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Theorem dihjat1lem

Description: Subspace sum of a closed subspace and an atom. ( pmapjat1 analog.) TODO: merge into dihjat1 ? (Contributed by NM, 18-Aug-2014)

Ref Expression
Hypotheses dihjat1.h ⊢ H = LHyp ⁡ K
dihjat1.u ⊢ U = DVecH ⁡ K ⁡ W
dihjat1.v ⊢ V = Base U
dihjat1.p ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ U
dihjat1.n ⊢ N = LSpan ⁡ U
dihjat1.i ⊢ I = DIsoH ⁡ K ⁡ W
dihjat1.j ⊢ ∨ ˙ = joinH ⁡ K ⁡ W
dihjat1.k ⊢ φ → K ∈ HL ∧ W ∈ H
dihjat1.x ⊢ φ → X ∈ ran ⁡ I
dihjat1.o ⊢ 0 ˙ = 0 U
dihjat1lem.q ⊢ φ → T ∈ V ∖ 0 ˙
Assertion dihjat1lem ⊢ φ → X ∨ ˙ N ⁡ T = X ⊕ ˙ N ⁡ T

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 dihjat1.h ⊢ H = LHyp ⁡ K
2 dihjat1.u ⊢ U = DVecH ⁡ K ⁡ W
3 dihjat1.v ⊢ V = Base U
4 dihjat1.p ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ U
5 dihjat1.n ⊢ N = LSpan ⁡ U
6 dihjat1.i ⊢ I = DIsoH ⁡ K ⁡ W
7 dihjat1.j ⊢ ∨ ˙ = joinH ⁡ K ⁡ W
8 dihjat1.k ⊢ φ → K ∈ HL ∧ W ∈ H
9 dihjat1.x ⊢ φ → X ∈ ran ⁡ I
10 dihjat1.o ⊢ 0 ˙ = 0 U
11 dihjat1lem.q ⊢ φ → T ∈ V ∖ 0 ˙
12 simpr ⊢ φ ∧ X = 0 ˙ → X = 0 ˙
13 12 oveq1d ⊢ φ ∧ X = 0 ˙ → X ∨ ˙ N ⁡ T = 0 ˙ ∨ ˙ N ⁡ T
14 12 oveq1d ⊢ φ ∧ X = 0 ˙ → X ⊕ ˙ N ⁡ T = 0 ˙ ⊕ ˙ N ⁡ T
15 eldifi ⊢ T ∈ V ∖ 0 ˙ → T ∈ V
16 11 15 syl ⊢ φ → T ∈ V
17 1 2 3 5 6 dihlsprn ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ T ∈ V → N ⁡ T ∈ ran ⁡ I
18 8 16 17 syl2anc ⊢ φ → N ⁡ T ∈ ran ⁡ I
19 1 2 10 6 7 8 18 djh02 ⊢ φ → 0 ˙ ∨ ˙ N ⁡ T = N ⁡ T
20 1 2 8 dvhlmod ⊢ φ → U ∈ LMod
21 eqid ⊢ LSubSp ⁡ U = LSubSp ⁡ U
22 3 21 5 lspsncl ⊢ U ∈ LMod ∧ T ∈ V → N ⁡ T ∈ LSubSp ⁡ U
23 20 16 22 syl2anc ⊢ φ → N ⁡ T ∈ LSubSp ⁡ U
24 21 lsssubg ⊢ U ∈ LMod ∧ N ⁡ T ∈ LSubSp ⁡ U → N ⁡ T ∈ SubGrp ⁡ U
25 20 23 24 syl2anc ⊢ φ → N ⁡ T ∈ SubGrp ⁡ U
26 10 4 lsm02 ⊢ N ⁡ T ∈ SubGrp ⁡ U → 0 ˙ ⊕ ˙ N ⁡ T = N ⁡ T
27 25 26 syl ⊢ φ → 0 ˙ ⊕ ˙ N ⁡ T = N ⁡ T
28 19 27 eqtr4d ⊢ φ → 0 ˙ ∨ ˙ N ⁡ T = 0 ˙ ⊕ ˙ N ⁡ T
29 28 adantr ⊢ φ ∧ X = 0 ˙ → 0 ˙ ∨ ˙ N ⁡ T = 0 ˙ ⊕ ˙ N ⁡ T
30 14 29 eqtr4d ⊢ φ ∧ X = 0 ˙ → X ⊕ ˙ N ⁡ T = 0 ˙ ∨ ˙ N ⁡ T
31 13 30 eqtr4d ⊢ φ ∧ X = 0 ˙ → X ∨ ˙ N ⁡ T = X ⊕ ˙ N ⁡ T
32 20 adantr ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ → U ∈ LMod
33 1 2 6 3 dihrnss ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ ran ⁡ I → X ⊆ V
34 8 9 33 syl2anc ⊢ φ → X ⊆ V
35 3 21 lssss ⊢ N ⁡ T ∈ LSubSp ⁡ U → N ⁡ T ⊆ V
36 23 35 syl ⊢ φ → N ⁡ T ⊆ V
37 1 6 2 3 7 djhcl ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ⊆ V ∧ N ⁡ T ⊆ V → X ∨ ˙ N ⁡ T ∈ ran ⁡ I
38 8 34 36 37 syl12anc ⊢ φ → X ∨ ˙ N ⁡ T ∈ ran ⁡ I
39 1 2 6 3 dihrnss ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∨ ˙ N ⁡ T ∈ ran ⁡ I → X ∨ ˙ N ⁡ T ⊆ V
40 8 38 39 syl2anc ⊢ φ → X ∨ ˙ N ⁡ T ⊆ V
41 40 adantr ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ → X ∨ ˙ N ⁡ T ⊆ V
42 1 2 6 21 dihrnlss ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ ran ⁡ I → X ∈ LSubSp ⁡ U
43 8 9 42 syl2anc ⊢ φ → X ∈ LSubSp ⁡ U
44 21 4 lsmcl ⊢ U ∈ LMod ∧ X ∈ LSubSp ⁡ U ∧ N ⁡ T ∈ LSubSp ⁡ U → X ⊕ ˙ N ⁡ T ∈ LSubSp ⁡ U
45 20 43 23 44 syl3anc ⊢ φ → X ⊕ ˙ N ⁡ T ∈ LSubSp ⁡ U
46 45 adantr ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ → X ⊕ ˙ N ⁡ T ∈ LSubSp ⁡ U
47 simplr ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ → X ≠ 0 ˙
48 8 ad2antrr ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ → K ∈ HL ∧ W ∈ H
49 9 ad2antrr ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ → X ∈ ran ⁡ I
50 simpr ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ → x ∈ V ∖ 0 ˙
51 11 ad2antrr ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ → T ∈ V ∖ 0 ˙
52 1 2 3 10 5 6 7 48 49 50 51 djhcvat42 ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ → X ≠ 0 ˙ ∧ N ⁡ x ⊆ X ∨ ˙ N ⁡ T → ∃ y ∈ V ∖ 0 ˙ N ⁡ y ⊆ X ∧ N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ T
53 47 52 mpand ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ → N ⁡ x ⊆ X ∨ ˙ N ⁡ T → ∃ y ∈ V ∖ 0 ˙ N ⁡ y ⊆ X ∧ N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ T
54 simprrl ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ y ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ N ⁡ y ⊆ X ∧ N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ T → N ⁡ y ⊆ X
55 20 ad3antrrr ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ y ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ N ⁡ y ⊆ X ∧ N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ T → U ∈ LMod
56 43 ad3antrrr ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ y ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ N ⁡ y ⊆ X ∧ N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ T → X ∈ LSubSp ⁡ U
57 eldifi ⊢ y ∈ V ∖ 0 ˙ → y ∈ V
58 57 ad2antrl ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ y ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ N ⁡ y ⊆ X ∧ N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ T → y ∈ V
59 3 21 5 55 56 58 ellspsn5b ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ y ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ N ⁡ y ⊆ X ∧ N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ T → y ∈ X ↔ N ⁡ y ⊆ X
60 54 59 mpbird ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ y ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ N ⁡ y ⊆ X ∧ N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ T → y ∈ X
61 16 ad3antrrr ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ y ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ N ⁡ y ⊆ X ∧ N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ T → T ∈ V
62 3 5 lspsnid ⊢ U ∈ LMod ∧ T ∈ V → T ∈ N ⁡ T
63 55 61 62 syl2anc ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ y ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ N ⁡ y ⊆ X ∧ N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ T → T ∈ N ⁡ T
64 simprrr ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ y ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ N ⁡ y ⊆ X ∧ N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ T → N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ T
65 sneq ⊢ z = T → z = T
66 65 fveq2d ⊢ z = T → N ⁡ z = N ⁡ T
67 66 oveq2d ⊢ z = T → N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ z = N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ T
68 67 sseq2d ⊢ z = T → N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ z ↔ N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ T
69 68 rspcev ⊢ T ∈ N ⁡ T ∧ N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ T → ∃ z ∈ N ⁡ T N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ z
70 63 64 69 syl2anc ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ y ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ N ⁡ y ⊆ X ∧ N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ T → ∃ z ∈ N ⁡ T N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ z
71 60 70 jca ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ y ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ N ⁡ y ⊆ X ∧ N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ T → y ∈ X ∧ ∃ z ∈ N ⁡ T N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ z
72 71 ex ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ → y ∈ V ∖ 0 ˙ ∧ N ⁡ y ⊆ X ∧ N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ T → y ∈ X ∧ ∃ z ∈ N ⁡ T N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ z
73 72 reximdv2 ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ → ∃ y ∈ V ∖ 0 ˙ N ⁡ y ⊆ X ∧ N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ T → ∃ y ∈ X ∃ z ∈ N ⁡ T N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ z
74 53 73 syld ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ → N ⁡ x ⊆ X ∨ ˙ N ⁡ T → ∃ y ∈ X ∃ z ∈ N ⁡ T N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ z
75 74 anim2d ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ → x ∈ V ∧ N ⁡ x ⊆ X ∨ ˙ N ⁡ T → x ∈ V ∧ ∃ y ∈ X ∃ z ∈ N ⁡ T N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ z
76 1 2 6 21 dihrnlss ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∨ ˙ N ⁡ T ∈ ran ⁡ I → X ∨ ˙ N ⁡ T ∈ LSubSp ⁡ U
77 8 38 76 syl2anc ⊢ φ → X ∨ ˙ N ⁡ T ∈ LSubSp ⁡ U
78 3 21 5 20 77 ellspsn6 ⊢ φ → x ∈ X ∨ ˙ N ⁡ T ↔ x ∈ V ∧ N ⁡ x ⊆ X ∨ ˙ N ⁡ T
79 78 ad2antrr ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ → x ∈ X ∨ ˙ N ⁡ T ↔ x ∈ V ∧ N ⁡ x ⊆ X ∨ ˙ N ⁡ T
80 3 21 4 5 20 43 23 lsmelval2 ⊢ φ → x ∈ X ⊕ ˙ N ⁡ T ↔ x ∈ V ∧ ∃ y ∈ X ∃ z ∈ N ⁡ T N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z
81 8 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ X ∧ z ∈ N ⁡ T → K ∈ HL ∧ W ∈ H
82 43 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ X ∧ z ∈ N ⁡ T → X ∈ LSubSp ⁡ U
83 simplr ⊢ φ ∧ y ∈ X ∧ z ∈ N ⁡ T → y ∈ X
84 3 21 lssel ⊢ X ∈ LSubSp ⁡ U ∧ y ∈ X → y ∈ V
85 82 83 84 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ X ∧ z ∈ N ⁡ T → y ∈ V
86 23 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ X ∧ z ∈ N ⁡ T → N ⁡ T ∈ LSubSp ⁡ U
87 simpr ⊢ φ ∧ y ∈ X ∧ z ∈ N ⁡ T → z ∈ N ⁡ T
88 3 21 lssel ⊢ N ⁡ T ∈ LSubSp ⁡ U ∧ z ∈ N ⁡ T → z ∈ V
89 86 87 88 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ X ∧ z ∈ N ⁡ T → z ∈ V
90 1 2 3 4 5 6 7 81 85 89 djhlsmat ⊢ φ ∧ y ∈ X ∧ z ∈ N ⁡ T → N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z = N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ z
91 90 sseq2d ⊢ φ ∧ y ∈ X ∧ z ∈ N ⁡ T → N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z ↔ N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ z
92 91 rexbidva ⊢ φ ∧ y ∈ X → ∃ z ∈ N ⁡ T N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z ↔ ∃ z ∈ N ⁡ T N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ z
93 92 rexbidva ⊢ φ → ∃ y ∈ X ∃ z ∈ N ⁡ T N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z ↔ ∃ y ∈ X ∃ z ∈ N ⁡ T N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ z
94 93 anbi2d ⊢ φ → x ∈ V ∧ ∃ y ∈ X ∃ z ∈ N ⁡ T N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ⊕ ˙ N ⁡ z ↔ x ∈ V ∧ ∃ y ∈ X ∃ z ∈ N ⁡ T N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ z
95 80 94 bitrd ⊢ φ → x ∈ X ⊕ ˙ N ⁡ T ↔ x ∈ V ∧ ∃ y ∈ X ∃ z ∈ N ⁡ T N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ z
96 95 ad2antrr ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ → x ∈ X ⊕ ˙ N ⁡ T ↔ x ∈ V ∧ ∃ y ∈ X ∃ z ∈ N ⁡ T N ⁡ x ⊆ N ⁡ y ∨ ˙ N ⁡ z
97 75 79 96 3imtr4d ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ ∧ x ∈ V ∖ 0 ˙ → x ∈ X ∨ ˙ N ⁡ T → x ∈ X ⊕ ˙ N ⁡ T
98 10 21 32 41 46 97 lssssr ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ → X ∨ ˙ N ⁡ T ⊆ X ⊕ ˙ N ⁡ T
99 1 2 3 4 7 8 34 36 djhsumss ⊢ φ → X ⊕ ˙ N ⁡ T ⊆ X ∨ ˙ N ⁡ T
100 99 adantr ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ → X ⊕ ˙ N ⁡ T ⊆ X ∨ ˙ N ⁡ T
101 98 100 eqssd ⊢ φ ∧ X ≠ 0 ˙ → X ∨ ˙ N ⁡ T = X ⊕ ˙ N ⁡ T
102 31 101 pm2.61dane ⊢ φ → X ∨ ˙ N ⁡ T = X ⊕ ˙ N ⁡ T