ด )
48 2 3 4 5 6 7 17 28 47 islssd โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐ด โІ ๐‘† โˆง ๐ด โ‰  โˆ… ) โ†’ โˆฉ ๐ด โˆˆ ๐‘† )