Metamath Proof Explorer


Theorem spansni

Description: The span of a singleton in Hilbert space equals its closure. (Contributed by NM, 3-Jun-2004) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypothesis spansn.1 โŠข ๐ด โˆˆ โ„‹
Assertion spansni ( span โ€˜ { ๐ด } ) = ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ { ๐ด } ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 spansn.1 โŠข ๐ด โˆˆ โ„‹
2 snssi โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„‹ โ†’ { ๐ด } โŠ† โ„‹ )
3 spanssoc โŠข ( { ๐ด } โŠ† โ„‹ โ†’ ( span โ€˜ { ๐ด } ) โŠ† ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ { ๐ด } ) ) )
4 1 2 3 mp2b โŠข ( span โ€˜ { ๐ด } ) โŠ† ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ { ๐ด } ) )
5 1 elexi โŠข ๐ด โˆˆ V
6 5 snss โŠข ( ๐ด โˆˆ ๐‘ฆ โ†” { ๐ด } โŠ† ๐‘ฆ )
7 shmulcl โŠข ( ( ๐‘ฆ โˆˆ Sโ„‹ โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘ฆ ) โ†’ ( ๐‘ง ยทโ„Ž ๐ด ) โˆˆ ๐‘ฆ )
8 7 3expia โŠข ( ( ๐‘ฆ โˆˆ Sโ„‹ โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ๐ด โˆˆ ๐‘ฆ โ†’ ( ๐‘ง ยทโ„Ž ๐ด ) โˆˆ ๐‘ฆ ) )
9 8 ancoms โŠข ( ( ๐‘ง โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ Sโ„‹ ) โ†’ ( ๐ด โˆˆ ๐‘ฆ โ†’ ( ๐‘ง ยทโ„Ž ๐ด ) โˆˆ ๐‘ฆ ) )
10 6 9 syl5bir โŠข ( ( ๐‘ง โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ Sโ„‹ ) โ†’ ( { ๐ด } โŠ† ๐‘ฆ โ†’ ( ๐‘ง ยทโ„Ž ๐ด ) โˆˆ ๐‘ฆ ) )
11 eleq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ( ๐‘ง ยทโ„Ž ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘ฆ โ†” ( ๐‘ง ยทโ„Ž ๐ด ) โˆˆ ๐‘ฆ ) )
12 11 imbi2d โŠข ( ๐‘ฅ = ( ๐‘ง ยทโ„Ž ๐ด ) โ†’ ( ( { ๐ด } โŠ† ๐‘ฆ โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘ฆ ) โ†” ( { ๐ด } โŠ† ๐‘ฆ โ†’ ( ๐‘ง ยทโ„Ž ๐ด ) โˆˆ ๐‘ฆ ) ) )
13 10 12 syl5ibrcom โŠข ( ( ๐‘ง โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ Sโ„‹ ) โ†’ ( ๐‘ฅ = ( ๐‘ง ยทโ„Ž ๐ด ) โ†’ ( { ๐ด } โŠ† ๐‘ฆ โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘ฆ ) ) )
14 13 ralrimdva โŠข ( ๐‘ง โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ๐‘ฅ = ( ๐‘ง ยทโ„Ž ๐ด ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ Sโ„‹ ( { ๐ด } โŠ† ๐‘ฆ โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘ฆ ) ) )
15 14 rexlimiv โŠข ( โˆƒ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ๐‘ฅ = ( ๐‘ง ยทโ„Ž ๐ด ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ Sโ„‹ ( { ๐ด } โŠ† ๐‘ฆ โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘ฆ ) )
16 1 h1de2ci โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ { ๐ด } ) ) โ†” โˆƒ ๐‘ง โˆˆ โ„‚ ๐‘ฅ = ( ๐‘ง ยทโ„Ž ๐ด ) )
17 vex โŠข ๐‘ฅ โˆˆ V
18 17 elspani โŠข ( { ๐ด } โŠ† โ„‹ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( span โ€˜ { ๐ด } ) โ†” โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ Sโ„‹ ( { ๐ด } โŠ† ๐‘ฆ โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘ฆ ) ) )
19 1 2 18 mp2b โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ( span โ€˜ { ๐ด } ) โ†” โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ Sโ„‹ ( { ๐ด } โŠ† ๐‘ฆ โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘ฆ ) )
20 15 16 19 3imtr4i โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ { ๐ด } ) ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ( span โ€˜ { ๐ด } ) )
21 20 ssriv โŠข ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ { ๐ด } ) ) โŠ† ( span โ€˜ { ๐ด } )
22 4 21 eqssi โŠข ( span โ€˜ { ๐ด } ) = ( โŠฅ โ€˜ ( โŠฅ โ€˜ { ๐ด } ) )