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Theorem islbs2 17998
Description: An equivalent formulation of the basis predicate in a vector space: a subset is a basis iff no element is in the span of the rest of the set. (Contributed by Mario Carneiro, 14-Jan-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
islbs2.v  |-  V  =  ( Base `  W
)
islbs2.j  |-  J  =  (LBasis `  W )
islbs2.n  |-  N  =  ( LSpan `  W )
Assertion
Ref Expression
islbs2  |-  ( W  e.  LVec  ->  ( B  e.  J  <->  ( B  C_  V  /\  ( N `
 B )  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  { x }
) ) ) ) )
Distinct variable groups:    x, B    x, N    x, V    x, W    x, J

Proof of Theorem islbs2
Dummy variables  y 
z are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 islbs2.v . . . . 5  |-  V  =  ( Base `  W
)
2 islbs2.j . . . . 5  |-  J  =  (LBasis `  W )
31, 2lbsss 17921 . . . 4  |-  ( B  e.  J  ->  B  C_  V )
43adantl 464 . . 3  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J )  ->  B  C_  V )
5 islbs2.n . . . . 5  |-  N  =  ( LSpan `  W )
61, 2, 5lbssp 17923 . . . 4  |-  ( B  e.  J  ->  ( N `  B )  =  V )
76adantl 464 . . 3  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J )  ->  ( N `  B )  =  V )
8 lveclmod 17950 . . . . . . 7  |-  ( W  e.  LVec  ->  W  e. 
LMod )
9 eqid 2454 . . . . . . . . 9  |-  (Scalar `  W )  =  (Scalar `  W )
109lvecdrng 17949 . . . . . . . 8  |-  ( W  e.  LVec  ->  (Scalar `  W )  e.  DivRing )
11 eqid 2454 . . . . . . . . 9  |-  ( 0g
`  (Scalar `  W )
)  =  ( 0g
`  (Scalar `  W )
)
12 eqid 2454 . . . . . . . . 9  |-  ( 1r
`  (Scalar `  W )
)  =  ( 1r
`  (Scalar `  W )
)
1311, 12drngunz 17609 . . . . . . . 8  |-  ( (Scalar `  W )  e.  DivRing  -> 
( 1r `  (Scalar `  W ) )  =/=  ( 0g `  (Scalar `  W ) ) )
1410, 13syl 16 . . . . . . 7  |-  ( W  e.  LVec  ->  ( 1r
`  (Scalar `  W )
)  =/=  ( 0g
`  (Scalar `  W )
) )
158, 14jca 530 . . . . . 6  |-  ( W  e.  LVec  ->  ( W  e.  LMod  /\  ( 1r `  (Scalar `  W
) )  =/=  ( 0g `  (Scalar `  W
) ) ) )
162, 5, 9, 12, 11lbsind2 17925 . . . . . 6  |-  ( ( ( W  e.  LMod  /\  ( 1r `  (Scalar `  W ) )  =/=  ( 0g `  (Scalar `  W ) ) )  /\  B  e.  J  /\  x  e.  B
)  ->  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  { x }
) ) )
1715, 16syl3an1 1259 . . . . 5  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J  /\  x  e.  B )  ->  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) )
18173expa 1194 . . . 4  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J )  /\  x  e.  B
)  ->  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  { x }
) ) )
1918ralrimiva 2868 . . 3  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J )  ->  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  { x }
) ) )
204, 7, 193jca 1174 . 2  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J )  ->  ( B  C_  V  /\  ( N `  B )  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  { x }
) ) ) )
21 simpr1 1000 . . 3  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B )  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  { x }
) ) ) )  ->  B  C_  V
)
22 simpr2 1001 . . 3  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B )  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  { x }
) ) ) )  ->  ( N `  B )  =  V )
23 simprl 754 . . . . . 6  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) ) )  /\  (
y  e.  B  /\  z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W
) )  \  {
( 0g `  (Scalar `  W ) ) } ) ) )  -> 
y  e.  B )
24 simplr3 1038 . . . . . 6  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) ) )  /\  (
y  e.  B  /\  z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W
) )  \  {
( 0g `  (Scalar `  W ) ) } ) ) )  ->  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  { x } ) ) )
25 id 22 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  y  ->  x  =  y )
26 sneq 4026 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  =  y  ->  { x }  =  { y } )
2726difeq2d 3608 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  =  y  ->  ( B  \  { x }
)  =  ( B 
\  { y } ) )
2827fveq2d 5852 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  y  ->  ( N `  ( B  \  { x } ) )  =  ( N `
 ( B  \  { y } ) ) )
2925, 28eleq12d 2536 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  y  ->  (
x  e.  ( N `
 ( B  \  { x } ) )  <->  y  e.  ( N `  ( B 
\  { y } ) ) ) )
3029notbid 292 . . . . . . 7  |-  ( x  =  y  ->  ( -.  x  e.  ( N `  ( B  \  { x } ) )  <->  -.  y  e.  ( N `  ( B 
\  { y } ) ) ) )
3130rspcv 3203 . . . . . 6  |-  ( y  e.  B  ->  ( A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  { x } ) )  ->  -.  y  e.  ( N `  ( B  \  { y } ) ) ) )
3223, 24, 31sylc 60 . . . . 5  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) ) )  /\  (
y  e.  B  /\  z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W
) )  \  {
( 0g `  (Scalar `  W ) ) } ) ) )  ->  -.  y  e.  ( N `  ( B  \  { y } ) ) )
33 simpll 751 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) ) )  /\  (
y  e.  B  /\  z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W
) )  \  {
( 0g `  (Scalar `  W ) ) } ) ) )  ->  W  e.  LVec )
34 simprr 755 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) ) )  /\  (
y  e.  B  /\  z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W
) )  \  {
( 0g `  (Scalar `  W ) ) } ) ) )  -> 
z  e.  ( (
Base `  (Scalar `  W
) )  \  {
( 0g `  (Scalar `  W ) ) } ) )
35 eldifsn 4141 . . . . . . . . 9  |-  ( z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W )
)  \  { ( 0g `  (Scalar `  W
) ) } )  <-> 
( z  e.  (
Base `  (Scalar `  W
) )  /\  z  =/=  ( 0g `  (Scalar `  W ) ) ) )
3634, 35sylib 196 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) ) )  /\  (
y  e.  B  /\  z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W
) )  \  {
( 0g `  (Scalar `  W ) ) } ) ) )  -> 
( z  e.  (
Base `  (Scalar `  W
) )  /\  z  =/=  ( 0g `  (Scalar `  W ) ) ) )
3721adantr 463 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) ) )  /\  (
y  e.  B  /\  z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W
) )  \  {
( 0g `  (Scalar `  W ) ) } ) ) )  ->  B  C_  V )
3837, 23sseldd 3490 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) ) )  /\  (
y  e.  B  /\  z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W
) )  \  {
( 0g `  (Scalar `  W ) ) } ) ) )  -> 
y  e.  V )
39 eqid 2454 . . . . . . . . 9  |-  ( .s
`  W )  =  ( .s `  W
)
40 eqid 2454 . . . . . . . . 9  |-  ( Base `  (Scalar `  W )
)  =  ( Base `  (Scalar `  W )
)
411, 9, 39, 40, 11, 5lspsnvs 17958 . . . . . . . 8  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  (
z  e.  ( Base `  (Scalar `  W )
)  /\  z  =/=  ( 0g `  (Scalar `  W ) ) )  /\  y  e.  V
)  ->  ( N `  { ( z ( .s `  W ) y ) } )  =  ( N `  { y } ) )
4233, 36, 38, 41syl3anc 1226 . . . . . . 7  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) ) )  /\  (
y  e.  B  /\  z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W
) )  \  {
( 0g `  (Scalar `  W ) ) } ) ) )  -> 
( N `  {
( z ( .s
`  W ) y ) } )  =  ( N `  {
y } ) )
4342sseq1d 3516 . . . . . 6  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) ) )  /\  (
y  e.  B  /\  z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W
) )  \  {
( 0g `  (Scalar `  W ) ) } ) ) )  -> 
( ( N `  { ( z ( .s `  W ) y ) } ) 
C_  ( N `  ( B  \  { y } ) )  <->  ( N `  { y } ) 
C_  ( N `  ( B  \  { y } ) ) ) )
44 eqid 2454 . . . . . . 7  |-  ( LSubSp `  W )  =  (
LSubSp `  W )
458adantr 463 . . . . . . . 8  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B )  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  { x }
) ) ) )  ->  W  e.  LMod )
4645adantr 463 . . . . . . 7  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) ) )  /\  (
y  e.  B  /\  z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W
) )  \  {
( 0g `  (Scalar `  W ) ) } ) ) )  ->  W  e.  LMod )
4737ssdifssd 3628 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) ) )  /\  (
y  e.  B  /\  z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W
) )  \  {
( 0g `  (Scalar `  W ) ) } ) ) )  -> 
( B  \  {
y } )  C_  V )
481, 44, 5lspcl 17820 . . . . . . . 8  |-  ( ( W  e.  LMod  /\  ( B  \  { y } )  C_  V )  ->  ( N `  ( B  \  { y } ) )  e.  (
LSubSp `  W ) )
4946, 47, 48syl2anc 659 . . . . . . 7  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) ) )  /\  (
y  e.  B  /\  z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W
) )  \  {
( 0g `  (Scalar `  W ) ) } ) ) )  -> 
( N `  ( B  \  { y } ) )  e.  (
LSubSp `  W ) )
5036simpld 457 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) ) )  /\  (
y  e.  B  /\  z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W
) )  \  {
( 0g `  (Scalar `  W ) ) } ) ) )  -> 
z  e.  ( Base `  (Scalar `  W )
) )
511, 9, 39, 40lmodvscl 17727 . . . . . . . 8  |-  ( ( W  e.  LMod  /\  z  e.  ( Base `  (Scalar `  W ) )  /\  y  e.  V )  ->  ( z ( .s
`  W ) y )  e.  V )
5246, 50, 38, 51syl3anc 1226 . . . . . . 7  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) ) )  /\  (
y  e.  B  /\  z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W
) )  \  {
( 0g `  (Scalar `  W ) ) } ) ) )  -> 
( z ( .s
`  W ) y )  e.  V )
531, 44, 5, 46, 49, 52lspsnel5 17839 . . . . . 6  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) ) )  /\  (
y  e.  B  /\  z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W
) )  \  {
( 0g `  (Scalar `  W ) ) } ) ) )  -> 
( ( z ( .s `  W ) y )  e.  ( N `  ( B 
\  { y } ) )  <->  ( N `  { ( z ( .s `  W ) y ) } ) 
C_  ( N `  ( B  \  { y } ) ) ) )
541, 44, 5, 46, 49, 38lspsnel5 17839 . . . . . 6  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) ) )  /\  (
y  e.  B  /\  z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W
) )  \  {
( 0g `  (Scalar `  W ) ) } ) ) )  -> 
( y  e.  ( N `  ( B 
\  { y } ) )  <->  ( N `  { y } ) 
C_  ( N `  ( B  \  { y } ) ) ) )
5543, 53, 543bitr4d 285 . . . . 5  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) ) )  /\  (
y  e.  B  /\  z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W
) )  \  {
( 0g `  (Scalar `  W ) ) } ) ) )  -> 
( ( z ( .s `  W ) y )  e.  ( N `  ( B 
\  { y } ) )  <->  y  e.  ( N `  ( B 
\  { y } ) ) ) )
5632, 55mtbird 299 . . . 4  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) ) )  /\  (
y  e.  B  /\  z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W
) )  \  {
( 0g `  (Scalar `  W ) ) } ) ) )  ->  -.  ( z ( .s
`  W ) y )  e.  ( N `
 ( B  \  { y } ) ) )
5756ralrimivva 2875 . . 3  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B )  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  { x }
) ) ) )  ->  A. y  e.  B  A. z  e.  (
( Base `  (Scalar `  W
) )  \  {
( 0g `  (Scalar `  W ) ) } )  -.  ( z ( .s `  W
) y )  e.  ( N `  ( B  \  { y } ) ) )
581, 9, 39, 40, 2, 5, 11islbs 17920 . . . 4  |-  ( W  e.  LVec  ->  ( B  e.  J  <->  ( B  C_  V  /\  ( N `
 B )  =  V  /\  A. y  e.  B  A. z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W ) )  \  { ( 0g `  (Scalar `  W ) ) } )  -.  (
z ( .s `  W ) y )  e.  ( N `  ( B  \  { y } ) ) ) ) )
5958adantr 463 . . 3  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B )  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  { x }
) ) ) )  ->  ( B  e.  J  <->  ( B  C_  V  /\  ( N `  B )  =  V  /\  A. y  e.  B  A. z  e.  ( ( Base `  (Scalar `  W ) )  \  { ( 0g `  (Scalar `  W ) ) } )  -.  (
z ( .s `  W ) y )  e.  ( N `  ( B  \  { y } ) ) ) ) )
6021, 22, 57, 59mpbir3and 1177 . 2  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B )  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  { x }
) ) ) )  ->  B  e.  J
)
6120, 60impbida 830 1  |-  ( W  e.  LVec  ->  ( B  e.  J  <->  ( B  C_  V  /\  ( N `
 B )  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  { x }
) ) ) ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 184    /\ wa 367    /\ w3a 971    = wceq 1398    e. wcel 1823    =/= wne 2649   A.wral 2804    \ cdif 3458    C_ wss 3461   {csn 4016   ` cfv 5570  (class class class)co 6270   Basecbs 14719  Scalarcsca 14790   .scvsca 14791   0gc0g 14932   1rcur 17351   DivRingcdr 17594   LModclmod 17710   LSubSpclss 17776   LSpanclspn 17815  LBasisclbs 17918   LVecclvec 17946
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1623  ax-4 1636  ax-5 1709  ax-6 1752  ax-7 1795  ax-8 1825  ax-9 1827  ax-10 1842  ax-11 1847  ax-12 1859  ax-13 2004  ax-ext 2432  ax-rep 4550  ax-sep 4560  ax-nul 4568  ax-pow 4615  ax-pr 4676  ax-un 6565  ax-cnex 9537  ax-resscn 9538  ax-1cn 9539  ax-icn 9540  ax-addcl 9541  ax-addrcl 9542  ax-mulcl 9543  ax-mulrcl 9544  ax-mulcom 9545  ax-addass 9546  ax-mulass 9547  ax-distr 9548  ax-i2m1 9549  ax-1ne0 9550  ax-1rid 9551  ax-rnegex 9552  ax-rrecex 9553  ax-cnre 9554  ax-pre-lttri 9555  ax-pre-lttrn 9556  ax-pre-ltadd 9557  ax-pre-mulgt0 9558
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 368  df-an 369  df-3or 972  df-3an 973  df-tru 1401  df-ex 1618  df-nf 1622  df-sb 1745  df-eu 2288  df-mo 2289  df-clab 2440  df-cleq 2446  df-clel 2449  df-nfc 2604  df-ne 2651  df-nel 2652  df-ral 2809  df-rex 2810  df-reu 2811  df-rmo 2812  df-rab 2813  df-v 3108  df-sbc 3325  df-csb 3421  df-dif 3464  df-un 3466  df-in 3468  df-ss 3475  df-pss 3477  df-nul 3784  df-if 3930  df-pw 4001  df-sn 4017  df-pr 4019  df-tp 4021  df-op 4023  df-uni 4236  df-int 4272  df-iun 4317  df-br 4440  df-opab 4498  df-mpt 4499  df-tr 4533  df-eprel 4780  df-id 4784  df-po 4789  df-so 4790  df-fr 4827  df-we 4829  df-ord 4870  df-on 4871  df-lim 4872  df-suc 4873  df-xp 4994  df-rel 4995  df-cnv 4996  df-co 4997  df-dm 4998  df-rn 4999  df-res 5000  df-ima 5001  df-iota 5534  df-fun 5572  df-fn 5573  df-f 5574  df-f1 5575  df-fo 5576  df-f1o 5577  df-fv 5578  df-riota 6232  df-ov 6273  df-oprab 6274  df-mpt2 6275  df-om 6674  df-1st 6773  df-2nd 6774  df-tpos 6947  df-recs 7034  df-rdg 7068  df-er 7303  df-en 7510  df-dom 7511  df-sdom 7512  df-pnf 9619  df-mnf 9620  df-xr 9621  df-ltxr 9622  df-le 9623  df-sub 9798  df-neg 9799  df-nn 10532  df-2 10590  df-3 10591  df-ndx 14722  df-slot 14723  df-base 14724  df-sets 14725  df-ress 14726  df-plusg 14800  df-mulr 14801  df-0g 14934  df-mgm 16074  df-sgrp 16113  df-mnd 16123  df-grp 16259  df-minusg 16260  df-sbg 16261  df-mgp 17340  df-ur 17352  df-ring 17398  df-oppr 17470  df-dvdsr 17488  df-unit 17489  df-invr 17519  df-drng 17596  df-lmod 17712  df-lss 17777  df-lsp 17816  df-lbs 17919  df-lvec 17947
This theorem is referenced by:  islbs3  17999  lbsacsbs  18000  lbsextlem4  18005
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