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Theorem lssvs0or

Description: If a scalar product belongs to a subspace, either the scalar component is zero or the vector component also belongs to the subspace. (Contributed by NM, 5-Apr-2015)

Ref Expression
Hypotheses lssvs0or.v 𝑉 = ( Base ‘ 𝑊 )
lssvs0or.t · = ( ·𝑠𝑊 )
lssvs0or.f 𝐹 = ( Scalar ‘ 𝑊 )
lssvs0or.k 𝐾 = ( Base ‘ 𝐹 )
lssvs0or.o 0 = ( 0g𝐹 )
lssvs0or.s 𝑆 = ( LSubSp ‘ 𝑊 )
lssvs0or.w ( 𝜑𝑊 ∈ LVec )
lssvs0or.u ( 𝜑𝑈𝑆 )
lssvs0or.x ( 𝜑𝑋𝑉 )
lssvs0or.a ( 𝜑𝐴𝐾 )
Assertion lssvs0or ( 𝜑 → ( ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ↔ ( 𝐴 = 0𝑋𝑈 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lssvs0or.v 𝑉 = ( Base ‘ 𝑊 )
2 lssvs0or.t · = ( ·𝑠𝑊 )
3 lssvs0or.f 𝐹 = ( Scalar ‘ 𝑊 )
4 lssvs0or.k 𝐾 = ( Base ‘ 𝐹 )
5 lssvs0or.o 0 = ( 0g𝐹 )
6 lssvs0or.s 𝑆 = ( LSubSp ‘ 𝑊 )
7 lssvs0or.w ( 𝜑𝑊 ∈ LVec )
8 lssvs0or.u ( 𝜑𝑈𝑆 )
9 lssvs0or.x ( 𝜑𝑋𝑉 )
10 lssvs0or.a ( 𝜑𝐴𝐾 )
11 3 lvecdrng ( 𝑊 ∈ LVec → 𝐹 ∈ DivRing )
12 7 11 syl ( 𝜑𝐹 ∈ DivRing )
13 12 ad2antrr ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ) ∧ 𝐴0 ) → 𝐹 ∈ DivRing )
14 10 ad2antrr ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ) ∧ 𝐴0 ) → 𝐴𝐾 )
15 simpr ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ) ∧ 𝐴0 ) → 𝐴0 )
16 eqid ( .r𝐹 ) = ( .r𝐹 )
17 eqid ( 1r𝐹 ) = ( 1r𝐹 )
18 eqid ( invr𝐹 ) = ( invr𝐹 )
19 4 5 16 17 18 drnginvrl ( ( 𝐹 ∈ DivRing ∧ 𝐴𝐾𝐴0 ) → ( ( ( invr𝐹 ) ‘ 𝐴 ) ( .r𝐹 ) 𝐴 ) = ( 1r𝐹 ) )
20 13 14 15 19 syl3anc ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ) ∧ 𝐴0 ) → ( ( ( invr𝐹 ) ‘ 𝐴 ) ( .r𝐹 ) 𝐴 ) = ( 1r𝐹 ) )
21 20 oveq1d ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ) ∧ 𝐴0 ) → ( ( ( ( invr𝐹 ) ‘ 𝐴 ) ( .r𝐹 ) 𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( 1r𝐹 ) · 𝑋 ) )
22 lveclmod ( 𝑊 ∈ LVec → 𝑊 ∈ LMod )
23 7 22 syl ( 𝜑𝑊 ∈ LMod )
24 23 ad2antrr ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ) ∧ 𝐴0 ) → 𝑊 ∈ LMod )
25 4 5 18 drnginvrcl ( ( 𝐹 ∈ DivRing ∧ 𝐴𝐾𝐴0 ) → ( ( invr𝐹 ) ‘ 𝐴 ) ∈ 𝐾 )
26 13 14 15 25 syl3anc ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ) ∧ 𝐴0 ) → ( ( invr𝐹 ) ‘ 𝐴 ) ∈ 𝐾 )
27 9 ad2antrr ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ) ∧ 𝐴0 ) → 𝑋𝑉 )
28 1 3 2 4 16 lmodvsass ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ ( ( ( invr𝐹 ) ‘ 𝐴 ) ∈ 𝐾𝐴𝐾𝑋𝑉 ) ) → ( ( ( ( invr𝐹 ) ‘ 𝐴 ) ( .r𝐹 ) 𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( ( invr𝐹 ) ‘ 𝐴 ) · ( 𝐴 · 𝑋 ) ) )
29 24 26 14 27 28 syl13anc ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ) ∧ 𝐴0 ) → ( ( ( ( invr𝐹 ) ‘ 𝐴 ) ( .r𝐹 ) 𝐴 ) · 𝑋 ) = ( ( ( invr𝐹 ) ‘ 𝐴 ) · ( 𝐴 · 𝑋 ) ) )
30 1 3 2 17 lmodvs1 ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑉 ) → ( ( 1r𝐹 ) · 𝑋 ) = 𝑋 )
31 24 27 30 syl2anc ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ) ∧ 𝐴0 ) → ( ( 1r𝐹 ) · 𝑋 ) = 𝑋 )
32 21 29 31 3eqtr3rd ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ) ∧ 𝐴0 ) → 𝑋 = ( ( ( invr𝐹 ) ‘ 𝐴 ) · ( 𝐴 · 𝑋 ) ) )
33 8 ad2antrr ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ) ∧ 𝐴0 ) → 𝑈𝑆 )
34 simplr ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ) ∧ 𝐴0 ) → ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 )
35 3 2 4 6 lssvscl ( ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆 ) ∧ ( ( ( invr𝐹 ) ‘ 𝐴 ) ∈ 𝐾 ∧ ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ) ) → ( ( ( invr𝐹 ) ‘ 𝐴 ) · ( 𝐴 · 𝑋 ) ) ∈ 𝑈 )
36 24 33 26 34 35 syl22anc ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ) ∧ 𝐴0 ) → ( ( ( invr𝐹 ) ‘ 𝐴 ) · ( 𝐴 · 𝑋 ) ) ∈ 𝑈 )
37 32 36 eqeltrd ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ) ∧ 𝐴0 ) → 𝑋𝑈 )
38 37 ex ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ) → ( 𝐴0𝑋𝑈 ) )
39 38 necon1bd ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ) → ( ¬ 𝑋𝑈𝐴 = 0 ) )
40 39 orrd ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ) → ( 𝑋𝑈𝐴 = 0 ) )
41 40 orcomd ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ) → ( 𝐴 = 0𝑋𝑈 ) )
42 oveq1 ( 𝐴 = 0 → ( 𝐴 · 𝑋 ) = ( 0 · 𝑋 ) )
43 42 adantl ( ( 𝜑𝐴 = 0 ) → ( 𝐴 · 𝑋 ) = ( 0 · 𝑋 ) )
44 eqid ( 0g𝑊 ) = ( 0g𝑊 )
45 1 3 2 5 44 lmod0vs ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑋𝑉 ) → ( 0 · 𝑋 ) = ( 0g𝑊 ) )
46 23 9 45 syl2anc ( 𝜑 → ( 0 · 𝑋 ) = ( 0g𝑊 ) )
47 44 6 lss0cl ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆 ) → ( 0g𝑊 ) ∈ 𝑈 )
48 23 8 47 syl2anc ( 𝜑 → ( 0g𝑊 ) ∈ 𝑈 )
49 46 48 eqeltrd ( 𝜑 → ( 0 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 )
50 49 adantr ( ( 𝜑𝐴 = 0 ) → ( 0 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 )
51 43 50 eqeltrd ( ( 𝜑𝐴 = 0 ) → ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 )
52 23 adantr ( ( 𝜑𝑋𝑈 ) → 𝑊 ∈ LMod )
53 8 adantr ( ( 𝜑𝑋𝑈 ) → 𝑈𝑆 )
54 10 adantr ( ( 𝜑𝑋𝑈 ) → 𝐴𝐾 )
55 simpr ( ( 𝜑𝑋𝑈 ) → 𝑋𝑈 )
56 3 2 4 6 lssvscl ( ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆 ) ∧ ( 𝐴𝐾𝑋𝑈 ) ) → ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 )
57 52 53 54 55 56 syl22anc ( ( 𝜑𝑋𝑈 ) → ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 )
58 51 57 jaodan ( ( 𝜑 ∧ ( 𝐴 = 0𝑋𝑈 ) ) → ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 )
59 41 58 impbida ( 𝜑 → ( ( 𝐴 · 𝑋 ) ∈ 𝑈 ↔ ( 𝐴 = 0𝑋𝑈 ) ) )