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Theorem lindsenlbs

Description: A maximal linearly independent set in a free module of finite dimension over a division ring is a basis. (Contributed by Brendan Leahy, 2-Jun-2021)

Ref Expression
Assertion lindsenlbs ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ X ≈ I → X ∈ LBasis ⁡ R freeLMod I

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 simpl3 ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ X ≈ I → X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I
2 drngring ⊢ R ∈ DivRing → R ∈ Ring
3 eqid ⊢ R freeLMod I = R freeLMod I
4 3 frlmlmod ⊢ R ∈ Ring ∧ I ∈ Fin → R freeLMod I ∈ LMod
5 2 4 sylan ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin → R freeLMod I ∈ LMod
6 eqid ⊢ Base R freeLMod I = Base R freeLMod I
7 6 linds1 ⊢ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I → X ⊆ Base R freeLMod I
8 eqid ⊢ LSpan ⁡ R freeLMod I = LSpan ⁡ R freeLMod I
9 6 8 lspssv ⊢ R freeLMod I ∈ LMod ∧ X ⊆ Base R freeLMod I → LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ⊆ Base R freeLMod I
10 5 7 9 syl2an ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I → LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ⊆ Base R freeLMod I
11 10 3impa ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I → LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ⊆ Base R freeLMod I
12 11 adantr ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ X ≈ I → LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ⊆ Base R freeLMod I
13 bren2 ⊢ X ≈ I ↔ X ≼ I ∧ ¬ X ≺ I
14 13 simprbi ⊢ X ≈ I → ¬ X ≺ I
15 snfi ⊢ y ∈ Fin
16 simp2 ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I → I ∈ Fin
17 lindsdom ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I → X ≼ I
18 domfi ⊢ I ∈ Fin ∧ X ≼ I → X ∈ Fin
19 16 17 18 syl2anc ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I → X ∈ Fin
20 unfi ⊢ y ∈ Fin ∧ X ∈ Fin → y ∪ X ∈ Fin
21 15 19 20 sylancr ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I → y ∪ X ∈ Fin
22 21 adantr ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → y ∪ X ∈ Fin
23 vex ⊢ y ∈ V
24 23 snss ⊢ y ∈ X ↔ y ⊆ X
25 6 8 lspssid ⊢ R freeLMod I ∈ LMod ∧ X ⊆ Base R freeLMod I → X ⊆ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X
26 5 7 25 syl2an ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I → X ⊆ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X
27 26 3impa ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I → X ⊆ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X
28 27 sseld ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I → y ∈ X → y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X
29 24 28 biimtrrid ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I → y ⊆ X → y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X
30 29 con3dimp ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → ¬ y ⊆ X
31 nsspssun ⊢ ¬ y ⊆ X ↔ X ⊂ y ∪ X
32 30 31 sylib ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → X ⊂ y ∪ X
33 php3 ⊢ y ∪ X ∈ Fin ∧ X ⊂ y ∪ X → X ≺ y ∪ X
34 22 32 33 syl2anc ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → X ≺ y ∪ X
35 34 adantrl ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → X ≺ y ∪ X
36 simpl1 ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → R ∈ DivRing
37 simpl2 ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → I ∈ Fin
38 snssi ⊢ y ∈ Base R freeLMod I → y ⊆ Base R freeLMod I
39 38 adantr ⊢ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → y ⊆ Base R freeLMod I
40 7 3ad2ant3 ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I → X ⊆ Base R freeLMod I
41 unss ⊢ y ⊆ Base R freeLMod I ∧ X ⊆ Base R freeLMod I ↔ y ∪ X ⊆ Base R freeLMod I
42 41 biimpi ⊢ y ⊆ Base R freeLMod I ∧ X ⊆ Base R freeLMod I → y ∪ X ⊆ Base R freeLMod I
43 39 40 42 syl2anr ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → y ∪ X ⊆ Base R freeLMod I
44 simpr ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X
45 28 con3dimp ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → ¬ y ∈ X
46 difsn ⊢ ¬ y ∈ X → X ∖ y = X
47 45 46 syl ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → X ∖ y = X
48 47 fveq2d ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ y = LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X
49 44 48 neleqtrrd ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ y
50 49 adantlr ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ y
51 difsnid ⊢ z ∈ X → X ∖ z ∪ z = X
52 51 fveq2d ⊢ z ∈ X → LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ z ∪ z = LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X
53 52 eleq2d ⊢ z ∈ X → y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ z ∪ z ↔ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X
54 53 notbid ⊢ z ∈ X → ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ z ∪ z ↔ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X
55 54 biimparc ⊢ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∧ z ∈ X → ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ z ∪ z
56 55 adantll ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∧ z ∈ X → ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ z ∪ z
57 3 frlmsca ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin → R = Scalar ⁡ R freeLMod I
58 simpl ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin → R ∈ DivRing
59 57 58 eqeltrrd ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin → Scalar ⁡ R freeLMod I ∈ DivRing
60 eqid ⊢ Scalar ⁡ R freeLMod I = Scalar ⁡ R freeLMod I
61 60 islvec ⊢ R freeLMod I ∈ LVec ↔ R freeLMod I ∈ LMod ∧ Scalar ⁡ R freeLMod I ∈ DivRing
62 5 59 61 sylanbrc ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin → R freeLMod I ∈ LVec
63 62 3adant3 ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I → R freeLMod I ∈ LVec
64 63 ad4antr ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∧ z ∈ X ∧ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z → R freeLMod I ∈ LVec
65 7 ssdifssd ⊢ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I → X ∖ z ⊆ Base R freeLMod I
66 65 3ad2ant3 ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I → X ∖ z ⊆ Base R freeLMod I
67 66 ad4antr ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∧ z ∈ X ∧ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z → X ∖ z ⊆ Base R freeLMod I
68 simp-4r ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∧ z ∈ X ∧ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z → y ∈ Base R freeLMod I
69 difundir ⊢ y ∪ X ∖ z = y ∖ z ∪ X ∖ z
70 69 equncomi ⊢ y ∪ X ∖ z = X ∖ z ∪ y ∖ z
71 elsni ⊢ z ∈ y → z = y
72 71 eleq1d ⊢ z ∈ y → z ∈ X ↔ y ∈ X
73 72 notbid ⊢ z ∈ y → ¬ z ∈ X ↔ ¬ y ∈ X
74 45 73 syl5ibrcom ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → z ∈ y → ¬ z ∈ X
75 74 con2d ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → z ∈ X → ¬ z ∈ y
76 75 imp ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∧ z ∈ X → ¬ z ∈ y
77 difsn ⊢ ¬ z ∈ y → y ∖ z = y
78 76 77 syl ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∧ z ∈ X → y ∖ z = y
79 78 uneq2d ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∧ z ∈ X → X ∖ z ∪ y ∖ z = X ∖ z ∪ y
80 70 79 eqtrid ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∧ z ∈ X → y ∪ X ∖ z = X ∖ z ∪ y
81 80 fveq2d ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∧ z ∈ X → LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z = LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ z ∪ y
82 81 eleq2d ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∧ z ∈ X → z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ↔ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ z ∪ y
83 82 adantllr ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∧ z ∈ X → z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ↔ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ z ∪ y
84 83 biimpa ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∧ z ∈ X ∧ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z → z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ z ∪ y
85 drngnzr ⊢ R ∈ DivRing → R ∈ NzRing
86 85 adantr ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin → R ∈ NzRing
87 57 86 eqeltrrd ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin → Scalar ⁡ R freeLMod I ∈ NzRing
88 5 87 jca ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin → R freeLMod I ∈ LMod ∧ Scalar ⁡ R freeLMod I ∈ NzRing
89 88 anim1i ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I → R freeLMod I ∈ LMod ∧ Scalar ⁡ R freeLMod I ∈ NzRing ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I
90 89 3impa ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I → R freeLMod I ∈ LMod ∧ Scalar ⁡ R freeLMod I ∈ NzRing ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I
91 8 60 lindsind2 ⊢ R freeLMod I ∈ LMod ∧ Scalar ⁡ R freeLMod I ∈ NzRing ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ z ∈ X → ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ z
92 91 3expa ⊢ R freeLMod I ∈ LMod ∧ Scalar ⁡ R freeLMod I ∈ NzRing ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ z ∈ X → ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ z
93 90 92 sylan ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ z ∈ X → ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ z
94 93 ad5ant14 ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∧ z ∈ X ∧ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z → ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ z
95 84 94 eldifd ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∧ z ∈ X ∧ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z → z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ z ∪ y ∖ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ z
96 eqid ⊢ LSubSp ⁡ R freeLMod I = LSubSp ⁡ R freeLMod I
97 6 96 8 lspsolv ⊢ R freeLMod I ∈ LVec ∧ X ∖ z ⊆ Base R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ z ∪ y ∖ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ z → y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ z ∪ z
98 64 67 68 95 97 syl13anc ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∧ z ∈ X ∧ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z → y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ z ∪ z
99 56 98 mtand ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∧ z ∈ X → ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z
100 99 ralrimiva ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → ∀ z ∈ X ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z
101 ralunb ⊢ ∀ z ∈ y ∪ X ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ↔ ∀ z ∈ y ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ∧ ∀ z ∈ X ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z
102 id ⊢ z = y → z = y
103 sneq ⊢ z = y → z = y
104 103 difeq2d ⊢ z = y → y ∪ X ∖ z = y ∪ X ∖ y
105 uncom ⊢ y ∪ X = X ∪ y
106 105 difeq1i ⊢ y ∪ X ∖ y = X ∪ y ∖ y
107 difun2 ⊢ X ∪ y ∖ y = X ∖ y
108 106 107 eqtri ⊢ y ∪ X ∖ y = X ∖ y
109 104 108 eqtrdi ⊢ z = y → y ∪ X ∖ z = X ∖ y
110 109 fveq2d ⊢ z = y → LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z = LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ y
111 102 110 eleq12d ⊢ z = y → z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ↔ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ y
112 111 notbid ⊢ z = y → ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ↔ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ y
113 23 112 ralsn ⊢ ∀ z ∈ y ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ↔ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ y
114 113 anbi1i ⊢ ∀ z ∈ y ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ∧ ∀ z ∈ X ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ↔ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ y ∧ ∀ z ∈ X ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z
115 101 114 bitri ⊢ ∀ z ∈ y ∪ X ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ↔ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ∖ y ∧ ∀ z ∈ X ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z
116 50 100 115 sylanbrc ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → ∀ z ∈ y ∪ X ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z
117 116 ex ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I → ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → ∀ z ∈ y ∪ X ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z
118 63 ad3antrrr ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ z ∈ y ∪ X ∧ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I → R freeLMod I ∈ LVec
119 eldifsn ⊢ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I ↔ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∧ x ≠ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I
120 119 bilani ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ z ∈ y ∪ X ∧ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I → x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∧ x ≠ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I
121 38 7 42 syl2anr ⊢ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I → y ∪ X ⊆ Base R freeLMod I
122 121 3ad2antl3 ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I → y ∪ X ⊆ Base R freeLMod I
123 122 sselda ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ z ∈ y ∪ X → z ∈ Base R freeLMod I
124 123 adantr ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ z ∈ y ∪ X ∧ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I → z ∈ Base R freeLMod I
125 eqid ⊢ ⋅ R freeLMod I = ⋅ R freeLMod I
126 eqid ⊢ Base Scalar ⁡ R freeLMod I = Base Scalar ⁡ R freeLMod I
127 eqid ⊢ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I = 0 Scalar ⁡ R freeLMod I
128 6 60 125 126 127 8 lspsnvs ⊢ R freeLMod I ∈ LVec ∧ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∧ x ≠ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I ∧ z ∈ Base R freeLMod I → LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ x ⋅ R freeLMod I z = LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ z
129 118 120 124 128 syl3anc ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ z ∈ y ∪ X ∧ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I → LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ x ⋅ R freeLMod I z = LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ z
130 129 sseq1d ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ z ∈ y ∪ X ∧ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I → LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ x ⋅ R freeLMod I z ⊆ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ↔ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ z ⊆ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z
131 5 3adant3 ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I → R freeLMod I ∈ LMod
132 131 ad3antrrr ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ z ∈ y ∪ X ∧ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I → R freeLMod I ∈ LMod
133 df-3an ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ↔ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I
134 121 ssdifssd ⊢ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I → y ∪ X ∖ z ⊆ Base R freeLMod I
135 6 96 8 lspcl ⊢ R freeLMod I ∈ LMod ∧ y ∪ X ∖ z ⊆ Base R freeLMod I → LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ∈ LSubSp ⁡ R freeLMod I
136 5 134 135 syl2an ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I → LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ∈ LSubSp ⁡ R freeLMod I
137 136 anassrs ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I → LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ∈ LSubSp ⁡ R freeLMod I
138 133 137 sylanb ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I → LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ∈ LSubSp ⁡ R freeLMod I
139 138 ad2antrr ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ z ∈ y ∪ X ∧ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I → LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ∈ LSubSp ⁡ R freeLMod I
140 eldifi ⊢ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I → x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I
141 140 adantl ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ z ∈ y ∪ X ∧ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I → x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I
142 6 60 125 126 lmodvscl ⊢ R freeLMod I ∈ LMod ∧ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∧ z ∈ Base R freeLMod I → x ⋅ R freeLMod I z ∈ Base R freeLMod I
143 132 141 124 142 syl3anc ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ z ∈ y ∪ X ∧ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I → x ⋅ R freeLMod I z ∈ Base R freeLMod I
144 6 96 8 132 139 143 ellspsn5b ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ z ∈ y ∪ X ∧ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I → x ⋅ R freeLMod I z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ↔ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ x ⋅ R freeLMod I z ⊆ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z
145 131 ad2antrr ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ z ∈ y ∪ X → R freeLMod I ∈ LMod
146 138 adantr ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ z ∈ y ∪ X → LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ∈ LSubSp ⁡ R freeLMod I
147 6 96 8 145 146 123 ellspsn5b ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ z ∈ y ∪ X → z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ↔ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ z ⊆ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z
148 147 adantr ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ z ∈ y ∪ X ∧ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I → z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ↔ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ z ⊆ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z
149 130 144 148 3bitr4rd ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ z ∈ y ∪ X ∧ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I → z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ↔ x ⋅ R freeLMod I z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z
150 149 notbid ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ z ∈ y ∪ X ∧ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I → ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z ↔ ¬ x ⋅ R freeLMod I z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z
151 150 biimpd ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ z ∈ y ∪ X ∧ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I → ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z → ¬ x ⋅ R freeLMod I z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z
152 151 ralrimdva ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ z ∈ y ∪ X → ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z → ∀ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I ¬ x ⋅ R freeLMod I z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z
153 152 ralimdva ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I → ∀ z ∈ y ∪ X ¬ z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z → ∀ z ∈ y ∪ X ∀ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I ¬ x ⋅ R freeLMod I z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z
154 117 153 syld ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I → ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → ∀ z ∈ y ∪ X ∀ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I ¬ x ⋅ R freeLMod I z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z
155 154 impr ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → ∀ z ∈ y ∪ X ∀ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I ¬ x ⋅ R freeLMod I z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z
156 ovex ⊢ R freeLMod I ∈ V
157 6 125 8 60 126 127 islinds2 ⊢ R freeLMod I ∈ V → y ∪ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ↔ y ∪ X ⊆ Base R freeLMod I ∧ ∀ z ∈ y ∪ X ∀ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I ¬ x ⋅ R freeLMod I z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z
158 156 157 ax-mp ⊢ y ∪ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ↔ y ∪ X ⊆ Base R freeLMod I ∧ ∀ z ∈ y ∪ X ∀ x ∈ Base Scalar ⁡ R freeLMod I ∖ 0 Scalar ⁡ R freeLMod I ¬ x ⋅ R freeLMod I z ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ y ∪ X ∖ z
159 43 155 158 sylanbrc ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → y ∪ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I
160 lindsdom ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ y ∪ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I → y ∪ X ≼ I
161 36 37 159 160 syl3anc ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → y ∪ X ≼ I
162 sdomdomtr ⊢ X ≺ y ∪ X ∧ y ∪ X ≼ I → X ≺ I
163 35 161 162 syl2anc ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X → X ≺ I
164 163 stoic1a ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ ¬ X ≺ I → ¬ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X
165 14 164 sylan2 ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ X ≈ I → ¬ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X
166 iman ⊢ y ∈ Base R freeLMod I → y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X ↔ ¬ y ∈ Base R freeLMod I ∧ ¬ y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X
167 165 166 sylibr ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ X ≈ I → y ∈ Base R freeLMod I → y ∈ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X
168 167 ssrdv ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ X ≈ I → Base R freeLMod I ⊆ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X
169 12 168 eqssd ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ X ≈ I → LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X = Base R freeLMod I
170 eqid ⊢ LBasis ⁡ R freeLMod I = LBasis ⁡ R freeLMod I
171 6 170 8 islbs4 ⊢ X ∈ LBasis ⁡ R freeLMod I ↔ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ LSpan ⁡ R freeLMod I ⁡ X = Base R freeLMod I
172 1 169 171 sylanbrc ⊢ R ∈ DivRing ∧ I ∈ Fin ∧ X ∈ LIndS ⁡ R freeLMod I ∧ X ≈ I → X ∈ LBasis ⁡ R freeLMod I