Metamath Proof Explorer


Theorem lbsextlem3

Description: Lemma for lbsext . A chain in S has an upper bound in S . (Contributed by Mario Carneiro, 25-Jun-2014)

Ref Expression
Hypotheses lbsext.v 𝑉 = ( Base ‘ 𝑊 )
lbsext.j 𝐽 = ( LBasis ‘ 𝑊 )
lbsext.n 𝑁 = ( LSpan ‘ 𝑊 )
lbsext.w ( 𝜑𝑊 ∈ LVec )
lbsext.c ( 𝜑𝐶𝑉 )
lbsext.x ( 𝜑 → ∀ 𝑥𝐶 ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝐶 ∖ { 𝑥 } ) ) )
lbsext.s 𝑆 = { 𝑧 ∈ 𝒫 𝑉 ∣ ( 𝐶𝑧 ∧ ∀ 𝑥𝑧 ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑧 ∖ { 𝑥 } ) ) ) }
lbsext.p 𝑃 = ( LSubSp ‘ 𝑊 )
lbsext.a ( 𝜑𝐴𝑆 )
lbsext.z ( 𝜑𝐴 ≠ ∅ )
lbsext.r ( 𝜑 → [] Or 𝐴 )
lbsext.t 𝑇 = 𝑢𝐴 ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) )
Assertion lbsextlem3 ( 𝜑 𝐴𝑆 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lbsext.v 𝑉 = ( Base ‘ 𝑊 )
2 lbsext.j 𝐽 = ( LBasis ‘ 𝑊 )
3 lbsext.n 𝑁 = ( LSpan ‘ 𝑊 )
4 lbsext.w ( 𝜑𝑊 ∈ LVec )
5 lbsext.c ( 𝜑𝐶𝑉 )
6 lbsext.x ( 𝜑 → ∀ 𝑥𝐶 ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝐶 ∖ { 𝑥 } ) ) )
7 lbsext.s 𝑆 = { 𝑧 ∈ 𝒫 𝑉 ∣ ( 𝐶𝑧 ∧ ∀ 𝑥𝑧 ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑧 ∖ { 𝑥 } ) ) ) }
8 lbsext.p 𝑃 = ( LSubSp ‘ 𝑊 )
9 lbsext.a ( 𝜑𝐴𝑆 )
10 lbsext.z ( 𝜑𝐴 ≠ ∅ )
11 lbsext.r ( 𝜑 → [] Or 𝐴 )
12 lbsext.t 𝑇 = 𝑢𝐴 ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) )
13 7 ssrab3 𝑆 ⊆ 𝒫 𝑉
14 9 13 sstrdi ( 𝜑𝐴 ⊆ 𝒫 𝑉 )
15 sspwuni ( 𝐴 ⊆ 𝒫 𝑉 𝐴𝑉 )
16 14 15 sylib ( 𝜑 𝐴𝑉 )
17 1 fvexi 𝑉 ∈ V
18 17 elpw2 ( 𝐴 ∈ 𝒫 𝑉 𝐴𝑉 )
19 16 18 sylibr ( 𝜑 𝐴 ∈ 𝒫 𝑉 )
20 ssintub 𝐶 { 𝑧 ∈ 𝒫 𝑉𝐶𝑧 }
21 simpl ( ( 𝐶𝑧 ∧ ∀ 𝑥𝑧 ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑧 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → 𝐶𝑧 )
22 21 a1i ( 𝑧 ∈ 𝒫 𝑉 → ( ( 𝐶𝑧 ∧ ∀ 𝑥𝑧 ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑧 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → 𝐶𝑧 ) )
23 22 ss2rabi { 𝑧 ∈ 𝒫 𝑉 ∣ ( 𝐶𝑧 ∧ ∀ 𝑥𝑧 ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑧 ∖ { 𝑥 } ) ) ) } ⊆ { 𝑧 ∈ 𝒫 𝑉𝐶𝑧 }
24 7 23 eqsstri 𝑆 ⊆ { 𝑧 ∈ 𝒫 𝑉𝐶𝑧 }
25 9 24 sstrdi ( 𝜑𝐴 ⊆ { 𝑧 ∈ 𝒫 𝑉𝐶𝑧 } )
26 intss ( 𝐴 ⊆ { 𝑧 ∈ 𝒫 𝑉𝐶𝑧 } → { 𝑧 ∈ 𝒫 𝑉𝐶𝑧 } ⊆ 𝐴 )
27 25 26 syl ( 𝜑 { 𝑧 ∈ 𝒫 𝑉𝐶𝑧 } ⊆ 𝐴 )
28 20 27 sstrid ( 𝜑𝐶 𝐴 )
29 intssuni ( 𝐴 ≠ ∅ → 𝐴 𝐴 )
30 10 29 syl ( 𝜑 𝐴 𝐴 )
31 28 30 sstrd ( 𝜑𝐶 𝐴 )
32 eluni2 ( 𝑥 𝐴 ↔ ∃ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 )
33 simpll1 ( ( ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) ∧ 𝑢𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → 𝜑 )
34 lveclmod ( 𝑊 ∈ LVec → 𝑊 ∈ LMod )
35 4 34 syl ( 𝜑𝑊 ∈ LMod )
36 33 35 syl ( ( ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) ∧ 𝑢𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → 𝑊 ∈ LMod )
37 33 9 syl ( ( ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) ∧ 𝑢𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → 𝐴𝑆 )
38 33 11 syl ( ( ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) ∧ 𝑢𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → [] Or 𝐴 )
39 simpll2 ( ( ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) ∧ 𝑢𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → 𝑦𝐴 )
40 simplr ( ( ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) ∧ 𝑢𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → 𝑢𝐴 )
41 sorpssun ( ( [] Or 𝐴 ∧ ( 𝑦𝐴𝑢𝐴 ) ) → ( 𝑦𝑢 ) ∈ 𝐴 )
42 38 39 40 41 syl12anc ( ( ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) ∧ 𝑢𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → ( 𝑦𝑢 ) ∈ 𝐴 )
43 37 42 sseldd ( ( ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) ∧ 𝑢𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → ( 𝑦𝑢 ) ∈ 𝑆 )
44 13 43 sselid ( ( ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) ∧ 𝑢𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → ( 𝑦𝑢 ) ∈ 𝒫 𝑉 )
45 44 elpwid ( ( ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) ∧ 𝑢𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → ( 𝑦𝑢 ) ⊆ 𝑉 )
46 45 ssdifssd ( ( ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) ∧ 𝑢𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → ( ( 𝑦𝑢 ) ∖ { 𝑥 } ) ⊆ 𝑉 )
47 ssun2 𝑢 ⊆ ( 𝑦𝑢 )
48 ssdif ( 𝑢 ⊆ ( 𝑦𝑢 ) → ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ⊆ ( ( 𝑦𝑢 ) ∖ { 𝑥 } ) )
49 47 48 mp1i ( ( ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) ∧ 𝑢𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ⊆ ( ( 𝑦𝑢 ) ∖ { 𝑥 } ) )
50 1 3 lspss ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ ( ( 𝑦𝑢 ) ∖ { 𝑥 } ) ⊆ 𝑉 ∧ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ⊆ ( ( 𝑦𝑢 ) ∖ { 𝑥 } ) ) → ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ⊆ ( 𝑁 ‘ ( ( 𝑦𝑢 ) ∖ { 𝑥 } ) ) )
51 36 46 49 50 syl3anc ( ( ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) ∧ 𝑢𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ⊆ ( 𝑁 ‘ ( ( 𝑦𝑢 ) ∖ { 𝑥 } ) ) )
52 simpr ( ( ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) ∧ 𝑢𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) )
53 51 52 sseldd ( ( ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) ∧ 𝑢𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( ( 𝑦𝑢 ) ∖ { 𝑥 } ) ) )
54 sseq2 ( 𝑧 = ( 𝑦𝑢 ) → ( 𝐶𝑧𝐶 ⊆ ( 𝑦𝑢 ) ) )
55 difeq1 ( 𝑧 = ( 𝑦𝑢 ) → ( 𝑧 ∖ { 𝑥 } ) = ( ( 𝑦𝑢 ) ∖ { 𝑥 } ) )
56 55 fveq2d ( 𝑧 = ( 𝑦𝑢 ) → ( 𝑁 ‘ ( 𝑧 ∖ { 𝑥 } ) ) = ( 𝑁 ‘ ( ( 𝑦𝑢 ) ∖ { 𝑥 } ) ) )
57 56 eleq2d ( 𝑧 = ( 𝑦𝑢 ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑧 ∖ { 𝑥 } ) ) ↔ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( ( 𝑦𝑢 ) ∖ { 𝑥 } ) ) ) )
58 57 notbid ( 𝑧 = ( 𝑦𝑢 ) → ( ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑧 ∖ { 𝑥 } ) ) ↔ ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( ( 𝑦𝑢 ) ∖ { 𝑥 } ) ) ) )
59 58 raleqbi1dv ( 𝑧 = ( 𝑦𝑢 ) → ( ∀ 𝑥𝑧 ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑧 ∖ { 𝑥 } ) ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ ( 𝑦𝑢 ) ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( ( 𝑦𝑢 ) ∖ { 𝑥 } ) ) ) )
60 54 59 anbi12d ( 𝑧 = ( 𝑦𝑢 ) → ( ( 𝐶𝑧 ∧ ∀ 𝑥𝑧 ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑧 ∖ { 𝑥 } ) ) ) ↔ ( 𝐶 ⊆ ( 𝑦𝑢 ) ∧ ∀ 𝑥 ∈ ( 𝑦𝑢 ) ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( ( 𝑦𝑢 ) ∖ { 𝑥 } ) ) ) ) )
61 60 7 elrab2 ( ( 𝑦𝑢 ) ∈ 𝑆 ↔ ( ( 𝑦𝑢 ) ∈ 𝒫 𝑉 ∧ ( 𝐶 ⊆ ( 𝑦𝑢 ) ∧ ∀ 𝑥 ∈ ( 𝑦𝑢 ) ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( ( 𝑦𝑢 ) ∖ { 𝑥 } ) ) ) ) )
62 61 simprbi ( ( 𝑦𝑢 ) ∈ 𝑆 → ( 𝐶 ⊆ ( 𝑦𝑢 ) ∧ ∀ 𝑥 ∈ ( 𝑦𝑢 ) ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( ( 𝑦𝑢 ) ∖ { 𝑥 } ) ) ) )
63 62 simprd ( ( 𝑦𝑢 ) ∈ 𝑆 → ∀ 𝑥 ∈ ( 𝑦𝑢 ) ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( ( 𝑦𝑢 ) ∖ { 𝑥 } ) ) )
64 43 63 syl ( ( ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) ∧ 𝑢𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → ∀ 𝑥 ∈ ( 𝑦𝑢 ) ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( ( 𝑦𝑢 ) ∖ { 𝑥 } ) ) )
65 simpll3 ( ( ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) ∧ 𝑢𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → 𝑥𝑦 )
66 elun1 ( 𝑥𝑦𝑥 ∈ ( 𝑦𝑢 ) )
67 65 66 syl ( ( ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) ∧ 𝑢𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → 𝑥 ∈ ( 𝑦𝑢 ) )
68 rsp ( ∀ 𝑥 ∈ ( 𝑦𝑢 ) ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( ( 𝑦𝑢 ) ∖ { 𝑥 } ) ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝑦𝑢 ) → ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( ( 𝑦𝑢 ) ∖ { 𝑥 } ) ) ) )
69 64 67 68 sylc ( ( ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) ∧ 𝑢𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( ( 𝑦𝑢 ) ∖ { 𝑥 } ) ) )
70 53 69 pm2.65da ( ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) ∧ 𝑢𝐴 ) → ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) )
71 70 nrexdv ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) → ¬ ∃ 𝑢𝐴 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) )
72 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 lbsextlem2 ( 𝜑 → ( 𝑇𝑃 ∧ ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) ⊆ 𝑇 ) )
73 72 simpld ( 𝜑𝑇𝑃 )
74 1 8 lssss ( 𝑇𝑃𝑇𝑉 )
75 73 74 syl ( 𝜑𝑇𝑉 )
76 72 simprd ( 𝜑 → ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) ⊆ 𝑇 )
77 1 3 lspss ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑉 ∧ ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) ⊆ 𝑇 ) → ( 𝑁 ‘ ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) ) ⊆ ( 𝑁𝑇 ) )
78 35 75 76 77 syl3anc ( 𝜑 → ( 𝑁 ‘ ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) ) ⊆ ( 𝑁𝑇 ) )
79 8 3 lspid ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑇𝑃 ) → ( 𝑁𝑇 ) = 𝑇 )
80 35 73 79 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝑁𝑇 ) = 𝑇 )
81 78 80 sseqtrd ( 𝜑 → ( 𝑁 ‘ ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) ) ⊆ 𝑇 )
82 81 3ad2ant1 ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) → ( 𝑁 ‘ ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) ) ⊆ 𝑇 )
83 82 12 sseqtrdi ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) → ( 𝑁 ‘ ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) ) ⊆ 𝑢𝐴 ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) )
84 83 sseld ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) ) → 𝑥 𝑢𝐴 ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ) )
85 eliun ( 𝑥 𝑢𝐴 ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ↔ ∃ 𝑢𝐴 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) )
86 84 85 syl6ib ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) ) → ∃ 𝑢𝐴 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑢 ∖ { 𝑥 } ) ) ) )
87 71 86 mtod ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑥𝑦 ) → ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) ) )
88 87 rexlimdv3a ( 𝜑 → ( ∃ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 → ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) ) ) )
89 32 88 syl5bi ( 𝜑 → ( 𝑥 𝐴 → ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) ) ) )
90 89 ralrimiv ( 𝜑 → ∀ 𝑥 𝐴 ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) ) )
91 31 90 jca ( 𝜑 → ( 𝐶 𝐴 ∧ ∀ 𝑥 𝐴 ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) ) ) )
92 sseq2 ( 𝑧 = 𝐴 → ( 𝐶𝑧𝐶 𝐴 ) )
93 difeq1 ( 𝑧 = 𝐴 → ( 𝑧 ∖ { 𝑥 } ) = ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) )
94 93 fveq2d ( 𝑧 = 𝐴 → ( 𝑁 ‘ ( 𝑧 ∖ { 𝑥 } ) ) = ( 𝑁 ‘ ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) ) )
95 94 eleq2d ( 𝑧 = 𝐴 → ( 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑧 ∖ { 𝑥 } ) ) ↔ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) ) ) )
96 95 notbid ( 𝑧 = 𝐴 → ( ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑧 ∖ { 𝑥 } ) ) ↔ ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) ) ) )
97 96 raleqbi1dv ( 𝑧 = 𝐴 → ( ∀ 𝑥𝑧 ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑧 ∖ { 𝑥 } ) ) ↔ ∀ 𝑥 𝐴 ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) ) ) )
98 92 97 anbi12d ( 𝑧 = 𝐴 → ( ( 𝐶𝑧 ∧ ∀ 𝑥𝑧 ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝑧 ∖ { 𝑥 } ) ) ) ↔ ( 𝐶 𝐴 ∧ ∀ 𝑥 𝐴 ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) ) ) ) )
99 98 7 elrab2 ( 𝐴𝑆 ↔ ( 𝐴 ∈ 𝒫 𝑉 ∧ ( 𝐶 𝐴 ∧ ∀ 𝑥 𝐴 ¬ 𝑥 ∈ ( 𝑁 ‘ ( 𝐴 ∖ { 𝑥 } ) ) ) ) )
100 19 91 99 sylanbrc ( 𝜑 𝐴𝑆 )