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Theorem islbs3 16190
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 16112 . . . 4  |-  ( B  e.  J  ->  B  C_  V )
43adantl 453 . . 3  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J )  ->  B  C_  V )
5 islbs2.n . . . . 5  |-  N  =  ( LSpan `  W )
61, 2, 5lbssp 16114 . . . 4  |-  ( B  e.  J  ->  ( N `  B )  =  V )
76adantl 453 . . 3  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J )  ->  ( N `  B )  =  V )
8 lveclmod 16141 . . . . . . . 8  |-  ( W  e.  LVec  ->  W  e. 
LMod )
983ad2ant1 978 . . . . . . 7  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J  /\  s  C.  B )  ->  W  e.  LMod )
10 pssss 3410 . . . . . . . . 9  |-  ( s 
C.  B  ->  s  C_  B )
1110, 3sylan9ssr 3330 . . . . . . . 8  |-  ( ( B  e.  J  /\  s  C.  B )  -> 
s  C_  V )
12113adant1 975 . . . . . . 7  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J  /\  s  C.  B )  ->  s  C_  V )
131, 5lspssv 16022 . . . . . . 7  |-  ( ( W  e.  LMod  /\  s  C_  V )  ->  ( N `  s )  C_  V )
149, 12, 13syl2anc 643 . . . . . 6  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J  /\  s  C.  B )  ->  ( N `  s )  C_  V )
15 eqid 2412 . . . . . . . . . 10  |-  (Scalar `  W )  =  (Scalar `  W )
1615lvecdrng 16140 . . . . . . . . 9  |-  ( W  e.  LVec  ->  (Scalar `  W )  e.  DivRing )
17 eqid 2412 . . . . . . . . . 10  |-  ( 0g
`  (Scalar `  W )
)  =  ( 0g
`  (Scalar `  W )
)
18 eqid 2412 . . . . . . . . . 10  |-  ( 1r
`  (Scalar `  W )
)  =  ( 1r
`  (Scalar `  W )
)
1917, 18drngunz 15813 . . . . . . . . 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 519 . . . . . . 7  |-  ( W  e.  LVec  ->  ( W  e.  LMod  /\  ( 1r `  (Scalar `  W
) )  =/=  ( 0g `  (Scalar `  W
) ) ) )
222, 5, 15, 18, 17, 1lbspss 16117 . . . . . . 7  |-  ( ( ( W  e.  LMod  /\  ( 1r `  (Scalar `  W ) )  =/=  ( 0g `  (Scalar `  W ) ) )  /\  B  e.  J  /\  s  C.  B )  ->  ( N `  s )  =/=  V
)
2321, 22syl3an1 1217 . . . . . 6  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J  /\  s  C.  B )  ->  ( N `  s )  =/=  V )
24 df-pss 3304 . . . . . 6  |-  ( ( N `  s ) 
C.  V  <->  ( ( N `  s )  C_  V  /\  ( N `
 s )  =/= 
V ) )
2514, 23, 24sylanbrc 646 . . . . 5  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J  /\  s  C.  B )  ->  ( N `  s )  C.  V )
26253expia 1155 . . . 4  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J )  ->  (
s  C.  B  ->  ( N `  s ) 
C.  V ) )
2726alrimiv 1638 . . 3  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J )  ->  A. s
( s  C.  B  ->  ( N `  s
)  C.  V )
)
284, 7, 273jca 1134 . 2  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  B  e.  J )  ->  ( B  C_  V  /\  ( N `  B )  =  V  /\  A. s
( s  C.  B  ->  ( N `  s
)  C.  V )
) )
29 simpr1 963 . . 3  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B )  =  V  /\  A. s
( s  C.  B  ->  ( N `  s
)  C.  V )
) )  ->  B  C_  V )
30 simpr2 964 . . 3  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B )  =  V  /\  A. s
( s  C.  B  ->  ( N `  s
)  C.  V )
) )  ->  ( N `  B )  =  V )
31 simplr1 999 . . . . . . . . 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 3453 . . . . . . . 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 5709 . . . . . . . . 9  |-  ( Base `  W )  e.  _V
341, 33eqeltri 2482 . . . . . . . 8  |-  V  e. 
_V
35 ssexg 4317 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( B  \  {
x } )  C_  V  /\  V  e.  _V )  ->  ( B  \  { x } )  e.  _V )
3632, 34, 35sylancl 644 . . . . . . 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 1001 . . . . . . 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 3443 . . . . . . . 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 448 . . . . . . . . . 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 3897 . . . . . . . . . 10  |-  -.  x  e.  ( B  \  {
x } )
41 nelne1 2664 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( x  e.  B  /\  -.  x  e.  ( B  \  { x }
) )  ->  B  =/=  ( B  \  {
x } ) )
4239, 40, 41sylancl 644 . . . . . . . . 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 2658 . . . . . . . 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 3304 . . . . . . . 8  |-  ( ( B  \  { x } )  C.  B  <->  ( ( B  \  {
x } )  C_  B  /\  ( B  \  { x } )  =/=  B ) )
4538, 43, 44sylanbrc 646 . . . . . . 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 3402 . . . . . . . . 9  |-  ( s  =  ( B  \  { x } )  ->  ( s  C.  B 
<->  ( B  \  {
x } )  C.  B ) )
47 fveq2 5695 . . . . . . . . . 10  |-  ( s  =  ( B  \  { x } )  ->  ( N `  s )  =  ( N `  ( B 
\  { x }
) ) )
4847psseq1d 3407 . . . . . . . . 9  |-  ( s  =  ( B  \  { x } )  ->  ( ( N `
 s )  C.  V 
<->  ( N `  ( B  \  { x }
) )  C.  V
) )
4946, 48imbi12d 312 . . . . . . . 8  |-  ( s  =  ( B  \  { x } )  ->  ( ( s 
C.  B  ->  ( N `  s )  C.  V )  <->  ( ( B  \  { x }
)  C.  B  ->  ( N `  ( B 
\  { x }
) )  C.  V
) ) )
5049spcgv 3004 . . . . . . 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 59 . . . . . 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 3401 . . . . . . 7  |-  ( ( N `  ( B 
\  { x }
) )  C.  V  <->  ( ( N `  ( B  \  { x }
) )  C_  V  /\  -.  V  C_  ( N `  ( B  \  { x } ) ) ) )
5352simprbi 451 . . . . . 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 1000 . . . . . . 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 707 . . . . . . . 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 698 . . . . . . . . 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 2412 . . . . . . . . . 10  |-  ( LSubSp `  W )  =  (
LSubSp `  W )
591, 58, 5lspcl 16015 . . . . . . . . 9  |-  ( ( W  e.  LMod  /\  ( B  \  { x }
)  C_  V )  ->  ( N `  ( B  \  { x }
) )  e.  (
LSubSp `  W ) )
6056, 57, 59syl2anc 643 . . . . . . . 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 3478 . . . . . . . . . 10  |-  B  C_  ( B  u.  { x } )
62 undif1 3671 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( B  \  { x } )  u.  {
x } )  =  ( B  u.  {
x } )
6361, 62sseqtr4i 3349 . . . . . . . . 9  |-  B  C_  ( ( B  \  { x } )  u.  { x }
)
641, 5lspssid 16024 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( W  e.  LMod  /\  ( B  \  { x }
)  C_  V )  ->  ( B  \  {
x } )  C_  ( N `  ( B 
\  { x }
) ) )
6556, 57, 64syl2anc 643 . . . . . . . . . 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 734 . . . . . . . . . . 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 3911 . . . . . . . . . 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 3491 . . . . . . . . 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 3327 . . . . . . . 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 16027 . . . . . . . 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 1184 . . . . . . 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 3351 . . . . . 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 599 . . . . 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 170 . . . 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 2757 . . 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 16189 . . . 4  |-  ( W  e.  LVec  ->  ( B  e.  J  <->  ( B  C_  V  /\  ( N `
 B )  =  V  /\  A. x  e.  B  -.  x  e.  ( N `  ( B  \  { x }
) ) ) ) )
7776adantr 452 . . 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 1137 . 2  |-  ( ( W  e.  LVec  /\  ( B  C_  V  /\  ( N `  B )  =  V  /\  A. s
( s  C.  B  ->  ( N `  s
)  C.  V )
) )  ->  B  e.  J )
7928, 78impbida 806 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 set class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 177    /\ wa 359    /\ w3a 936   A.wal 1546    = wceq 1649    e. wcel 1721    =/= wne 2575   A.wral 2674   _Vcvv 2924    \ cdif 3285    u. cun 3286    C_ wss 3288    C. wpss 3289   {csn 3782   ` cfv 5421   Basecbs 13432  Scalarcsca 13495   0gc0g 13686   1rcur 15625   DivRingcdr 15798   LModclmod 15913   LSubSpclss 15971   LSpanclspn 16010  LBasisclbs 16109   LVecclvec 16137
This theorem is referenced by:  obslbs  16920
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1552  ax-5 1563  ax-17 1623  ax-9 1662  ax-8 1683  ax-13 1723  ax-14 1725  ax-6 1740  ax-7 1745  ax-11 1757  ax-12 1946  ax-ext 2393  ax-rep 4288  ax-sep 4298  ax-nul 4306  ax-pow 4345  ax-pr 4371  ax-un 4668  ax-cnex 9010  ax-resscn 9011  ax-1cn 9012  ax-icn 9013  ax-addcl 9014  ax-addrcl 9015  ax-mulcl 9016  ax-mulrcl 9017  ax-mulcom 9018  ax-addass 9019  ax-mulass 9020  ax-distr 9021  ax-i2m1 9022  ax-1ne0 9023  ax-1rid 9024  ax-rnegex 9025  ax-rrecex 9026  ax-cnre 9027  ax-pre-lttri 9028  ax-pre-lttrn 9029  ax-pre-ltadd 9030  ax-pre-mulgt0 9031
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1325  df-ex 1548  df-nf 1551  df-sb 1656  df-eu 2266  df-mo 2267  df-clab 2399  df-cleq 2405  df-clel 2408  df-nfc 2537  df-ne 2577  df-nel 2578  df-ral 2679  df-rex 2680  df-reu 2681  df-rmo 2682  df-rab 2683  df-v 2926  df-sbc 3130  df-csb 3220  df-dif 3291  df-un 3293  df-in 3295  df-ss 3302  df-pss 3304  df-nul 3597  df-if 3708  df-pw 3769  df-sn 3788  df-pr 3789  df-tp 3790  df-op 3791  df-uni 3984  df-int 4019  df-iun 4063  df-br 4181  df-opab 4235  df-mpt 4236  df-tr 4271  df-eprel 4462  df-id 4466  df-po 4471  df-so 4472  df-fr 4509  df-we 4511  df-ord 4552  df-on 4553  df-lim 4554  df-suc 4555  df-om 4813  df-xp 4851  df-rel 4852  df-cnv 4853  df-co 4854  df-dm 4855  df-rn 4856  df-res 4857  df-ima 4858  df-iota 5385  df-fun 5423  df-fn 5424  df-f 5425  df-f1 5426  df-fo 5427  df-f1o 5428  df-fv 5429  df-ov 6051  df-oprab 6052  df-mpt2 6053  df-1st 6316  df-2nd 6317  df-tpos 6446  df-riota 6516  df-recs 6600  df-rdg 6635  df-er 6872  df-en 7077  df-dom 7078  df-sdom 7079  df-pnf 9086  df-mnf 9087  df-xr 9088  df-ltxr 9089  df-le 9090  df-sub 9257  df-neg 9258  df-nn 9965  df-2 10022  df-3 10023  df-ndx 13435  df-slot 13436  df-base 13437  df-sets 13438  df-ress 13439  df-plusg 13505  df-mulr 13506  df-0g 13690  df-mnd 14653  df-grp 14775  df-minusg 14776  df-sbg 14777  df-mgp 15612  df-rng 15626  df-ur 15628  df-oppr 15691  df-dvdsr 15709  df-unit 15710  df-invr 15740  df-drng 15800  df-lmod 15915  df-lss 15972  df-lsp 16011  df-lbs 16110  df-lvec 16138
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