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Theorem baerlem3lem1

Description: Lemma for baerlem3 . (Contributed by NM, 9-Apr-2015)

Ref Expression
Hypotheses baerlem3.v ⊢ V = Base W
baerlem3.m ⊢ - ˙ = - W
baerlem3.o ⊢ 0 ˙ = 0 W
baerlem3.s ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ W
baerlem3.n ⊢ N = LSpan ⁡ W
baerlem3.w ⊢ φ → W ∈ LVec
baerlem3.x ⊢ φ → X ∈ V
baerlem3.c ⊢ φ → ¬ X ∈ N ⁡ Y Z
baerlem3.d ⊢ φ → N ⁡ Y ≠ N ⁡ Z
baerlem3.y ⊢ φ → Y ∈ V ∖ 0 ˙
baerlem3.z ⊢ φ → Z ∈ V ∖ 0 ˙
baerlem3.p ⊢ + ˙ = + W
baerlem3.t ⊢ · ˙ = ⋅ W
baerlem3.r ⊢ R = Scalar ⁡ W
baerlem3.b ⊢ B = Base R
baerlem3.a ⊢ ⨣ ˙ = + R
baerlem3.l ⊢ L = - R
baerlem3.q ⊢ Q = 0 R
baerlem3.i ⊢ I = inv g ⁡ R
baerlem3.a1 ⊢ φ → a ∈ B
baerlem3.b1 ⊢ φ → b ∈ B
baerlem3.d1 ⊢ φ → d ∈ B
baerlem3.e1 ⊢ φ → e ∈ B
baerlem3.j1 ⊢ φ → j = a · ˙ Y + ˙ b · ˙ Z
baerlem3.j2 ⊢ φ → j = d · ˙ X - ˙ Y + ˙ e · ˙ X - ˙ Z
Assertion baerlem3lem1 ⊢ φ → j = a · ˙ Y - ˙ Z

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 baerlem3.v ⊢ V = Base W
2 baerlem3.m ⊢ - ˙ = - W
3 baerlem3.o ⊢ 0 ˙ = 0 W
4 baerlem3.s ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ W
5 baerlem3.n ⊢ N = LSpan ⁡ W
6 baerlem3.w ⊢ φ → W ∈ LVec
7 baerlem3.x ⊢ φ → X ∈ V
8 baerlem3.c ⊢ φ → ¬ X ∈ N ⁡ Y Z
9 baerlem3.d ⊢ φ → N ⁡ Y ≠ N ⁡ Z
10 baerlem3.y ⊢ φ → Y ∈ V ∖ 0 ˙
11 baerlem3.z ⊢ φ → Z ∈ V ∖ 0 ˙
12 baerlem3.p ⊢ + ˙ = + W
13 baerlem3.t ⊢ · ˙ = ⋅ W
14 baerlem3.r ⊢ R = Scalar ⁡ W
15 baerlem3.b ⊢ B = Base R
16 baerlem3.a ⊢ ⨣ ˙ = + R
17 baerlem3.l ⊢ L = - R
18 baerlem3.q ⊢ Q = 0 R
19 baerlem3.i ⊢ I = inv g ⁡ R
20 baerlem3.a1 ⊢ φ → a ∈ B
21 baerlem3.b1 ⊢ φ → b ∈ B
22 baerlem3.d1 ⊢ φ → d ∈ B
23 baerlem3.e1 ⊢ φ → e ∈ B
24 baerlem3.j1 ⊢ φ → j = a · ˙ Y + ˙ b · ˙ Z
25 baerlem3.j2 ⊢ φ → j = d · ˙ X - ˙ Y + ˙ e · ˙ X - ˙ Z
26 lveclmod ⊢ W ∈ LVec → W ∈ LMod
27 6 26 syl ⊢ φ → W ∈ LMod
28 10 eldifad ⊢ φ → Y ∈ V
29 1 14 13 15 lmodvscl ⊢ W ∈ LMod ∧ a ∈ B ∧ Y ∈ V → a · ˙ Y ∈ V
30 27 20 28 29 syl3anc ⊢ φ → a · ˙ Y ∈ V
31 11 eldifad ⊢ φ → Z ∈ V
32 1 14 13 15 lmodvscl ⊢ W ∈ LMod ∧ a ∈ B ∧ Z ∈ V → a · ˙ Z ∈ V
33 27 20 31 32 syl3anc ⊢ φ → a · ˙ Z ∈ V
34 eqid ⊢ 1 R = 1 R
35 1 12 2 14 13 19 34 lmodvsubval2 ⊢ W ∈ LMod ∧ a · ˙ Y ∈ V ∧ a · ˙ Z ∈ V → a · ˙ Y - ˙ a · ˙ Z = a · ˙ Y + ˙ I ⁡ 1 R · ˙ a · ˙ Z
36 27 30 33 35 syl3anc ⊢ φ → a · ˙ Y - ˙ a · ˙ Z = a · ˙ Y + ˙ I ⁡ 1 R · ˙ a · ˙ Z
37 1 13 14 15 2 27 20 28 31 lmodsubdi ⊢ φ → a · ˙ Y - ˙ Z = a · ˙ Y - ˙ a · ˙ Z
38 14 lmodring ⊢ W ∈ LMod → R ∈ Ring
39 27 38 syl ⊢ φ → R ∈ Ring
40 ringgrp ⊢ R ∈ Ring → R ∈ Grp
41 39 40 syl ⊢ φ → R ∈ Grp
42 14 15 34 lmod1cl ⊢ W ∈ LMod → 1 R ∈ B
43 27 42 syl ⊢ φ → 1 R ∈ B
44 15 19 grpinvcl ⊢ R ∈ Grp ∧ 1 R ∈ B → I ⁡ 1 R ∈ B
45 41 43 44 syl2anc ⊢ φ → I ⁡ 1 R ∈ B
46 eqid ⊢ ⋅ R = ⋅ R
47 1 14 13 15 46 lmodvsass ⊢ W ∈ LMod ∧ I ⁡ 1 R ∈ B ∧ a ∈ B ∧ Z ∈ V → I ⁡ 1 R ⋅ R a · ˙ Z = I ⁡ 1 R · ˙ a · ˙ Z
48 27 45 20 31 47 syl13anc ⊢ φ → I ⁡ 1 R ⋅ R a · ˙ Z = I ⁡ 1 R · ˙ a · ˙ Z
49 15 46 34 19 39 20 ringnegl ⊢ φ → I ⁡ 1 R ⋅ R a = I ⁡ a
50 ringabl ⊢ R ∈ Ring → R ∈ Abel
51 39 50 syl ⊢ φ → R ∈ Abel
52 15 16 19 ablinvadd ⊢ R ∈ Abel ∧ d ∈ B ∧ e ∈ B → I ⁡ d ⨣ ˙ e = I ⁡ d ⨣ ˙ I ⁡ e
53 51 22 23 52 syl3anc ⊢ φ → I ⁡ d ⨣ ˙ e = I ⁡ d ⨣ ˙ I ⁡ e
54 eqid ⊢ LSubSp ⁡ W = LSubSp ⁡ W
55 1 54 5 27 28 31 lspprcl ⊢ φ → N ⁡ Y Z ∈ LSubSp ⁡ W
56 1 12 13 14 15 5 27 20 21 28 31 lsppreli ⊢ φ → a · ˙ Y + ˙ b · ˙ Z ∈ N ⁡ Y Z
57 1 12 13 14 15 5 27 22 23 28 31 lsppreli ⊢ φ → d · ˙ Y + ˙ e · ˙ Z ∈ N ⁡ Y Z
58 eqid ⊢ inv g ⁡ W = inv g ⁡ W
59 54 58 lssvnegcl ⊢ W ∈ LMod ∧ N ⁡ Y Z ∈ LSubSp ⁡ W ∧ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ Z ∈ N ⁡ Y Z → inv g ⁡ W ⁡ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ Z ∈ N ⁡ Y Z
60 27 55 57 59 syl3anc ⊢ φ → inv g ⁡ W ⁡ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ Z ∈ N ⁡ Y Z
61 15 18 ring0cl ⊢ R ∈ Ring → Q ∈ B
62 39 61 syl ⊢ φ → Q ∈ B
63 15 16 ringacl ⊢ R ∈ Ring ∧ d ∈ B ∧ e ∈ B → d ⨣ ˙ e ∈ B
64 39 22 23 63 syl3anc ⊢ φ → d ⨣ ˙ e ∈ B
65 1 14 13 18 3 lmod0vs ⊢ W ∈ LMod ∧ X ∈ V → Q · ˙ X = 0 ˙
66 27 7 65 syl2anc ⊢ φ → Q · ˙ X = 0 ˙
67 66 oveq1d ⊢ φ → Q · ˙ X + ˙ a · ˙ Y + ˙ b · ˙ Z = 0 ˙ + ˙ a · ˙ Y + ˙ b · ˙ Z
68 lmodgrp ⊢ W ∈ LMod → W ∈ Grp
69 27 68 syl ⊢ φ → W ∈ Grp
70 1 14 13 15 lmodvscl ⊢ W ∈ LMod ∧ b ∈ B ∧ Z ∈ V → b · ˙ Z ∈ V
71 27 21 31 70 syl3anc ⊢ φ → b · ˙ Z ∈ V
72 1 12 lmodvacl ⊢ W ∈ LMod ∧ a · ˙ Y ∈ V ∧ b · ˙ Z ∈ V → a · ˙ Y + ˙ b · ˙ Z ∈ V
73 27 30 71 72 syl3anc ⊢ φ → a · ˙ Y + ˙ b · ˙ Z ∈ V
74 1 12 3 grplid ⊢ W ∈ Grp ∧ a · ˙ Y + ˙ b · ˙ Z ∈ V → 0 ˙ + ˙ a · ˙ Y + ˙ b · ˙ Z = a · ˙ Y + ˙ b · ˙ Z
75 69 73 74 syl2anc ⊢ φ → 0 ˙ + ˙ a · ˙ Y + ˙ b · ˙ Z = a · ˙ Y + ˙ b · ˙ Z
76 lmodabl ⊢ W ∈ LMod → W ∈ Abel
77 27 76 syl ⊢ φ → W ∈ Abel
78 1 14 13 15 lmodvscl ⊢ W ∈ LMod ∧ d ∈ B ∧ X ∈ V → d · ˙ X ∈ V
79 27 22 7 78 syl3anc ⊢ φ → d · ˙ X ∈ V
80 1 14 13 15 lmodvscl ⊢ W ∈ LMod ∧ e ∈ B ∧ X ∈ V → e · ˙ X ∈ V
81 27 23 7 80 syl3anc ⊢ φ → e · ˙ X ∈ V
82 1 14 13 15 lmodvscl ⊢ W ∈ LMod ∧ d ∈ B ∧ Y ∈ V → d · ˙ Y ∈ V
83 27 22 28 82 syl3anc ⊢ φ → d · ˙ Y ∈ V
84 1 14 13 15 lmodvscl ⊢ W ∈ LMod ∧ e ∈ B ∧ Z ∈ V → e · ˙ Z ∈ V
85 27 23 31 84 syl3anc ⊢ φ → e · ˙ Z ∈ V
86 1 12 2 ablsub4 ⊢ W ∈ Abel ∧ d · ˙ X ∈ V ∧ e · ˙ X ∈ V ∧ d · ˙ Y ∈ V ∧ e · ˙ Z ∈ V → d · ˙ X + ˙ e · ˙ X - ˙ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ Z = d · ˙ X - ˙ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ X - ˙ e · ˙ Z
87 77 79 81 83 85 86 syl122anc ⊢ φ → d · ˙ X + ˙ e · ˙ X - ˙ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ Z = d · ˙ X - ˙ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ X - ˙ e · ˙ Z
88 1 12 14 13 15 16 lmodvsdir ⊢ W ∈ LMod ∧ d ∈ B ∧ e ∈ B ∧ X ∈ V → d ⨣ ˙ e · ˙ X = d · ˙ X + ˙ e · ˙ X
89 27 22 23 7 88 syl13anc ⊢ φ → d ⨣ ˙ e · ˙ X = d · ˙ X + ˙ e · ˙ X
90 89 oveq1d ⊢ φ → d ⨣ ˙ e · ˙ X - ˙ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ Z = d · ˙ X + ˙ e · ˙ X - ˙ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ Z
91 1 13 14 15 2 27 22 7 28 lmodsubdi ⊢ φ → d · ˙ X - ˙ Y = d · ˙ X - ˙ d · ˙ Y
92 1 13 14 15 2 27 23 7 31 lmodsubdi ⊢ φ → e · ˙ X - ˙ Z = e · ˙ X - ˙ e · ˙ Z
93 91 92 oveq12d ⊢ φ → d · ˙ X - ˙ Y + ˙ e · ˙ X - ˙ Z = d · ˙ X - ˙ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ X - ˙ e · ˙ Z
94 25 93 eqtrd ⊢ φ → j = d · ˙ X - ˙ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ X - ˙ e · ˙ Z
95 87 90 94 3eqtr4rd ⊢ φ → j = d ⨣ ˙ e · ˙ X - ˙ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ Z
96 1 14 13 15 lmodvscl ⊢ W ∈ LMod ∧ d ⨣ ˙ e ∈ B ∧ X ∈ V → d ⨣ ˙ e · ˙ X ∈ V
97 27 64 7 96 syl3anc ⊢ φ → d ⨣ ˙ e · ˙ X ∈ V
98 1 12 lmodvacl ⊢ W ∈ LMod ∧ d · ˙ Y ∈ V ∧ e · ˙ Z ∈ V → d · ˙ Y + ˙ e · ˙ Z ∈ V
99 27 83 85 98 syl3anc ⊢ φ → d · ˙ Y + ˙ e · ˙ Z ∈ V
100 1 12 58 2 grpsubval ⊢ d ⨣ ˙ e · ˙ X ∈ V ∧ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ Z ∈ V → d ⨣ ˙ e · ˙ X - ˙ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ Z = d ⨣ ˙ e · ˙ X + ˙ inv g ⁡ W ⁡ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ Z
101 97 99 100 syl2anc ⊢ φ → d ⨣ ˙ e · ˙ X - ˙ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ Z = d ⨣ ˙ e · ˙ X + ˙ inv g ⁡ W ⁡ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ Z
102 95 24 101 3eqtr3d ⊢ φ → a · ˙ Y + ˙ b · ˙ Z = d ⨣ ˙ e · ˙ X + ˙ inv g ⁡ W ⁡ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ Z
103 67 75 102 3eqtrd ⊢ φ → Q · ˙ X + ˙ a · ˙ Y + ˙ b · ˙ Z = d ⨣ ˙ e · ˙ X + ˙ inv g ⁡ W ⁡ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ Z
104 1 12 14 15 13 54 6 55 7 8 56 60 62 64 103 lvecindp ⊢ φ → Q = d ⨣ ˙ e ∧ a · ˙ Y + ˙ b · ˙ Z = inv g ⁡ W ⁡ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ Z
105 104 simpld ⊢ φ → Q = d ⨣ ˙ e
106 105 fveq2d ⊢ φ → I ⁡ Q = I ⁡ d ⨣ ˙ e
107 15 19 grpinvcl ⊢ R ∈ Grp ∧ d ∈ B → I ⁡ d ∈ B
108 41 22 107 syl2anc ⊢ φ → I ⁡ d ∈ B
109 15 19 grpinvcl ⊢ R ∈ Grp ∧ e ∈ B → I ⁡ e ∈ B
110 41 23 109 syl2anc ⊢ φ → I ⁡ e ∈ B
111 104 simprd ⊢ φ → a · ˙ Y + ˙ b · ˙ Z = inv g ⁡ W ⁡ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ Z
112 1 12 13 58 14 15 19 27 22 23 28 31 lmodnegadd ⊢ φ → inv g ⁡ W ⁡ d · ˙ Y + ˙ e · ˙ Z = I ⁡ d · ˙ Y + ˙ I ⁡ e · ˙ Z
113 111 112 eqtrd ⊢ φ → a · ˙ Y + ˙ b · ˙ Z = I ⁡ d · ˙ Y + ˙ I ⁡ e · ˙ Z
114 1 12 14 15 13 3 5 6 10 11 20 21 108 110 9 113 lvecindp2 ⊢ φ → a = I ⁡ d ∧ b = I ⁡ e
115 oveq12 ⊢ a = I ⁡ d ∧ b = I ⁡ e → a ⨣ ˙ b = I ⁡ d ⨣ ˙ I ⁡ e
116 114 115 syl ⊢ φ → a ⨣ ˙ b = I ⁡ d ⨣ ˙ I ⁡ e
117 53 106 116 3eqtr4rd ⊢ φ → a ⨣ ˙ b = I ⁡ Q
118 18 19 grpinvid ⊢ R ∈ Grp → I ⁡ Q = Q
119 41 118 syl ⊢ φ → I ⁡ Q = Q
120 117 119 eqtrd ⊢ φ → a ⨣ ˙ b = Q
121 15 16 18 19 grpinvid1 ⊢ R ∈ Grp ∧ a ∈ B ∧ b ∈ B → I ⁡ a = b ↔ a ⨣ ˙ b = Q
122 41 20 21 121 syl3anc ⊢ φ → I ⁡ a = b ↔ a ⨣ ˙ b = Q
123 120 122 mpbird ⊢ φ → I ⁡ a = b
124 49 123 eqtrd ⊢ φ → I ⁡ 1 R ⋅ R a = b
125 124 oveq1d ⊢ φ → I ⁡ 1 R ⋅ R a · ˙ Z = b · ˙ Z
126 48 125 eqtr3d ⊢ φ → I ⁡ 1 R · ˙ a · ˙ Z = b · ˙ Z
127 126 oveq2d ⊢ φ → a · ˙ Y + ˙ I ⁡ 1 R · ˙ a · ˙ Z = a · ˙ Y + ˙ b · ˙ Z
128 24 127 eqtr4d ⊢ φ → j = a · ˙ Y + ˙ I ⁡ 1 R · ˙ a · ˙ Z
129 36 37 128 3eqtr4rd ⊢ φ → j = a · ˙ Y - ˙ Z