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Theorem lshpkrlem6

Description: Lemma for lshpkrex . Show linearlity of G . (Contributed by NM, 17-Jul-2014)

Ref Expression
Hypotheses lshpkrlem.v ⊢ V = Base W
lshpkrlem.a ⊢ + ˙ = + W
lshpkrlem.n ⊢ N = LSpan ⁡ W
lshpkrlem.p ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ W
lshpkrlem.h ⊢ H = LSHyp ⁡ W
lshpkrlem.w ⊢ φ → W ∈ LVec
lshpkrlem.u ⊢ φ → U ∈ H
lshpkrlem.z ⊢ φ → Z ∈ V
lshpkrlem.x ⊢ φ → X ∈ V
lshpkrlem.e ⊢ φ → U ⊕ ˙ N ⁡ Z = V
lshpkrlem.d ⊢ D = Scalar ⁡ W
lshpkrlem.k ⊢ K = Base D
lshpkrlem.t ⊢ · ˙ = ⋅ W
lshpkrlem.o ⊢ 0 ˙ = 0 D
lshpkrlem.g ⊢ G = x ∈ V ⟼ ι k ∈ K | ∃ y ∈ U x = y + ˙ k · ˙ Z
Assertion lshpkrlem6 ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V → G ⁡ l · ˙ u + ˙ v = l ⋅ D G ⁡ u + D G ⁡ v

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lshpkrlem.v ⊢ V = Base W
2 lshpkrlem.a ⊢ + ˙ = + W
3 lshpkrlem.n ⊢ N = LSpan ⁡ W
4 lshpkrlem.p ⊢ ⊕ ˙ = LSSum ⁡ W
5 lshpkrlem.h ⊢ H = LSHyp ⁡ W
6 lshpkrlem.w ⊢ φ → W ∈ LVec
7 lshpkrlem.u ⊢ φ → U ∈ H
8 lshpkrlem.z ⊢ φ → Z ∈ V
9 lshpkrlem.x ⊢ φ → X ∈ V
10 lshpkrlem.e ⊢ φ → U ⊕ ˙ N ⁡ Z = V
11 lshpkrlem.d ⊢ D = Scalar ⁡ W
12 lshpkrlem.k ⊢ K = Base D
13 lshpkrlem.t ⊢ · ˙ = ⋅ W
14 lshpkrlem.o ⊢ 0 ˙ = 0 D
15 lshpkrlem.g ⊢ G = x ∈ V ⟼ ι k ∈ K | ∃ y ∈ U x = y + ˙ k · ˙ Z
16 6 adantr ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V → W ∈ LVec
17 7 adantr ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V → U ∈ H
18 8 adantr ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V → Z ∈ V
19 simpr2 ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V → u ∈ V
20 10 adantr ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V → U ⊕ ˙ N ⁡ Z = V
21 1 2 3 4 5 16 17 18 19 20 11 12 13 14 15 lshpkrlem3 ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V → ∃ r ∈ U u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z
22 simpr3 ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V → v ∈ V
23 1 2 3 4 5 16 17 18 22 20 11 12 13 14 15 lshpkrlem3 ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V → ∃ s ∈ U v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z
24 lveclmod ⊢ W ∈ LVec → W ∈ LMod
25 16 24 syl ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V → W ∈ LMod
26 simpr1 ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V → l ∈ K
27 1 11 13 12 lmodvscl ⊢ W ∈ LMod ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V → l · ˙ u ∈ V
28 25 26 19 27 syl3anc ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V → l · ˙ u ∈ V
29 1 2 lmodvacl ⊢ W ∈ LMod ∧ l · ˙ u ∈ V ∧ v ∈ V → l · ˙ u + ˙ v ∈ V
30 25 28 22 29 syl3anc ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V → l · ˙ u + ˙ v ∈ V
31 1 2 3 4 5 16 17 18 30 20 11 12 13 14 15 lshpkrlem3 ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V → ∃ z ∈ U l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z
32 3reeanv ⊢ ∃ r ∈ U ∃ s ∈ U ∃ z ∈ U u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z ∧ v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z ∧ l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z ↔ ∃ r ∈ U u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z ∧ ∃ s ∈ U v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z ∧ ∃ z ∈ U l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z
33 simp1l ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V ∧ r ∈ U ∧ s ∈ U ∧ z ∈ U ∧ u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z ∧ v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z ∧ l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z → φ
34 simp1r1 ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V ∧ r ∈ U ∧ s ∈ U ∧ z ∈ U ∧ u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z ∧ v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z ∧ l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z → l ∈ K
35 simp1r2 ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V ∧ r ∈ U ∧ s ∈ U ∧ z ∈ U ∧ u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z ∧ v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z ∧ l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z → u ∈ V
36 simp1r3 ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V ∧ r ∈ U ∧ s ∈ U ∧ z ∈ U ∧ u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z ∧ v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z ∧ l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z → v ∈ V
37 simp2ll ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V ∧ r ∈ U ∧ s ∈ U ∧ z ∈ U ∧ u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z ∧ v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z ∧ l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z → r ∈ U
38 simp2lr ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V ∧ r ∈ U ∧ s ∈ U ∧ z ∈ U ∧ u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z ∧ v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z ∧ l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z → s ∈ U
39 simp2r ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V ∧ r ∈ U ∧ s ∈ U ∧ z ∈ U ∧ u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z ∧ v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z ∧ l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z → z ∈ U
40 38 39 jca ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V ∧ r ∈ U ∧ s ∈ U ∧ z ∈ U ∧ u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z ∧ v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z ∧ l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z → s ∈ U ∧ z ∈ U
41 simp31 ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V ∧ r ∈ U ∧ s ∈ U ∧ z ∈ U ∧ u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z ∧ v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z ∧ l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z → u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z
42 simp32 ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V ∧ r ∈ U ∧ s ∈ U ∧ z ∈ U ∧ u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z ∧ v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z ∧ l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z → v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z
43 simp33 ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V ∧ r ∈ U ∧ s ∈ U ∧ z ∈ U ∧ u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z ∧ v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z ∧ l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z → l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z
44 1 2 3 4 5 6 7 8 8 10 11 12 13 14 15 lshpkrlem5 ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V ∧ r ∈ U ∧ s ∈ U ∧ z ∈ U ∧ u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z ∧ v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z ∧ l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z → G ⁡ l · ˙ u + ˙ v = l ⋅ D G ⁡ u + D G ⁡ v
45 33 34 35 36 37 40 41 42 43 44 syl333anc ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V ∧ r ∈ U ∧ s ∈ U ∧ z ∈ U ∧ u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z ∧ v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z ∧ l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z → G ⁡ l · ˙ u + ˙ v = l ⋅ D G ⁡ u + D G ⁡ v
46 45 3exp ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V → r ∈ U ∧ s ∈ U ∧ z ∈ U → u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z ∧ v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z ∧ l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z → G ⁡ l · ˙ u + ˙ v = l ⋅ D G ⁡ u + D G ⁡ v
47 46 expdimp ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V ∧ r ∈ U ∧ s ∈ U → z ∈ U → u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z ∧ v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z ∧ l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z → G ⁡ l · ˙ u + ˙ v = l ⋅ D G ⁡ u + D G ⁡ v
48 47 rexlimdv ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V ∧ r ∈ U ∧ s ∈ U → ∃ z ∈ U u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z ∧ v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z ∧ l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z → G ⁡ l · ˙ u + ˙ v = l ⋅ D G ⁡ u + D G ⁡ v
49 48 rexlimdvva ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V → ∃ r ∈ U ∃ s ∈ U ∃ z ∈ U u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z ∧ v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z ∧ l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z → G ⁡ l · ˙ u + ˙ v = l ⋅ D G ⁡ u + D G ⁡ v
50 32 49 biimtrrid ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V → ∃ r ∈ U u = r + ˙ G ⁡ u · ˙ Z ∧ ∃ s ∈ U v = s + ˙ G ⁡ v · ˙ Z ∧ ∃ z ∈ U l · ˙ u + ˙ v = z + ˙ G ⁡ l · ˙ u + ˙ v · ˙ Z → G ⁡ l · ˙ u + ˙ v = l ⋅ D G ⁡ u + D G ⁡ v
51 21 23 31 50 mp3and ⊢ φ ∧ l ∈ K ∧ u ∈ V ∧ v ∈ V → G ⁡ l · ˙ u + ˙ v = l ⋅ D G ⁡ u + D G ⁡ v