HSE Home Hilbert Space Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  HSE Home  >  Th. List  >  nmcfnexi Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem nmcfnexi 29038
Description: The norm of a continuous linear Hilbert space functional exists. Theorem 3.5(i) of [Beran] p. 99. (Contributed by NM, 14-Feb-2006.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 17-Nov-2013.) (New usage is discouraged.)
Hypotheses
Ref Expression
nmcfnex.1 𝑇 ∈ LinFn
nmcfnex.2 𝑇 ∈ ContFn
Assertion
Ref Expression
nmcfnexi (normfn𝑇) ∈ ℝ

Proof of Theorem nmcfnexi
Dummy variables 𝑥 𝑚 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nmcfnex.2 . . . 4 𝑇 ∈ ContFn
2 ax-hv0cl 27988 . . . 4 0 ∈ ℋ
3 1rp 11874 . . . 4 1 ∈ ℝ+
4 cnfnc 28917 . . . 4 ((𝑇 ∈ ContFn ∧ 0 ∈ ℋ ∧ 1 ∈ ℝ+) → ∃𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℋ ((norm‘(𝑧 0)) < 𝑦 → (abs‘((𝑇𝑧) − (𝑇‘0))) < 1))
51, 2, 3, 4mp3an 1464 . . 3 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℋ ((norm‘(𝑧 0)) < 𝑦 → (abs‘((𝑇𝑧) − (𝑇‘0))) < 1)
6 hvsub0 28061 . . . . . . . 8 (𝑧 ∈ ℋ → (𝑧 0) = 𝑧)
76fveq2d 6233 . . . . . . 7 (𝑧 ∈ ℋ → (norm‘(𝑧 0)) = (norm𝑧))
87breq1d 4695 . . . . . 6 (𝑧 ∈ ℋ → ((norm‘(𝑧 0)) < 𝑦 ↔ (norm𝑧) < 𝑦))
9 nmcfnex.1 . . . . . . . . . . 11 𝑇 ∈ LinFn
109lnfn0i 29029 . . . . . . . . . 10 (𝑇‘0) = 0
1110oveq2i 6701 . . . . . . . . 9 ((𝑇𝑧) − (𝑇‘0)) = ((𝑇𝑧) − 0)
129lnfnfi 29028 . . . . . . . . . . 11 𝑇: ℋ⟶ℂ
1312ffvelrni 6398 . . . . . . . . . 10 (𝑧 ∈ ℋ → (𝑇𝑧) ∈ ℂ)
1413subid1d 10419 . . . . . . . . 9 (𝑧 ∈ ℋ → ((𝑇𝑧) − 0) = (𝑇𝑧))
1511, 14syl5eq 2697 . . . . . . . 8 (𝑧 ∈ ℋ → ((𝑇𝑧) − (𝑇‘0)) = (𝑇𝑧))
1615fveq2d 6233 . . . . . . 7 (𝑧 ∈ ℋ → (abs‘((𝑇𝑧) − (𝑇‘0))) = (abs‘(𝑇𝑧)))
1716breq1d 4695 . . . . . 6 (𝑧 ∈ ℋ → ((abs‘((𝑇𝑧) − (𝑇‘0))) < 1 ↔ (abs‘(𝑇𝑧)) < 1))
188, 17imbi12d 333 . . . . 5 (𝑧 ∈ ℋ → (((norm‘(𝑧 0)) < 𝑦 → (abs‘((𝑇𝑧) − (𝑇‘0))) < 1) ↔ ((norm𝑧) < 𝑦 → (abs‘(𝑇𝑧)) < 1)))
1918ralbiia 3008 . . . 4 (∀𝑧 ∈ ℋ ((norm‘(𝑧 0)) < 𝑦 → (abs‘((𝑇𝑧) − (𝑇‘0))) < 1) ↔ ∀𝑧 ∈ ℋ ((norm𝑧) < 𝑦 → (abs‘(𝑇𝑧)) < 1))
2019rexbii 3070 . . 3 (∃𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℋ ((norm‘(𝑧 0)) < 𝑦 → (abs‘((𝑇𝑧) − (𝑇‘0))) < 1) ↔ ∃𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℋ ((norm𝑧) < 𝑦 → (abs‘(𝑇𝑧)) < 1))
215, 20mpbi 220 . 2 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℋ ((norm𝑧) < 𝑦 → (abs‘(𝑇𝑧)) < 1)
22 nmfnval 28863 . . 3 (𝑇: ℋ⟶ℂ → (normfn𝑇) = sup({𝑚 ∣ ∃𝑥 ∈ ℋ ((norm𝑥) ≤ 1 ∧ 𝑚 = (abs‘(𝑇𝑥)))}, ℝ*, < ))
2312, 22ax-mp 5 . 2 (normfn𝑇) = sup({𝑚 ∣ ∃𝑥 ∈ ℋ ((norm𝑥) ≤ 1 ∧ 𝑚 = (abs‘(𝑇𝑥)))}, ℝ*, < )
2412ffvelrni 6398 . . 3 (𝑥 ∈ ℋ → (𝑇𝑥) ∈ ℂ)
2524abscld 14219 . 2 (𝑥 ∈ ℋ → (abs‘(𝑇𝑥)) ∈ ℝ)
2610fveq2i 6232 . . 3 (abs‘(𝑇‘0)) = (abs‘0)
27 abs0 14069 . . 3 (abs‘0) = 0
2826, 27eqtri 2673 . 2 (abs‘(𝑇‘0)) = 0
29 rpcn 11879 . . . . 5 ((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ → (𝑦 / 2) ∈ ℂ)
309lnfnmuli 29031 . . . . 5 (((𝑦 / 2) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → (𝑇‘((𝑦 / 2) · 𝑥)) = ((𝑦 / 2) · (𝑇𝑥)))
3129, 30sylan 487 . . . 4 (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℋ) → (𝑇‘((𝑦 / 2) · 𝑥)) = ((𝑦 / 2) · (𝑇𝑥)))
3231fveq2d 6233 . . 3 (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℋ) → (abs‘(𝑇‘((𝑦 / 2) · 𝑥))) = (abs‘((𝑦 / 2) · (𝑇𝑥))))
33 absmul 14078 . . . 4 (((𝑦 / 2) ∈ ℂ ∧ (𝑇𝑥) ∈ ℂ) → (abs‘((𝑦 / 2) · (𝑇𝑥))) = ((abs‘(𝑦 / 2)) · (abs‘(𝑇𝑥))))
3429, 24, 33syl2an 493 . . 3 (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℋ) → (abs‘((𝑦 / 2) · (𝑇𝑥))) = ((abs‘(𝑦 / 2)) · (abs‘(𝑇𝑥))))
35 rpre 11877 . . . . . 6 ((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ → (𝑦 / 2) ∈ ℝ)
36 rpge0 11883 . . . . . 6 ((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ → 0 ≤ (𝑦 / 2))
3735, 36absidd 14205 . . . . 5 ((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ → (abs‘(𝑦 / 2)) = (𝑦 / 2))
3837adantr 480 . . . 4 (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℋ) → (abs‘(𝑦 / 2)) = (𝑦 / 2))
3938oveq1d 6705 . . 3 (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℋ) → ((abs‘(𝑦 / 2)) · (abs‘(𝑇𝑥))) = ((𝑦 / 2) · (abs‘(𝑇𝑥))))
4032, 34, 393eqtrrd 2690 . 2 (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℋ) → ((𝑦 / 2) · (abs‘(𝑇𝑥))) = (abs‘(𝑇‘((𝑦 / 2) · 𝑥))))
4121, 23, 25, 28, 40nmcexi 29013 1 (normfn𝑇) ∈ ℝ
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 383   = wceq 1523  wcel 2030  {cab 2637  wral 2941  wrex 2942   class class class wbr 4685  wf 5922  cfv 5926  (class class class)co 6690  supcsup 8387  cc 9972  cr 9973  0cc0 9974  1c1 9975   · cmul 9979  *cxr 10111   < clt 10112  cle 10113  cmin 10304   / cdiv 10722  2c2 11108  +crp 11870  abscabs 14018  chil 27904   · csm 27906  normcno 27908  0c0v 27909   cmv 27910  normfncnmf 27936  ContFnccnfn 27938  LinFnclf 27939
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-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  ax-pre-sup 10052  ax-hilex 27984  ax-hv0cl 27988  ax-hvaddid 27989  ax-hfvmul 27990  ax-hvmulid 27991  ax-hvmulass 27992  ax-hvmul0 27995  ax-hfi 28064  ax-his1 28067  ax-his3 28069  ax-his4 28070
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-2nd 7211  df-wrecs 7452  df-recs 7513  df-rdg 7551  df-er 7787  df-map 7901  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-sup 8389  df-pnf 10114  df-mnf 10115  df-xr 10116  df-ltxr 10117  df-le 10118  df-sub 10306  df-neg 10307  df-div 10723  df-nn 11059  df-2 11117  df-3 11118  df-n0 11331  df-z 11416  df-uz 11726  df-rp 11871  df-seq 12842  df-exp 12901  df-cj 13883  df-re 13884  df-im 13885  df-sqrt 14019  df-abs 14020  df-hnorm 27953  df-hvsub 27956  df-nmfn 28832  df-cnfn 28834  df-lnfn 28835
This theorem is referenced by:  nmcfnlbi  29039  nmcfnex  29040
  Copyright terms: Public domain W3C validator