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Theorem islbs3 17927
Description: An equivalent formulation of the basis predicate: a subset is a basis iff it is a minimal spanning set. (Contributed by Mario Carneiro, 25-Jun-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
islbs2.v  |-  V  =  ( Base `  W
)
islbs2.j  |-  J  =  (LBasis `  W )
islbs2.n  |-  N  =  ( LSpan `  W )
Assertion
Ref Expression
islbs3  |-  ( W  e.  LVec  ->  ( B  e.  J  <->  ( B  C_  V  /\  ( N `
 B )  =  V  /\  A. s
( s  C.  B  ->  ( N `  s
)  C.  V )
) ) )
Distinct variable groups:    B, s    N, s    V, s    W, s    J, s

Proof of Theorem islbs3
Dummy variable  x is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 islbs2.v . . . . 5  |-  V  =  ( Base `  W
)
2 islbs2.j . . . . 5  |-  J  =  (LBasis `  W )
31, 2lbsss 17849 . . . 4  |-  ( B  e.  J  ->  B  C_  V )
43adantl 466 . . 3  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J )  ->  B  C_  V )
5 islbs2.n . . . . 5  |-  N  =  ( LSpan `  W )
61, 2, 5lbssp 17851 . . . 4  |-  ( B  e.  J  ->  ( N `  B )  =  V )
76adantl 466 . . 3  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J )  ->  ( N `  B )  =  V )
8 lveclmod 17878 . . . . . . . 8  |-  ( W  e.  LVec  ->  W  e. 
LMod )
983ad2ant1 1017 . . . . . . 7  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J  /\  s  C.  B )  ->  W  e.  LMod )
10 pssss 3595 . . . . . . . . 9  |-  ( s 
C.  B  ->  s  C_  B )
1110, 3sylan9ssr 3513 . . . . . . . 8  |-  ( ( B  e.  J  /\  s  C.  B )  -> 
s  C_  V )
12113adant1 1014 . . . . . . 7  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J  /\  s  C.  B )  ->  s  C_  V )
131, 5lspssv 17755 . . . . . . 7  |-  ( ( W  e.  LMod  /\  s  C_  V )  ->  ( N `  s )  C_  V )
149, 12, 13syl2anc 661 . . . . . 6  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J  /\  s  C.  B )  ->  ( N `  s )  C_  V )
15 eqid 2457 . . . . . . . . . 10  |-  (Scalar `  W )  =  (Scalar `  W )
1615lvecdrng 17877 . . . . . . . . 9  |-  ( W  e.  LVec  ->  (Scalar `  W )  e.  DivRing )
17 eqid 2457 . . . . . . . . . 10  |-  ( 0g
`  (Scalar `  W )
)  =  ( 0g
`  (Scalar `  W )
)
18 eqid 2457 . . . . . . . . . 10  |-  ( 1r
`  (Scalar `  W )
)  =  ( 1r
`  (Scalar `  W )
)
1917, 18drngunz 17537 . . . . . . . . 9  |-  ( (Scalar `  W )  e.  DivRing  -> 
( 1r `  (Scalar `  W ) )  =/=  ( 0g `  (Scalar `  W ) ) )
2016, 19syl 16 . . . . . . . 8  |-  ( W  e.  LVec  ->  ( 1r
`  (Scalar `  W )
)  =/=  ( 0g
`  (Scalar `  W )
) )
218, 20jca 532 . . . . . . 7  |-  ( W  e.  LVec  ->  ( W  e.  LMod  /\  ( 1r `  (Scalar `  W
) )  =/=  ( 0g `  (Scalar `  W
) ) ) )
222, 5, 15, 18, 17, 1lbspss 17854 . . . . . . 7  |-  ( ( ( W  e.  LMod  /\  ( 1r `  (Scalar `  W ) )  =/=  ( 0g `  (Scalar `  W ) ) )  /\  B  e.  J  /\  s  C.  B )  ->  ( N `  s )  =/=  V
)
2321, 22syl3an1 1261 . . . . . 6  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J  /\  s  C.  B )  ->  ( N `  s )  =/=  V )
24 df-pss 3487 . . . . . 6  |-  ( ( N `  s ) 
C.  V  <->  ( ( N `  s )  C_  V  /\  ( N `
 s )  =/= 
V ) )
2514, 23, 24sylanbrc 664 . . . . 5  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J  /\  s  C.  B )  ->  ( N `  s )  C.  V )
26253expia 1198 . . . 4  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J )  ->  (
s  C.  B  ->  ( N `  s ) 
C.  V ) )
2726alrimiv 1720 . . 3  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J )  ->  A. s
( s  C.  B  ->  ( N `  s
)  C.  V )
)
284, 7, 273jca 1176 . 2  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J )  ->  ( B  C_  V  /\  ( N `  B )  =  V  /\  A. s
( s  C.  B  ->  ( N `  s
)  C.  V )
) )
29 simpr1 1002 . . 3  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B )  =  V  /\  A. s
( s  C.  B  ->  ( N `  s
)  C.  V )
) )  ->  B  C_  V )
30 simpr2 1003 . . 3  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B )  =  V  /\  A. s
( s  C.  B  ->  ( N `  s
)  C.  V )
) )  ->  ( N `  B )  =  V )
31 simplr1 1038 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  x  e.  B )  ->  B  C_  V )
3231ssdifssd 3638 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  x  e.  B )  ->  ( B  \  {
x } )  C_  V )
33 fvex 5882 . . . . . . . . 9  |-  ( Base `  W )  e.  _V
341, 33eqeltri 2541 . . . . . . . 8  |-  V  e. 
_V
35 ssexg 4602 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( B  \  {
x } )  C_  V  /\  V  e.  _V )  ->  ( B  \  { x } )  e.  _V )
3632, 34, 35sylancl 662 . . . . . . 7  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  x  e.  B )  ->  ( B  \  {
x } )  e. 
_V )
37 simplr3 1040 . . . . . . 7  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  x  e.  B )  ->  A. s ( s 
C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V ) )
38 difssd 3628 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  x  e.  B )  ->  ( B  \  {
x } )  C_  B )
39 simpr 461 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  x  e.  B )  ->  x  e.  B )
40 neldifsn 4159 . . . . . . . . . 10  |-  -.  x  e.  ( B  \  {
x } )
41 nelne1 2786 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( x  e.  B  /\  -.  x  e.  ( B  \  { x }
) )  ->  B  =/=  ( B  \  {
x } ) )
4239, 40, 41sylancl 662 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  x  e.  B )  ->  B  =/=  ( B 
\  { x }
) )
4342necomd 2728 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  x  e.  B )  ->  ( B  \  {
x } )  =/= 
B )
44 df-pss 3487 . . . . . . . 8  |-  ( ( B  \  { x } )  C.  B  <->  ( ( B  \  {
x } )  C_  B  /\  ( B  \  { x } )  =/=  B ) )
4538, 43, 44sylanbrc 664 . . . . . . 7  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  x  e.  B )  ->  ( B  \  {
x } )  C.  B )
46 psseq1 3587 . . . . . . . . 9  |-  ( s  =  ( B  \  { x } )  ->  ( s  C.  B 
<->  ( B  \  {
x } )  C.  B ) )
47 fveq2 5872 . . . . . . . . . 10  |-  ( s  =  ( B  \  { x } )  ->  ( N `  s )  =  ( N `  ( B 
\  { x }
) ) )
4847psseq1d 3592 . . . . . . . . 9  |-  ( s  =  ( B  \  { x } )  ->  ( ( N `
 s )  C.  V 
<->  ( N `  ( B  \  { x }
) )  C.  V
) )
4946, 48imbi12d 320 . . . . . . . 8  |-  ( s  =  ( B  \  { x } )  ->  ( ( s 
C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V )  <->  ( ( B  \  { x }
)  C.  B  ->  ( N `  ( B 
\  { x }
) )  C.  V
) ) )
5049spcgv 3194 . . . . . . 7  |-  ( ( B  \  { x } )  e.  _V  ->  ( A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s ) 
C.  V )  -> 
( ( B  \  { x } ) 
C.  B  ->  ( N `  ( B  \  { x } ) )  C.  V )
) )
5136, 37, 45, 50syl3c 61 . . . . . 6  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  x  e.  B )  ->  ( N `  ( B  \  { x }
) )  C.  V
)
52 dfpss3 3586 . . . . . . 7  |-  ( ( N `  ( B 
\  { x }
) )  C.  V  <->  ( ( N `  ( B  \  { x }
) )  C_  V  /\  -.  V  C_  ( N `  ( B  \  { x } ) ) ) )
5352simprbi 464 . . . . . 6  |-  ( ( N `  ( B 
\  { x }
) )  C.  V  ->  -.  V  C_  ( N `  ( B  \  { x } ) ) )
5451, 53syl 16 . . . . 5  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  x  e.  B )  ->  -.  V  C_  ( N `  ( B  \  { x } ) ) )
55 simplr2 1039 . . . . . . 7  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  ( x  e.  B  /\  x  e.  ( N `  ( B  \  { x } ) ) ) )  -> 
( N `  B
)  =  V )
568ad2antrr 725 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  ( x  e.  B  /\  x  e.  ( N `  ( B  \  { x } ) ) ) )  ->  W  e.  LMod )
5732adantrr 716 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  ( x  e.  B  /\  x  e.  ( N `  ( B  \  { x } ) ) ) )  -> 
( B  \  {
x } )  C_  V )
58 eqid 2457 . . . . . . . . . 10  |-  ( LSubSp `  W )  =  (
LSubSp `  W )
591, 58, 5lspcl 17748 . . . . . . . . 9  |-  ( ( W  e.  LMod  /\  ( B  \  { x }
)  C_  V )  ->  ( N `  ( B  \  { x }
) )  e.  (
LSubSp `  W ) )
6056, 57, 59syl2anc 661 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  ( x  e.  B  /\  x  e.  ( N `  ( B  \  { x } ) ) ) )  -> 
( N `  ( B  \  { x }
) )  e.  (
LSubSp `  W ) )
61 ssun1 3663 . . . . . . . . . 10  |-  B  C_  ( B  u.  { x } )
62 undif1 3906 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( B  \  { x } )  u.  {
x } )  =  ( B  u.  {
x } )
6361, 62sseqtr4i 3532 . . . . . . . . 9  |-  B  C_  ( ( B  \  { x } )  u.  { x }
)
641, 5lspssid 17757 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( W  e.  LMod  /\  ( B  \  { x }
)  C_  V )  ->  ( B  \  {
x } )  C_  ( N `  ( B 
\  { x }
) ) )
6556, 57, 64syl2anc 661 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  ( x  e.  B  /\  x  e.  ( N `  ( B  \  { x } ) ) ) )  -> 
( B  \  {
x } )  C_  ( N `  ( B 
\  { x }
) ) )
66 simprr 757 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  ( x  e.  B  /\  x  e.  ( N `  ( B  \  { x } ) ) ) )  ->  x  e.  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) )
6766snssd 4177 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  ( x  e.  B  /\  x  e.  ( N `  ( B  \  { x } ) ) ) )  ->  { x }  C_  ( N `  ( B 
\  { x }
) ) )
6865, 67unssd 3676 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  ( x  e.  B  /\  x  e.  ( N `  ( B  \  { x } ) ) ) )  -> 
( ( B  \  { x } )  u.  { x }
)  C_  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) )
6963, 68syl5ss 3510 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  ( x  e.  B  /\  x  e.  ( N `  ( B  \  { x } ) ) ) )  ->  B  C_  ( N `  ( B  \  { x } ) ) )
7058, 5lspssp 17760 . . . . . . . 8  |-  ( ( W  e.  LMod  /\  ( N `  ( B  \  { x } ) )  e.  ( LSubSp `  W )  /\  B  C_  ( N `  ( B  \  { x }
) ) )  -> 
( N `  B
)  C_  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) )
7156, 60, 69, 70syl3anc 1228 . . . . . . 7  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  ( x  e.  B  /\  x  e.  ( N `  ( B  \  { x } ) ) ) )  -> 
( N `  B
)  C_  ( N `  ( B  \  {
x } ) ) )
7255, 71eqsstr3d 3534 . . . . . 6  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  ( x  e.  B  /\  x  e.  ( N `  ( B  \  { x } ) ) ) )  ->  V  C_  ( N `  ( B  \  { x } ) ) )
7372expr 615 . . . . 5  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  x  e.  B )  ->  ( x  e.  ( N `  ( B 
\  { x }
) )  ->  V  C_  ( N `  ( B  \  { x }
) ) ) )
7454, 73mtod 177 . . . 4  |-  ( ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B
)  =  V  /\  A. s ( s  C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V
) ) )  /\  x  e.  B )  ->  -.  x  e.  ( N `  ( B 
\  { x }
) ) )
7574ralrimiva 2871 . . 3  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B )  =  V  /\  A. s
( s  C.  B  ->  ( N `  s
)  C.  V )
) )  ->  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  { x }
) ) )
761, 2, 5islbs2 17926 . . . 4  |-  ( W  e.  LVec  ->  ( B  e.  J  <->  ( B  C_  V  /\  ( N `
 B )  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  { x }
) ) ) ) )
7776adantr 465 . . 3  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B )  =  V  /\  A. s
( s  C.  B  ->  ( N `  s
)  C.  V )
) )  ->  ( B  e.  J  <->  ( B  C_  V  /\  ( N `
 B )  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  { x }
) ) ) ) )
7829, 30, 75, 77mpbir3and 1179 . 2  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B )  =  V  /\  A. s
( s  C.  B  ->  ( N `  s
)  C.  V )
) )  ->  B  e.  J )
7928, 78impbida 832 1  |-  ( W  e.  LVec  ->  ( B  e.  J  <->  ( B  C_  V  /\  ( N `
 B )  =  V  /\  A. s
( s  C.  B  ->  ( N `  s
)  C.  V )
) ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 184    /\ wa 369    /\ w3a 973   A.wal 1393    = wceq 1395    e. wcel 1819    =/= wne 2652   A.wral 2807   _Vcvv 3109    \ cdif 3468    u. cun 3469    C_ wss 3471    C. wpss 3472   {csn 4032   ` cfv 5594   Basecbs 14643  Scalarcsca 14714   0gc0g 14856   1rcur 17279   DivRingcdr 17522   LModclmod 17638   LSubSpclss 17704   LSpanclspn 17743  LBasisclbs 17846   LVecclvec 17874
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1619  ax-4 1632  ax-5 1705  ax-6 1748  ax-7 1791  ax-8 1821  ax-9 1823  ax-10 1838  ax-11 1843  ax-12 1855  ax-13 2000  ax-ext 2435  ax-rep 4568  ax-sep 4578  ax-nul 4586  ax-pow 4634  ax-pr 4695  ax-un 6591  ax-cnex 9565  ax-resscn 9566  ax-1cn 9567  ax-icn 9568  ax-addcl 9569  ax-addrcl 9570  ax-mulcl 9571  ax-mulrcl 9572  ax-mulcom 9573  ax-addass 9574  ax-mulass 9575  ax-distr 9576  ax-i2m1 9577  ax-1ne0 9578  ax-1rid 9579  ax-rnegex 9580  ax-rrecex 9581  ax-cnre 9582  ax-pre-lttri 9583  ax-pre-lttrn 9584  ax-pre-ltadd 9585  ax-pre-mulgt0 9586
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3or 974  df-3an 975  df-tru 1398  df-ex 1614  df-nf 1618  df-sb 1741  df-eu 2287  df-mo 2288  df-clab 2443  df-cleq 2449  df-clel 2452  df-nfc 2607  df-ne 2654  df-nel 2655  df-ral 2812  df-rex 2813  df-reu 2814  df-rmo 2815  df-rab 2816  df-v 3111  df-sbc 3328  df-csb 3431  df-dif 3474  df-un 3476  df-in 3478  df-ss 3485  df-pss 3487  df-nul 3794  df-if 3945  df-pw 4017  df-sn 4033  df-pr 4035  df-tp 4037  df-op 4039  df-uni 4252  df-int 4289  df-iun 4334  df-br 4457  df-opab 4516  df-mpt 4517  df-tr 4551  df-eprel 4800  df-id 4804  df-po 4809  df-so 4810  df-fr 4847  df-we 4849  df-ord 4890  df-on 4891  df-lim 4892  df-suc 4893  df-xp 5014  df-rel 5015  df-cnv 5016  df-co 5017  df-dm 5018  df-rn 5019  df-res 5020  df-ima 5021  df-iota 5557  df-fun 5596  df-fn 5597  df-f 5598  df-f1 5599  df-fo 5600  df-f1o 5601  df-fv 5602  df-riota 6258  df-ov 6299  df-oprab 6300  df-mpt2 6301  df-om 6700  df-1st 6799  df-2nd 6800  df-tpos 6973  df-recs 7060  df-rdg 7094  df-er 7329  df-en 7536  df-dom 7537  df-sdom 7538  df-pnf 9647  df-mnf 9648  df-xr 9649  df-ltxr 9650  df-le 9651  df-sub 9826  df-neg 9827  df-nn 10557  df-2 10615  df-3 10616  df-ndx 14646  df-slot 14647  df-base 14648  df-sets 14649  df-ress 14650  df-plusg 14724  df-mulr 14725  df-0g 14858  df-mgm 15998  df-sgrp 16037  df-mnd 16047  df-grp 16183  df-minusg 16184  df-sbg 16185  df-mgp 17268  df-ur 17280  df-ring 17326  df-oppr 17398  df-dvdsr 17416  df-unit 17417  df-invr 17447  df-drng 17524  df-lmod 17640  df-lss 17705  df-lsp 17744  df-lbs 17847  df-lvec 17875
This theorem is referenced by:  obslbs  18887
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