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Theorem lspsolv

Description: If X is in the span of A u. { Y } but not A , then Y is in the span of A u. { X } . (Contributed by Mario Carneiro, 25-Jun-2014)

Ref Expression
Hypotheses lspsolv.v ⊢ V = Base W
lspsolv.s ⊢ S = LSubSp ⁡ W
lspsolv.n ⊢ N = LSpan ⁡ W
Assertion lspsolv ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A → Y ∈ N ⁡ A ∪ X

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lspsolv.v ⊢ V = Base W
2 lspsolv.s ⊢ S = LSubSp ⁡ W
3 lspsolv.n ⊢ N = LSpan ⁡ W
4 eqid ⊢ Scalar ⁡ W = Scalar ⁡ W
5 eqid ⊢ Base Scalar ⁡ W = Base Scalar ⁡ W
6 eqid ⊢ + W = + W
7 eqid ⊢ ⋅ W = ⋅ W
8 eqid ⊢ z ∈ V | ∃ r ∈ Base Scalar ⁡ W z + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A = z ∈ V | ∃ r ∈ Base Scalar ⁡ W z + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A
9 lveclmod ⊢ W ∈ LVec → W ∈ LMod
10 9 adantr ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A → W ∈ LMod
11 simpr1 ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A → A ⊆ V
12 simpr2 ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A → Y ∈ V
13 simpr3 ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A → X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A
14 13 eldifad ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A → X ∈ N ⁡ A ∪ Y
15 1 2 3 4 5 6 7 8 10 11 12 14 lspsolvlem ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A → ∃ r ∈ Base Scalar ⁡ W X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A
16 4 lvecdrng ⊢ W ∈ LVec → Scalar ⁡ W ∈ DivRing
17 16 ad2antrr ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → Scalar ⁡ W ∈ DivRing
18 simprl ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → r ∈ Base Scalar ⁡ W
19 10 adantr ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → W ∈ LMod
20 12 adantr ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → Y ∈ V
21 eqid ⊢ 0 Scalar ⁡ W = 0 Scalar ⁡ W
22 eqid ⊢ 0 W = 0 W
23 1 4 7 21 22 lmod0vs ⊢ W ∈ LMod ∧ Y ∈ V → 0 Scalar ⁡ W ⋅ W Y = 0 W
24 19 20 23 syl2anc ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → 0 Scalar ⁡ W ⋅ W Y = 0 W
25 24 oveq2d ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → X + W 0 Scalar ⁡ W ⋅ W Y = X + W 0 W
26 11 adantr ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → A ⊆ V
27 20 snssd ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → Y ⊆ V
28 26 27 unssd ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → A ∪ Y ⊆ V
29 1 3 lspssv ⊢ W ∈ LMod ∧ A ∪ Y ⊆ V → N ⁡ A ∪ Y ⊆ V
30 19 28 29 syl2anc ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → N ⁡ A ∪ Y ⊆ V
31 30 ssdifssd ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ⊆ V
32 13 adantr ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A
33 31 32 sseldd ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → X ∈ V
34 1 6 22 lmod0vrid ⊢ W ∈ LMod ∧ X ∈ V → X + W 0 W = X
35 19 33 34 syl2anc ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → X + W 0 W = X
36 25 35 eqtrd ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → X + W 0 Scalar ⁡ W ⋅ W Y = X
37 36 32 eqeltrd ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → X + W 0 Scalar ⁡ W ⋅ W Y ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A
38 37 eldifbd ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → ¬ X + W 0 Scalar ⁡ W ⋅ W Y ∈ N ⁡ A
39 simprr ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A
40 oveq1 ⊢ r = 0 Scalar ⁡ W → r ⋅ W Y = 0 Scalar ⁡ W ⋅ W Y
41 40 oveq2d ⊢ r = 0 Scalar ⁡ W → X + W r ⋅ W Y = X + W 0 Scalar ⁡ W ⋅ W Y
42 41 eleq1d ⊢ r = 0 Scalar ⁡ W → X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A ↔ X + W 0 Scalar ⁡ W ⋅ W Y ∈ N ⁡ A
43 39 42 syl5ibcom ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → r = 0 Scalar ⁡ W → X + W 0 Scalar ⁡ W ⋅ W Y ∈ N ⁡ A
44 43 necon3bd ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → ¬ X + W 0 Scalar ⁡ W ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → r ≠ 0 Scalar ⁡ W
45 38 44 mpd ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → r ≠ 0 Scalar ⁡ W
46 eqid ⊢ ⋅ Scalar ⁡ W = ⋅ Scalar ⁡ W
47 eqid ⊢ 1 Scalar ⁡ W = 1 Scalar ⁡ W
48 eqid ⊢ inv r ⁡ Scalar ⁡ W = inv r ⁡ Scalar ⁡ W
49 5 21 46 47 48 drnginvrl ⊢ Scalar ⁡ W ∈ DivRing ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ r ≠ 0 Scalar ⁡ W → inv r ⁡ Scalar ⁡ W ⁡ r ⋅ Scalar ⁡ W r = 1 Scalar ⁡ W
50 17 18 45 49 syl3anc ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → inv r ⁡ Scalar ⁡ W ⁡ r ⋅ Scalar ⁡ W r = 1 Scalar ⁡ W
51 50 oveq1d ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → inv r ⁡ Scalar ⁡ W ⁡ r ⋅ Scalar ⁡ W r ⋅ W Y = 1 Scalar ⁡ W ⋅ W Y
52 5 21 48 drnginvrcl ⊢ Scalar ⁡ W ∈ DivRing ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ r ≠ 0 Scalar ⁡ W → inv r ⁡ Scalar ⁡ W ⁡ r ∈ Base Scalar ⁡ W
53 17 18 45 52 syl3anc ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → inv r ⁡ Scalar ⁡ W ⁡ r ∈ Base Scalar ⁡ W
54 1 4 7 5 46 lmodvsass ⊢ W ∈ LMod ∧ inv r ⁡ Scalar ⁡ W ⁡ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ Y ∈ V → inv r ⁡ Scalar ⁡ W ⁡ r ⋅ Scalar ⁡ W r ⋅ W Y = inv r ⁡ Scalar ⁡ W ⁡ r ⋅ W r ⋅ W Y
55 19 53 18 20 54 syl13anc ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → inv r ⁡ Scalar ⁡ W ⁡ r ⋅ Scalar ⁡ W r ⋅ W Y = inv r ⁡ Scalar ⁡ W ⁡ r ⋅ W r ⋅ W Y
56 1 4 7 47 lmodvs1 ⊢ W ∈ LMod ∧ Y ∈ V → 1 Scalar ⁡ W ⋅ W Y = Y
57 19 20 56 syl2anc ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → 1 Scalar ⁡ W ⋅ W Y = Y
58 51 55 57 3eqtr3d ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → inv r ⁡ Scalar ⁡ W ⁡ r ⋅ W r ⋅ W Y = Y
59 33 snssd ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → X ⊆ V
60 26 59 unssd ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → A ∪ X ⊆ V
61 1 2 3 lspcl ⊢ W ∈ LMod ∧ A ∪ X ⊆ V → N ⁡ A ∪ X ∈ S
62 19 60 61 syl2anc ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → N ⁡ A ∪ X ∈ S
63 1 4 7 5 lmodvscl ⊢ W ∈ LMod ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ Y ∈ V → r ⋅ W Y ∈ V
64 19 18 20 63 syl3anc ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → r ⋅ W Y ∈ V
65 eqid ⊢ - W = - W
66 1 6 65 lmodvpncan ⊢ W ∈ LMod ∧ r ⋅ W Y ∈ V ∧ X ∈ V → r ⋅ W Y + W X - W X = r ⋅ W Y
67 19 64 33 66 syl3anc ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → r ⋅ W Y + W X - W X = r ⋅ W Y
68 1 6 lmodcom ⊢ W ∈ LMod ∧ r ⋅ W Y ∈ V ∧ X ∈ V → r ⋅ W Y + W X = X + W r ⋅ W Y
69 19 64 33 68 syl3anc ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → r ⋅ W Y + W X = X + W r ⋅ W Y
70 ssun1 ⊢ A ⊆ A ∪ X
71 70 a1i ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → A ⊆ A ∪ X
72 1 3 lspss ⊢ W ∈ LMod ∧ A ∪ X ⊆ V ∧ A ⊆ A ∪ X → N ⁡ A ⊆ N ⁡ A ∪ X
73 19 60 71 72 syl3anc ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → N ⁡ A ⊆ N ⁡ A ∪ X
74 73 39 sseldd ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A ∪ X
75 69 74 eqeltrd ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → r ⋅ W Y + W X ∈ N ⁡ A ∪ X
76 1 3 lspssid ⊢ W ∈ LMod ∧ A ∪ X ⊆ V → A ∪ X ⊆ N ⁡ A ∪ X
77 19 60 76 syl2anc ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → A ∪ X ⊆ N ⁡ A ∪ X
78 snidg ⊢ X ∈ V → X ∈ X
79 elun2 ⊢ X ∈ X → X ∈ A ∪ X
80 33 78 79 3syl ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → X ∈ A ∪ X
81 77 80 sseldd ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → X ∈ N ⁡ A ∪ X
82 65 2 lssvsubcl ⊢ W ∈ LMod ∧ N ⁡ A ∪ X ∈ S ∧ r ⋅ W Y + W X ∈ N ⁡ A ∪ X ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ X → r ⋅ W Y + W X - W X ∈ N ⁡ A ∪ X
83 19 62 75 81 82 syl22anc ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → r ⋅ W Y + W X - W X ∈ N ⁡ A ∪ X
84 67 83 eqeltrrd ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A ∪ X
85 4 7 5 2 lssvscl ⊢ W ∈ LMod ∧ N ⁡ A ∪ X ∈ S ∧ inv r ⁡ Scalar ⁡ W ⁡ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A ∪ X → inv r ⁡ Scalar ⁡ W ⁡ r ⋅ W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A ∪ X
86 19 62 53 84 85 syl22anc ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → inv r ⁡ Scalar ⁡ W ⁡ r ⋅ W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A ∪ X
87 58 86 eqeltrrd ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A ∧ r ∈ Base Scalar ⁡ W ∧ X + W r ⋅ W Y ∈ N ⁡ A → Y ∈ N ⁡ A ∪ X
88 15 87 rexlimddv ⊢ W ∈ LVec ∧ A ⊆ V ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ N ⁡ A ∪ Y ∖ N ⁡ A → Y ∈ N ⁡ A ∪ X