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Theorem dvhopellsm

Description: Ordered pair membership in a subspace sum. (Contributed by NM, 12-Mar-2014)

Ref Expression
Hypotheses dvhopellsm.h ⊢ H = LHyp ⁡ K
dvhopellsm.u ⊢ U = DVecH ⁡ K ⁡ W
dvhopellsm.a ⊢ + ˙ = + U
dvhopellsm.s ⊢ S = LSubSp ⁡ U
dvhopellsm.p ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ U
Assertion dvhopellsm ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → F T ∈ X ⊕ ˙ Y ↔ ∃ x ∃ y ∃ z ∃ w x y ∈ X ∧ z w ∈ Y ∧ F T = x y + ˙ z w

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 dvhopellsm.h ⊢ H = LHyp ⁡ K
2 dvhopellsm.u ⊢ U = DVecH ⁡ K ⁡ W
3 dvhopellsm.a ⊢ + ˙ = + U
4 dvhopellsm.s ⊢ S = LSubSp ⁡ U
5 dvhopellsm.p ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ U
6 id ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H → K ∈ HL ∧ W ∈ H
7 1 2 6 dvhlmod ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H → U ∈ LMod
8 7 3ad2ant1 ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → U ∈ LMod
9 4 lsssssubg ⊢ U ∈ LMod → S ⊆ SubGrp ⁡ U
10 8 9 syl ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → S ⊆ SubGrp ⁡ U
11 simp2 ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → X ∈ S
12 10 11 sseldd ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → X ∈ SubGrp ⁡ U
13 simp3 ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → Y ∈ S
14 10 13 sseldd ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → Y ∈ SubGrp ⁡ U
15 3 5 lsmelval ⊢ X ∈ SubGrp ⁡ U ∧ Y ∈ SubGrp ⁡ U → F T ∈ X ⊕ ˙ Y ↔ ∃ u ∈ X ∃ v ∈ Y F T = u + ˙ v
16 12 14 15 syl2anc ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → F T ∈ X ⊕ ˙ Y ↔ ∃ u ∈ X ∃ v ∈ Y F T = u + ˙ v
17 eqid ⊢ Base U = Base U
18 17 4 lssss ⊢ Y ∈ S → Y ⊆ Base U
19 18 3ad2ant3 ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → Y ⊆ Base U
20 eqid ⊢ LTrn ⁡ K ⁡ W = LTrn ⁡ K ⁡ W
21 eqid ⊢ TEndo ⁡ K ⁡ W = TEndo ⁡ K ⁡ W
22 1 20 21 2 17 dvhvbase ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H → Base U = LTrn ⁡ K ⁡ W × TEndo ⁡ K ⁡ W
23 22 3ad2ant1 ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → Base U = LTrn ⁡ K ⁡ W × TEndo ⁡ K ⁡ W
24 19 23 sseqtrd ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → Y ⊆ LTrn ⁡ K ⁡ W × TEndo ⁡ K ⁡ W
25 relxp ⊢ Rel ⁡ LTrn ⁡ K ⁡ W × TEndo ⁡ K ⁡ W
26 relss ⊢ Y ⊆ LTrn ⁡ K ⁡ W × TEndo ⁡ K ⁡ W → Rel ⁡ LTrn ⁡ K ⁡ W × TEndo ⁡ K ⁡ W → Rel ⁡ Y
27 24 25 26 mpisyl ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → Rel ⁡ Y
28 oveq2 ⊢ v = z w → u + ˙ v = u + ˙ z w
29 28 eqeq2d ⊢ v = z w → F T = u + ˙ v ↔ F T = u + ˙ z w
30 29 exopxfr2 ⊢ Rel ⁡ Y → ∃ v ∈ Y F T = u + ˙ v ↔ ∃ z ∃ w z w ∈ Y ∧ F T = u + ˙ z w
31 27 30 syl ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → ∃ v ∈ Y F T = u + ˙ v ↔ ∃ z ∃ w z w ∈ Y ∧ F T = u + ˙ z w
32 31 rexbidv ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → ∃ u ∈ X ∃ v ∈ Y F T = u + ˙ v ↔ ∃ u ∈ X ∃ z ∃ w z w ∈ Y ∧ F T = u + ˙ z w
33 17 4 lssss ⊢ X ∈ S → X ⊆ Base U
34 33 3ad2ant2 ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → X ⊆ Base U
35 34 23 sseqtrd ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → X ⊆ LTrn ⁡ K ⁡ W × TEndo ⁡ K ⁡ W
36 relss ⊢ X ⊆ LTrn ⁡ K ⁡ W × TEndo ⁡ K ⁡ W → Rel ⁡ LTrn ⁡ K ⁡ W × TEndo ⁡ K ⁡ W → Rel ⁡ X
37 35 25 36 mpisyl ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → Rel ⁡ X
38 oveq1 ⊢ u = x y → u + ˙ z w = x y + ˙ z w
39 38 eqeq2d ⊢ u = x y → F T = u + ˙ z w ↔ F T = x y + ˙ z w
40 39 anbi2d ⊢ u = x y → z w ∈ Y ∧ F T = u + ˙ z w ↔ z w ∈ Y ∧ F T = x y + ˙ z w
41 40 2exbidv ⊢ u = x y → ∃ z ∃ w z w ∈ Y ∧ F T = u + ˙ z w ↔ ∃ z ∃ w z w ∈ Y ∧ F T = x y + ˙ z w
42 41 exopxfr2 ⊢ Rel ⁡ X → ∃ u ∈ X ∃ z ∃ w z w ∈ Y ∧ F T = u + ˙ z w ↔ ∃ x ∃ y x y ∈ X ∧ ∃ z ∃ w z w ∈ Y ∧ F T = x y + ˙ z w
43 37 42 syl ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → ∃ u ∈ X ∃ z ∃ w z w ∈ Y ∧ F T = u + ˙ z w ↔ ∃ x ∃ y x y ∈ X ∧ ∃ z ∃ w z w ∈ Y ∧ F T = x y + ˙ z w
44 19.42vv ⊢ ∃ z ∃ w x y ∈ X ∧ z w ∈ Y ∧ F T = x y + ˙ z w ↔ x y ∈ X ∧ ∃ z ∃ w z w ∈ Y ∧ F T = x y + ˙ z w
45 anass ⊢ x y ∈ X ∧ z w ∈ Y ∧ F T = x y + ˙ z w ↔ x y ∈ X ∧ z w ∈ Y ∧ F T = x y + ˙ z w
46 45 2exbii ⊢ ∃ z ∃ w x y ∈ X ∧ z w ∈ Y ∧ F T = x y + ˙ z w ↔ ∃ z ∃ w x y ∈ X ∧ z w ∈ Y ∧ F T = x y + ˙ z w
47 46 bicomi ⊢ ∃ z ∃ w x y ∈ X ∧ z w ∈ Y ∧ F T = x y + ˙ z w ↔ ∃ z ∃ w x y ∈ X ∧ z w ∈ Y ∧ F T = x y + ˙ z w
48 47 a1i ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → ∃ z ∃ w x y ∈ X ∧ z w ∈ Y ∧ F T = x y + ˙ z w ↔ ∃ z ∃ w x y ∈ X ∧ z w ∈ Y ∧ F T = x y + ˙ z w
49 44 48 bitr3id ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → x y ∈ X ∧ ∃ z ∃ w z w ∈ Y ∧ F T = x y + ˙ z w ↔ ∃ z ∃ w x y ∈ X ∧ z w ∈ Y ∧ F T = x y + ˙ z w
50 49 2exbidv ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → ∃ x ∃ y x y ∈ X ∧ ∃ z ∃ w z w ∈ Y ∧ F T = x y + ˙ z w ↔ ∃ x ∃ y ∃ z ∃ w x y ∈ X ∧ z w ∈ Y ∧ F T = x y + ˙ z w
51 43 50 bitrd ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → ∃ u ∈ X ∃ z ∃ w z w ∈ Y ∧ F T = u + ˙ z w ↔ ∃ x ∃ y ∃ z ∃ w x y ∈ X ∧ z w ∈ Y ∧ F T = x y + ˙ z w
52 16 32 51 3bitrd ⊢ K ∈ HL ∧ W ∈ H ∧ X ∈ S ∧ Y ∈ S → F T ∈ X ⊕ ˙ Y ↔ ∃ x ∃ y ∃ z ∃ w x y ∈ X ∧ z w ∈ Y ∧ F T = x y + ˙ z w