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Theorem pj1id

Description: Any element of a direct subspace sum can be decomposed into projections onto the left and right factors. (Contributed by Mario Carneiro, 15-Oct-2015) (Revised by Mario Carneiro, 21-Apr-2016)

Ref Expression
Hypotheses pj1eu.a + ˙ = + G
pj1eu.s ˙ = LSSum G
pj1eu.o 0 ˙ = 0 G
pj1eu.z Z = Cntz G
pj1eu.2 φ T SubGrp G
pj1eu.3 φ U SubGrp G
pj1eu.4 φ T U = 0 ˙
pj1eu.5 φ T Z U
pj1f.p P = proj 1 G
Assertion pj1id φ X T ˙ U X = T P U X + ˙ U P T X

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pj1eu.a + ˙ = + G
2 pj1eu.s ˙ = LSSum G
3 pj1eu.o 0 ˙ = 0 G
4 pj1eu.z Z = Cntz G
5 pj1eu.2 φ T SubGrp G
6 pj1eu.3 φ U SubGrp G
7 pj1eu.4 φ T U = 0 ˙
8 pj1eu.5 φ T Z U
9 pj1f.p P = proj 1 G
10 subgrcl T SubGrp G G Grp
11 5 10 syl φ G Grp
12 eqid Base G = Base G
13 12 subgss T SubGrp G T Base G
14 5 13 syl φ T Base G
15 12 subgss U SubGrp G U Base G
16 6 15 syl φ U Base G
17 11 14 16 3jca φ G Grp T Base G U Base G
18 12 1 2 9 pj1val G Grp T Base G U Base G X T ˙ U T P U X = ι x T | y U X = x + ˙ y
19 17 18 sylan φ X T ˙ U T P U X = ι x T | y U X = x + ˙ y
20 1 2 3 4 5 6 7 8 pj1eu φ X T ˙ U ∃! x T y U X = x + ˙ y
21 riotacl2 ∃! x T y U X = x + ˙ y ι x T | y U X = x + ˙ y x T | y U X = x + ˙ y
22 20 21 syl φ X T ˙ U ι x T | y U X = x + ˙ y x T | y U X = x + ˙ y
23 19 22 eqeltrd φ X T ˙ U T P U X x T | y U X = x + ˙ y
24 oveq1 x = T P U X x + ˙ y = T P U X + ˙ y
25 24 eqeq2d x = T P U X X = x + ˙ y X = T P U X + ˙ y
26 25 rexbidv x = T P U X y U X = x + ˙ y y U X = T P U X + ˙ y
27 26 elrab T P U X x T | y U X = x + ˙ y T P U X T y U X = T P U X + ˙ y
28 27 simprbi T P U X x T | y U X = x + ˙ y y U X = T P U X + ˙ y
29 23 28 syl φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y
30 simprr φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y X = T P U X + ˙ y
31 11 ad2antrr φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y G Grp
32 16 ad2antrr φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y U Base G
33 14 ad2antrr φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y T Base G
34 simplr φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y X T ˙ U
35 2 4 lsmcom2 T SubGrp G U SubGrp G T Z U T ˙ U = U ˙ T
36 5 6 8 35 syl3anc φ T ˙ U = U ˙ T
37 36 ad2antrr φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y T ˙ U = U ˙ T
38 34 37 eleqtrd φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y X U ˙ T
39 12 1 2 9 pj1val G Grp U Base G T Base G X U ˙ T U P T X = ι u U | v T X = u + ˙ v
40 31 32 33 38 39 syl31anc φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y U P T X = ι u U | v T X = u + ˙ v
41 1 2 3 4 5 6 7 8 9 pj1f φ T P U : T ˙ U T
42 41 ad2antrr φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y T P U : T ˙ U T
43 42 34 ffvelrnd φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y T P U X T
44 8 ad2antrr φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y T Z U
45 44 43 sseldd φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y T P U X Z U
46 simprl φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y y U
47 1 4 cntzi T P U X Z U y U T P U X + ˙ y = y + ˙ T P U X
48 45 46 47 syl2anc φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y T P U X + ˙ y = y + ˙ T P U X
49 30 48 eqtrd φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y X = y + ˙ T P U X
50 oveq2 v = T P U X y + ˙ v = y + ˙ T P U X
51 50 rspceeqv T P U X T X = y + ˙ T P U X v T X = y + ˙ v
52 43 49 51 syl2anc φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y v T X = y + ˙ v
53 simpll φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y φ
54 incom U T = T U
55 54 7 eqtrid φ U T = 0 ˙
56 4 5 6 8 cntzrecd φ U Z T
57 1 2 3 4 6 5 55 56 pj1eu φ X U ˙ T ∃! u U v T X = u + ˙ v
58 53 38 57 syl2anc φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y ∃! u U v T X = u + ˙ v
59 oveq1 u = y u + ˙ v = y + ˙ v
60 59 eqeq2d u = y X = u + ˙ v X = y + ˙ v
61 60 rexbidv u = y v T X = u + ˙ v v T X = y + ˙ v
62 61 riota2 y U ∃! u U v T X = u + ˙ v v T X = y + ˙ v ι u U | v T X = u + ˙ v = y
63 46 58 62 syl2anc φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y v T X = y + ˙ v ι u U | v T X = u + ˙ v = y
64 52 63 mpbid φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y ι u U | v T X = u + ˙ v = y
65 40 64 eqtrd φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y U P T X = y
66 65 oveq2d φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y T P U X + ˙ U P T X = T P U X + ˙ y
67 30 66 eqtr4d φ X T ˙ U y U X = T P U X + ˙ y X = T P U X + ˙ U P T X
68 29 67 rexlimddv φ X T ˙ U X = T P U X + ˙ U P T X