MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  islss3 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem islss3 19007
Description: A linear subspace of a module is a subset which is a module in its own right. (Contributed by Stefan O'Rear, 6-Dec-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 30-Apr-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
islss3.x 𝑋 = (𝑊s 𝑈)
islss3.v 𝑉 = (Base‘𝑊)
islss3.s 𝑆 = (LSubSp‘𝑊)
Assertion
Ref Expression
islss3 (𝑊 ∈ LMod → (𝑈𝑆 ↔ (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod)))

Proof of Theorem islss3
Dummy variables 𝑎 𝑏 𝑥 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 islss3.v . . . . 5 𝑉 = (Base‘𝑊)
2 islss3.s . . . . 5 𝑆 = (LSubSp‘𝑊)
31, 2lssss 18985 . . . 4 (𝑈𝑆𝑈𝑉)
43adantl 481 . . 3 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) → 𝑈𝑉)
5 islss3.x . . . . . . 7 𝑋 = (𝑊s 𝑈)
65, 1ressbas2 15978 . . . . . 6 (𝑈𝑉𝑈 = (Base‘𝑋))
76adantl 481 . . . . 5 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑉) → 𝑈 = (Base‘𝑋))
83, 7sylan2 490 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) → 𝑈 = (Base‘𝑋))
9 eqid 2651 . . . . . 6 (+g𝑊) = (+g𝑊)
105, 9ressplusg 16040 . . . . 5 (𝑈𝑆 → (+g𝑊) = (+g𝑋))
1110adantl 481 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) → (+g𝑊) = (+g𝑋))
12 eqid 2651 . . . . . 6 (Scalar‘𝑊) = (Scalar‘𝑊)
135, 12resssca 16078 . . . . 5 (𝑈𝑆 → (Scalar‘𝑊) = (Scalar‘𝑋))
1413adantl 481 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) → (Scalar‘𝑊) = (Scalar‘𝑋))
15 eqid 2651 . . . . . 6 ( ·𝑠𝑊) = ( ·𝑠𝑊)
165, 15ressvsca 16079 . . . . 5 (𝑈𝑆 → ( ·𝑠𝑊) = ( ·𝑠𝑋))
1716adantl 481 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) → ( ·𝑠𝑊) = ( ·𝑠𝑋))
18 eqidd 2652 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) → (Base‘(Scalar‘𝑊)) = (Base‘(Scalar‘𝑊)))
19 eqidd 2652 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) → (+g‘(Scalar‘𝑊)) = (+g‘(Scalar‘𝑊)))
20 eqidd 2652 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) → (.r‘(Scalar‘𝑊)) = (.r‘(Scalar‘𝑊)))
21 eqidd 2652 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) → (1r‘(Scalar‘𝑊)) = (1r‘(Scalar‘𝑊)))
2212lmodring 18919 . . . . 5 (𝑊 ∈ LMod → (Scalar‘𝑊) ∈ Ring)
2322adantr 480 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) → (Scalar‘𝑊) ∈ Ring)
242lsssubg 19005 . . . . 5 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) → 𝑈 ∈ (SubGrp‘𝑊))
255subggrp 17644 . . . . 5 (𝑈 ∈ (SubGrp‘𝑊) → 𝑋 ∈ Grp)
2624, 25syl 17 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) → 𝑋 ∈ Grp)
27 eqid 2651 . . . . . 6 (Base‘(Scalar‘𝑊)) = (Base‘(Scalar‘𝑊))
2812, 15, 27, 2lssvscl 19003 . . . . 5 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑎𝑈)) → (𝑥( ·𝑠𝑊)𝑎) ∈ 𝑈)
29283impb 1279 . . . 4 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ 𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑎𝑈) → (𝑥( ·𝑠𝑊)𝑎) ∈ 𝑈)
30 simpll 805 . . . . 5 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑎𝑈𝑏𝑈)) → 𝑊 ∈ LMod)
31 simpr1 1087 . . . . 5 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑎𝑈𝑏𝑈)) → 𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)))
323ad2antlr 763 . . . . . 6 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑎𝑈𝑏𝑈)) → 𝑈𝑉)
33 simpr2 1088 . . . . . 6 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑎𝑈𝑏𝑈)) → 𝑎𝑈)
3432, 33sseldd 3637 . . . . 5 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑎𝑈𝑏𝑈)) → 𝑎𝑉)
35 simpr3 1089 . . . . . 6 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑎𝑈𝑏𝑈)) → 𝑏𝑈)
3632, 35sseldd 3637 . . . . 5 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑎𝑈𝑏𝑈)) → 𝑏𝑉)
371, 9, 12, 15, 27lmodvsdi 18934 . . . . 5 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑎𝑉𝑏𝑉)) → (𝑥( ·𝑠𝑊)(𝑎(+g𝑊)𝑏)) = ((𝑥( ·𝑠𝑊)𝑎)(+g𝑊)(𝑥( ·𝑠𝑊)𝑏)))
3830, 31, 34, 36, 37syl13anc 1368 . . . 4 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑎𝑈𝑏𝑈)) → (𝑥( ·𝑠𝑊)(𝑎(+g𝑊)𝑏)) = ((𝑥( ·𝑠𝑊)𝑎)(+g𝑊)(𝑥( ·𝑠𝑊)𝑏)))
39 simpll 805 . . . . 5 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑏𝑈)) → 𝑊 ∈ LMod)
40 simpr1 1087 . . . . 5 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑏𝑈)) → 𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)))
41 simpr2 1088 . . . . 5 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑏𝑈)) → 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)))
423ad2antlr 763 . . . . . 6 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑏𝑈)) → 𝑈𝑉)
43 simpr3 1089 . . . . . 6 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑏𝑈)) → 𝑏𝑈)
4442, 43sseldd 3637 . . . . 5 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑏𝑈)) → 𝑏𝑉)
45 eqid 2651 . . . . . 6 (+g‘(Scalar‘𝑊)) = (+g‘(Scalar‘𝑊))
461, 9, 12, 15, 27, 45lmodvsdir 18935 . . . . 5 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑏𝑉)) → ((𝑥(+g‘(Scalar‘𝑊))𝑎)( ·𝑠𝑊)𝑏) = ((𝑥( ·𝑠𝑊)𝑏)(+g𝑊)(𝑎( ·𝑠𝑊)𝑏)))
4739, 40, 41, 44, 46syl13anc 1368 . . . 4 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑏𝑈)) → ((𝑥(+g‘(Scalar‘𝑊))𝑎)( ·𝑠𝑊)𝑏) = ((𝑥( ·𝑠𝑊)𝑏)(+g𝑊)(𝑎( ·𝑠𝑊)𝑏)))
48 eqid 2651 . . . . . 6 (.r‘(Scalar‘𝑊)) = (.r‘(Scalar‘𝑊))
491, 12, 15, 27, 48lmodvsass 18936 . . . . 5 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑏𝑉)) → ((𝑥(.r‘(Scalar‘𝑊))𝑎)( ·𝑠𝑊)𝑏) = (𝑥( ·𝑠𝑊)(𝑎( ·𝑠𝑊)𝑏)))
5039, 40, 41, 44, 49syl13anc 1368 . . . 4 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑊)) ∧ 𝑏𝑈)) → ((𝑥(.r‘(Scalar‘𝑊))𝑎)( ·𝑠𝑊)𝑏) = (𝑥( ·𝑠𝑊)(𝑎( ·𝑠𝑊)𝑏)))
514sselda 3636 . . . . 5 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ 𝑥𝑈) → 𝑥𝑉)
52 eqid 2651 . . . . . . 7 (1r‘(Scalar‘𝑊)) = (1r‘(Scalar‘𝑊))
531, 12, 15, 52lmodvs1 18939 . . . . . 6 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑥𝑉) → ((1r‘(Scalar‘𝑊))( ·𝑠𝑊)𝑥) = 𝑥)
5453adantlr 751 . . . . 5 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ 𝑥𝑉) → ((1r‘(Scalar‘𝑊))( ·𝑠𝑊)𝑥) = 𝑥)
5551, 54syldan 486 . . . 4 (((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) ∧ 𝑥𝑈) → ((1r‘(Scalar‘𝑊))( ·𝑠𝑊)𝑥) = 𝑥)
568, 11, 14, 17, 18, 19, 20, 21, 23, 26, 29, 38, 47, 50, 55islmodd 18917 . . 3 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) → 𝑋 ∈ LMod)
574, 56jca 553 . 2 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝑆) → (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod))
58 simprl 809 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod)) → 𝑈𝑉)
5958, 6syl 17 . . 3 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod)) → 𝑈 = (Base‘𝑋))
60 fvex 6239 . . . . . . 7 (Base‘𝑋) ∈ V
6159, 60syl6eqel 2738 . . . . . 6 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod)) → 𝑈 ∈ V)
625, 12resssca 16078 . . . . . 6 (𝑈 ∈ V → (Scalar‘𝑊) = (Scalar‘𝑋))
6361, 62syl 17 . . . . 5 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod)) → (Scalar‘𝑊) = (Scalar‘𝑋))
6463eqcomd 2657 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod)) → (Scalar‘𝑋) = (Scalar‘𝑊))
65 eqidd 2652 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod)) → (Base‘(Scalar‘𝑋)) = (Base‘(Scalar‘𝑋)))
661a1i 11 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod)) → 𝑉 = (Base‘𝑊))
675, 9ressplusg 16040 . . . . . 6 (𝑈 ∈ V → (+g𝑊) = (+g𝑋))
6861, 67syl 17 . . . . 5 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod)) → (+g𝑊) = (+g𝑋))
6968eqcomd 2657 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod)) → (+g𝑋) = (+g𝑊))
705, 15ressvsca 16079 . . . . . 6 (𝑈 ∈ V → ( ·𝑠𝑊) = ( ·𝑠𝑋))
7161, 70syl 17 . . . . 5 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod)) → ( ·𝑠𝑊) = ( ·𝑠𝑋))
7271eqcomd 2657 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod)) → ( ·𝑠𝑋) = ( ·𝑠𝑊))
732a1i 11 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod)) → 𝑆 = (LSubSp‘𝑊))
7459, 58eqsstr3d 3673 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod)) → (Base‘𝑋) ⊆ 𝑉)
75 lmodgrp 18918 . . . . . 6 (𝑋 ∈ LMod → 𝑋 ∈ Grp)
7675ad2antll 765 . . . . 5 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod)) → 𝑋 ∈ Grp)
77 eqid 2651 . . . . . 6 (Base‘𝑋) = (Base‘𝑋)
7877grpbn0 17498 . . . . 5 (𝑋 ∈ Grp → (Base‘𝑋) ≠ ∅)
7976, 78syl 17 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod)) → (Base‘𝑋) ≠ ∅)
80 eqid 2651 . . . . . . 7 (LSubSp‘𝑋) = (LSubSp‘𝑋)
8177, 80lss1 18987 . . . . . 6 (𝑋 ∈ LMod → (Base‘𝑋) ∈ (LSubSp‘𝑋))
8281ad2antll 765 . . . . 5 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod)) → (Base‘𝑋) ∈ (LSubSp‘𝑋))
83 eqid 2651 . . . . . 6 (Scalar‘𝑋) = (Scalar‘𝑋)
84 eqid 2651 . . . . . 6 (Base‘(Scalar‘𝑋)) = (Base‘(Scalar‘𝑋))
85 eqid 2651 . . . . . 6 (+g𝑋) = (+g𝑋)
86 eqid 2651 . . . . . 6 ( ·𝑠𝑋) = ( ·𝑠𝑋)
8783, 84, 85, 86, 80lsscl 18991 . . . . 5 (((Base‘𝑋) ∈ (LSubSp‘𝑋) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑋)) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘𝑋) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝑋))) → ((𝑥( ·𝑠𝑋)𝑎)(+g𝑋)𝑏) ∈ (Base‘𝑋))
8882, 87sylan 487 . . . 4 (((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod)) ∧ (𝑥 ∈ (Base‘(Scalar‘𝑋)) ∧ 𝑎 ∈ (Base‘𝑋) ∧ 𝑏 ∈ (Base‘𝑋))) → ((𝑥( ·𝑠𝑋)𝑎)(+g𝑋)𝑏) ∈ (Base‘𝑋))
8964, 65, 66, 69, 72, 73, 74, 79, 88islssd 18984 . . 3 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod)) → (Base‘𝑋) ∈ 𝑆)
9059, 89eqeltrd 2730 . 2 ((𝑊 ∈ LMod ∧ (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod)) → 𝑈𝑆)
9157, 90impbida 895 1 (𝑊 ∈ LMod → (𝑈𝑆 ↔ (𝑈𝑉𝑋 ∈ LMod)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 383  w3a 1054   = wceq 1523  wcel 2030  wne 2823  Vcvv 3231  wss 3607  c0 3948  cfv 5926  (class class class)co 6690  Basecbs 15904  s cress 15905  +gcplusg 15988  .rcmulr 15989  Scalarcsca 15991   ·𝑠 cvsca 15992  Grpcgrp 17469  SubGrpcsubg 17635  1rcur 18547  Ringcrg 18593  LModclmod 18911  LSubSpclss 18980
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1762  ax-4 1777  ax-5 1879  ax-6 1945  ax-7 1981  ax-8 2032  ax-9 2039  ax-10 2059  ax-11 2074  ax-12 2087  ax-13 2282  ax-ext 2631  ax-rep 4804  ax-sep 4814  ax-nul 4822  ax-pow 4873  ax-pr 4936  ax-un 6991  ax-cnex 10030  ax-resscn 10031  ax-1cn 10032  ax-icn 10033  ax-addcl 10034  ax-addrcl 10035  ax-mulcl 10036  ax-mulrcl 10037  ax-mulcom 10038  ax-addass 10039  ax-mulass 10040  ax-distr 10041  ax-i2m1 10042  ax-1ne0 10043  ax-1rid 10044  ax-rnegex 10045  ax-rrecex 10046  ax-cnre 10047  ax-pre-lttri 10048  ax-pre-lttrn 10049  ax-pre-ltadd 10050  ax-pre-mulgt0 10051
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1055  df-3an 1056  df-tru 1526  df-ex 1745  df-nf 1750  df-sb 1938  df-eu 2502  df-mo 2503  df-clab 2638  df-cleq 2644  df-clel 2647  df-nfc 2782  df-ne 2824  df-nel 2927  df-ral 2946  df-rex 2947  df-reu 2948  df-rmo 2949  df-rab 2950  df-v 3233  df-sbc 3469  df-csb 3567  df-dif 3610  df-un 3612  df-in 3614  df-ss 3621  df-pss 3623  df-nul 3949  df-if 4120  df-pw 4193  df-sn 4211  df-pr 4213  df-tp 4215  df-op 4217  df-uni 4469  df-iun 4554  df-br 4686  df-opab 4746  df-mpt 4763  df-tr 4786  df-id 5053  df-eprel 5058  df-po 5064  df-so 5065  df-fr 5102  df-we 5104  df-xp 5149  df-rel 5150  df-cnv 5151  df-co 5152  df-dm 5153  df-rn 5154  df-res 5155  df-ima 5156  df-pred 5718  df-ord 5764  df-on 5765  df-lim 5766  df-suc 5767  df-iota 5889  df-fun 5928  df-fn 5929  df-f 5930  df-f1 5931  df-fo 5932  df-f1o 5933  df-fv 5934  df-riota 6651  df-ov 6693  df-oprab 6694  df-mpt2 6695  df-om 7108  df-1st 7210  df-2nd 7211  df-wrecs 7452  df-recs 7513  df-rdg 7551  df-er 7787  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-pnf 10114  df-mnf 10115  df-xr 10116  df-ltxr 10117  df-le 10118  df-sub 10306  df-neg 10307  df-nn 11059  df-2 11117  df-3 11118  df-4 11119  df-5 11120  df-6 11121  df-ndx 15907  df-slot 15908  df-base 15910  df-sets 15911  df-ress 15912  df-plusg 16001  df-sca 16004  df-vsca 16005  df-0g 16149  df-mgm 17289  df-sgrp 17331  df-mnd 17342  df-grp 17472  df-minusg 17473  df-sbg 17474  df-subg 17638  df-mgp 18536  df-ur 18548  df-ring 18595  df-lmod 18913  df-lss 18981
This theorem is referenced by:  lsslmod  19008  lsslss  19009  issubassa  19372
  Copyright terms: Public domain W3C validator