Theorem polid 9025

Description: Polarization identity. Recovers inner product from norm. Exercise 4(a) of [ReedSimon] p. 63. The outermost operation is + instead of - due to our mathematicians' (rather than physicists') version of axiom ax-his3 8951.

Hypotheses

Ref	Expression
polid.1	|- A e. H~
polid.2	|- B e. H~

Assertion

Ref	Expression
polid	|- (A .ih B) = (((((normh` (A +h B))^2) - ((normh` (A -h B))^2)) + (i x. (((normh` (A +h (i .h B)))^2) - ((normh` (A -h (i .h B)))^2)))) / 4)

Proof of Theorem polid

Step	Hyp	Ref	Expression
1		polid.1	. . 3 |- A e. H~
2		polid.2	. . 3 |- B e. H~
3	1, 2, 2, 1	polid2 9024	. 2 |- (A .ih B) = (((((A +h B) .ih (A +h B)) - ((A -h B) .ih (A -h B))) + (i x. (((A +h (i .h B)) .ih (A +h (i .h B))) - ((A -h (i .h B)) .ih (A -h (i .h B)))))) / 4)
4	1, 2	hvaddcl 8888	. . . . . 6 |- (A +h B) e. H~
5	4	normsq 8999	. . . . 5 |- ((normh` (A +h B))^2) = ((A +h B) .ih (A +h B))
6	1, 2	hvsubcl 8891	. . . . . 6 |- (A -h B) e. H~
7	6	normsq 8999	. . . . 5 |- ((normh` (A -h B))^2) = ((A -h B) .ih (A -h B))
8	5, 7	opreq12i 3973	. . . 4 |- (((normh` (A +h B))^2) - ((normh` (A -h B))^2)) = (((A +h B) .ih (A +h B)) - ((A -h B) .ih (A -h B)))
9		axicn 5270	. . . . . . . . 9 |- i e. CC
10	9, 2	hvmulcl 8884	. . . . . . . 8 |- (i .h B) e. H~
11	1, 10	hvaddcl 8888	. . . . . . 7 |- (A +h (i .h B)) e. H~
12	11	normsq 8999	. . . . . 6 |- ((normh` (A +h (i .h B)))^2) = ((A +h (i .h B)) .ih (A +h (i .h B)))
13	1, 10	hvsubcl 8891	. . . . . . 7 |- (A -h (i .h B)) e. H~
14	13	normsq 8999	. . . . . 6 |- ((normh` (A -h (i .h B)))^2) = ((A -h (i .h B)) .ih (A -h (i .h B)))
15	12, 14	opreq12i 3973	. . . . 5 |- (((normh` (A +h (i .h B)))^2) - ((normh` (A -h (i .h B)))^2)) = (((A +h (i .h B)) .ih (A +h (i .h B))) - ((A -h (i .h B)) .ih (A -h (i .h B))))
16	15	opreq2i 3972	. . . 4 |- (i x. (((normh` (A +h (i .h B)))^2) - ((normh` (A -h (i .h B)))^2))) = (i x. (((A +h (i .h B)) .ih (A +h (i .h B))) - ((A -h (i .h B)) .ih (A -h (i .h B)))))
17	8, 16	opreq12i 3973	. . 3 |- ((((normh` (A +h B))^2) - ((normh` (A -h B))^2)) + (i x. (((normh` (A +h (i .h B)))^2) - ((normh` (A -h (i .h B)))^2)))) = ((((A +h B) .ih (A +h B)) - ((A -h B) .ih (A -h B))) + (i x. (((A +h (i .h B)) .ih (A +h (i .h B))) - ((A -h (i .h B)) .ih (A -h (i .h B))))))
18	17	opreq1i 3971	. 2 |- (((((normh` (A +h B))^2) - ((normh` (A -h B))^2)) + (i x. (((normh` (A +h (i .h B)))^2) - ((normh` (A -h (i .h B)))^2)))) / 4) = (((((A +h B) .ih (A +h B)) - ((A -h B) .ih (A -h B))) + (i x. (((A +h (i .h B)) .ih (A +h (i .h B))) - ((A -h (i .h B)) .ih (A -h (i .h B)))))) / 4)
19	3, 18	eqtr4 1498	1 |- (A .ih B) = (((((normh` (A +h B))^2) - ((normh` (A -h B))^2)) + (i x. (((normh` (A +h (i .h B)))^2) - ((normh` (A -h (i .h B)))^2)))) / 4)

Syntax hints:   = wceq 956   e. wcel 958  ` cfv 3182  (class class class)co 3963  ici 5236   + caddc 5237   x. cmul 5239   - cmin 5292   / cdiv 5294  2c2 5961  4c4 5963  ^cexp 6568  H~chil 8788   +h cva 8789   .h csm 8790   -h cmv 8792   .ih csp 8793  normhcno 8794

This theorem is referenced by:  polidt 9026

This theorem was proved from axioms:  ax-1 4  ax-2 5  ax-3 6  ax-mp 7  ax-7 962  ax-gen 963  ax-8 964  ax-9 965  ax-10 966  ax-11 967  ax-12 968  ax-13 969  ax-14 970  ax-17 971  ax-4 973  ax-5o 975  ax-6o 978  ax-9o 1123  ax-10o 1140  ax-16 1210  ax-11o 1218  ax-ext 1459  ax-rep 2693  ax-sep 2703  ax-nul 2710  ax-pow 2742  ax-pr 2779  ax-un 2866  ax-inf2 4625  ax-hfvadd 8870  ax-hv0cl 8873  ax-hfvmul 8875  ax-hvmul0 8880  ax-hfi 8946  ax-his1 8949  ax-his2 8950  ax-his3 8951  ax-his4 8952

This theorem depends on definitions:  df-bi 147  df-or 224  df-an 225  df-3or 776  df-3an 777  df-ex 981  df-sb 1172  df-eu 1382  df-mo 1383  df-clab 1464  df-cleq 1469  df-clel 1472  df-ne 1587  df-nel 1588  df-ral 1649  df-rex 1650  df-reu 1651  df-rab 1652  df-v 1812  df-sbc 1942  df-csb 2002  df-dif 2049  df-un 2050  df-in 2051  df-ss 2053  df-pss 2055  df-nul 2281  df-if 2362  df-pw 2402  df-sn 2412  df-pr 2413  df-tp 2415  df-op 2416  df-uni 2504  df-int 2534  df-iun 2568  df-br 2620  df-opab 2667  df-tr 2681  df-eprel 2832  df-id 2835  df-po 2840  df-so 2850  df-fr 2917  df-we 2934  df-ord 2951  df-on 2952  df-lim 2953  df-suc 2954  df-om 3132  df-xp 3184  df-rel 3185  df-cnv 3186  df-co 3187  df-dm 3188  df-rn 3189  df-res 3190  df-ima 3191  df-fun 3192  df-fn 3193  df-f 3194  df-f1 3195  df-fo 3196  df-f1o 3197  df-fv 3198  df-rdg 3932  df-opr 3965  df-oprab 3966  df-1st 4079  df-2nd 4080  df-1o 4133  df-oadd 4135  df-omul 4136  df-er 4261  df-ec 4263  df-qs 4266  df-en 4368  df-dom 4369  df-sdom 4370  df-sup 4574  df-ni 5000  df-pli 5001  df-mi 5002  df-lti 5003  df-plpq 5035  df-mpq 5036  df-enq 5037  df-nq 5038  df-plq 5039  df-mq 5040  df-rq 5041  df-ltq 5042  df-1q 5043  df-np 5086  df-1p 5087  df-plp 5088  df-mp 5089  df-ltp 5090  df-plpr 5164  df-mpr 5165  df-enr 5166  df-nr 5167  df-plr 5168  df-mr 5169  df-ltr 5170  df-0r 5171  df-1r 5172  df-m1r 5173  df-c 5240  df-0 5241  df-1 5242  df-i 5243  df-r 5244  df-plus 5245  df-mul 5246  df-lt 5247  df-sub 5356  df-neg 5358  df-pnf 5487  df-mnf 5488  df-xr 5489  df-ltxr 5490  df-le 5491  df-div 5703  df-n 5925  df-2 5970  df-3 5971  df-4 5972  df-n0 6100  df-z 6136  df-seq1 6308  df-exp 6569  df-sqr 6670  df-re 6751  df-im 6752  df-cj 6753  df-hnorm 8837  df-hvsub 8840

Copyright terms: Public domain