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

Theorem nmcopexi 28072
Description: The norm of a continuous linear Hilbert space operator exists. Theorem 3.5(i) of [Beran] p. 99. (Contributed by NM, 5-Feb-2006.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 17-Nov-2013.) (New usage is discouraged.)
Hypotheses
Ref Expression
nmcopex.1 𝑇 ∈ LinOp
nmcopex.2 𝑇 ∈ ConOp
Assertion
Ref Expression
nmcopexi (normop𝑇) ∈ ℝ

Proof of Theorem nmcopexi
Dummy variables 𝑥 𝑚 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nmcopex.2 . . . 4 𝑇 ∈ ConOp
2 ax-hv0cl 27046 . . . 4 0 ∈ ℋ
3 1rp 11664 . . . 4 1 ∈ ℝ+
4 cnopc 27958 . . . 4 ((𝑇 ∈ ConOp ∧ 0 ∈ ℋ ∧ 1 ∈ ℝ+) → ∃𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℋ ((norm‘(𝑧 0)) < 𝑦 → (norm‘((𝑇𝑧) − (𝑇‘0))) < 1))
51, 2, 3, 4mp3an 1415 . . 3 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℋ ((norm‘(𝑧 0)) < 𝑦 → (norm‘((𝑇𝑧) − (𝑇‘0))) < 1)
6 hvsub0 27119 . . . . . . . 8 (𝑧 ∈ ℋ → (𝑧 0) = 𝑧)
76fveq2d 6088 . . . . . . 7 (𝑧 ∈ ℋ → (norm‘(𝑧 0)) = (norm𝑧))
87breq1d 4583 . . . . . 6 (𝑧 ∈ ℋ → ((norm‘(𝑧 0)) < 𝑦 ↔ (norm𝑧) < 𝑦))
9 nmcopex.1 . . . . . . . . . . 11 𝑇 ∈ LinOp
109lnop0i 28015 . . . . . . . . . 10 (𝑇‘0) = 0
1110oveq2i 6534 . . . . . . . . 9 ((𝑇𝑧) − (𝑇‘0)) = ((𝑇𝑧) − 0)
129lnopfi 28014 . . . . . . . . . . 11 𝑇: ℋ⟶ ℋ
1312ffvelrni 6247 . . . . . . . . . 10 (𝑧 ∈ ℋ → (𝑇𝑧) ∈ ℋ)
14 hvsub0 27119 . . . . . . . . . 10 ((𝑇𝑧) ∈ ℋ → ((𝑇𝑧) − 0) = (𝑇𝑧))
1513, 14syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑧 ∈ ℋ → ((𝑇𝑧) − 0) = (𝑇𝑧))
1611, 15syl5eq 2651 . . . . . . . 8 (𝑧 ∈ ℋ → ((𝑇𝑧) − (𝑇‘0)) = (𝑇𝑧))
1716fveq2d 6088 . . . . . . 7 (𝑧 ∈ ℋ → (norm‘((𝑇𝑧) − (𝑇‘0))) = (norm‘(𝑇𝑧)))
1817breq1d 4583 . . . . . 6 (𝑧 ∈ ℋ → ((norm‘((𝑇𝑧) − (𝑇‘0))) < 1 ↔ (norm‘(𝑇𝑧)) < 1))
198, 18imbi12d 332 . . . . 5 (𝑧 ∈ ℋ → (((norm‘(𝑧 0)) < 𝑦 → (norm‘((𝑇𝑧) − (𝑇‘0))) < 1) ↔ ((norm𝑧) < 𝑦 → (norm‘(𝑇𝑧)) < 1)))
2019ralbiia 2957 . . . 4 (∀𝑧 ∈ ℋ ((norm‘(𝑧 0)) < 𝑦 → (norm‘((𝑇𝑧) − (𝑇‘0))) < 1) ↔ ∀𝑧 ∈ ℋ ((norm𝑧) < 𝑦 → (norm‘(𝑇𝑧)) < 1))
2120rexbii 3018 . . 3 (∃𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℋ ((norm‘(𝑧 0)) < 𝑦 → (norm‘((𝑇𝑧) − (𝑇‘0))) < 1) ↔ ∃𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℋ ((norm𝑧) < 𝑦 → (norm‘(𝑇𝑧)) < 1))
225, 21mpbi 218 . 2 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℋ ((norm𝑧) < 𝑦 → (norm‘(𝑇𝑧)) < 1)
23 nmopval 27901 . . 3 (𝑇: ℋ⟶ ℋ → (normop𝑇) = sup({𝑚 ∣ ∃𝑥 ∈ ℋ ((norm𝑥) ≤ 1 ∧ 𝑚 = (norm‘(𝑇𝑥)))}, ℝ*, < ))
2412, 23ax-mp 5 . 2 (normop𝑇) = sup({𝑚 ∣ ∃𝑥 ∈ ℋ ((norm𝑥) ≤ 1 ∧ 𝑚 = (norm‘(𝑇𝑥)))}, ℝ*, < )
2512ffvelrni 6247 . . 3 (𝑥 ∈ ℋ → (𝑇𝑥) ∈ ℋ)
26 normcl 27168 . . 3 ((𝑇𝑥) ∈ ℋ → (norm‘(𝑇𝑥)) ∈ ℝ)
2725, 26syl 17 . 2 (𝑥 ∈ ℋ → (norm‘(𝑇𝑥)) ∈ ℝ)
2810fveq2i 6087 . . 3 (norm‘(𝑇‘0)) = (norm‘0)
29 norm0 27171 . . 3 (norm‘0) = 0
3028, 29eqtri 2627 . 2 (norm‘(𝑇‘0)) = 0
31 rpcn 11669 . . . . 5 ((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ → (𝑦 / 2) ∈ ℂ)
329lnopmuli 28017 . . . . 5 (((𝑦 / 2) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → (𝑇‘((𝑦 / 2) · 𝑥)) = ((𝑦 / 2) · (𝑇𝑥)))
3331, 32sylan 486 . . . 4 (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℋ) → (𝑇‘((𝑦 / 2) · 𝑥)) = ((𝑦 / 2) · (𝑇𝑥)))
3433fveq2d 6088 . . 3 (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℋ) → (norm‘(𝑇‘((𝑦 / 2) · 𝑥))) = (norm‘((𝑦 / 2) · (𝑇𝑥))))
35 norm-iii 27183 . . . 4 (((𝑦 / 2) ∈ ℂ ∧ (𝑇𝑥) ∈ ℋ) → (norm‘((𝑦 / 2) · (𝑇𝑥))) = ((abs‘(𝑦 / 2)) · (norm‘(𝑇𝑥))))
3631, 25, 35syl2an 492 . . 3 (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℋ) → (norm‘((𝑦 / 2) · (𝑇𝑥))) = ((abs‘(𝑦 / 2)) · (norm‘(𝑇𝑥))))
37 rpre 11667 . . . . . 6 ((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ → (𝑦 / 2) ∈ ℝ)
38 rpge0 11673 . . . . . 6 ((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ → 0 ≤ (𝑦 / 2))
3937, 38absidd 13951 . . . . 5 ((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ → (abs‘(𝑦 / 2)) = (𝑦 / 2))
4039adantr 479 . . . 4 (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℋ) → (abs‘(𝑦 / 2)) = (𝑦 / 2))
4140oveq1d 6538 . . 3 (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℋ) → ((abs‘(𝑦 / 2)) · (norm‘(𝑇𝑥))) = ((𝑦 / 2) · (norm‘(𝑇𝑥))))
4234, 36, 413eqtrrd 2644 . 2 (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℋ) → ((𝑦 / 2) · (norm‘(𝑇𝑥))) = (norm‘(𝑇‘((𝑦 / 2) · 𝑥))))
4322, 24, 27, 30, 42nmcexi 28071 1 (normop𝑇) ∈ ℝ
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 382   = wceq 1474  wcel 1975  {cab 2591  wral 2891  wrex 2892   class class class wbr 4573  wf 5782  cfv 5786  (class class class)co 6523  supcsup 8202  cc 9786  cr 9787  0cc0 9788  1c1 9789   · cmul 9793  *cxr 9925   < clt 9926  cle 9927   / cdiv 10529  2c2 10913  +crp 11660  abscabs 13764  chil 26962   · csm 26964  normcno 26966  0c0v 26967   cmv 26968  normopcnop 26988  ConOpccop 26989  LinOpclo 26990
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1711  ax-4 1726  ax-5 1825  ax-6 1873  ax-7 1920  ax-8 1977  ax-9 1984  ax-10 2004  ax-11 2019  ax-12 2031  ax-13 2228  ax-ext 2585  ax-sep 4699  ax-nul 4708  ax-pow 4760  ax-pr 4824  ax-un 6820  ax-cnex 9844  ax-resscn 9845  ax-1cn 9846  ax-icn 9847  ax-addcl 9848  ax-addrcl 9849  ax-mulcl 9850  ax-mulrcl 9851  ax-mulcom 9852  ax-addass 9853  ax-mulass 9854  ax-distr 9855  ax-i2m1 9856  ax-1ne0 9857  ax-1rid 9858  ax-rnegex 9859  ax-rrecex 9860  ax-cnre 9861  ax-pre-lttri 9862  ax-pre-lttrn 9863  ax-pre-ltadd 9864  ax-pre-mulgt0 9865  ax-pre-sup 9866  ax-hilex 27042  ax-hfvadd 27043  ax-hvass 27045  ax-hv0cl 27046  ax-hvaddid 27047  ax-hfvmul 27048  ax-hvmulid 27049  ax-hvmulass 27050  ax-hvdistr2 27052  ax-hvmul0 27053  ax-hfi 27122  ax-his1 27125  ax-his3 27127  ax-his4 27128
This theorem depends on definitions:  df-bi 195  df-or 383  df-an 384  df-3or 1031  df-3an 1032  df-tru 1477  df-ex 1695  df-nf 1700  df-sb 1866  df-eu 2457  df-mo 2458  df-clab 2592  df-cleq 2598  df-clel 2601  df-nfc 2735  df-ne 2777  df-nel 2778  df-ral 2896  df-rex 2897  df-reu 2898  df-rmo 2899  df-rab 2900  df-v 3170  df-sbc 3398  df-csb 3495  df-dif 3538  df-un 3540  df-in 3542  df-ss 3549  df-pss 3551  df-nul 3870  df-if 4032  df-pw 4105  df-sn 4121  df-pr 4123  df-tp 4125  df-op 4127  df-uni 4363  df-iun 4447  df-br 4574  df-opab 4634  df-mpt 4635  df-tr 4671  df-eprel 4935  df-id 4939  df-po 4945  df-so 4946  df-fr 4983  df-we 4985  df-xp 5030  df-rel 5031  df-cnv 5032  df-co 5033  df-dm 5034  df-rn 5035  df-res 5036  df-ima 5037  df-pred 5579  df-ord 5625  df-on 5626  df-lim 5627  df-suc 5628  df-iota 5750  df-fun 5788  df-fn 5789  df-f 5790  df-f1 5791  df-fo 5792  df-f1o 5793  df-fv 5794  df-riota 6485  df-ov 6526  df-oprab 6527  df-mpt2 6528  df-om 6931  df-2nd 7033  df-wrecs 7267  df-recs 7328  df-rdg 7366  df-er 7602  df-map 7719  df-en 7815  df-dom 7816  df-sdom 7817  df-sup 8204  df-pnf 9928  df-mnf 9929  df-xr 9930  df-ltxr 9931  df-le 9932  df-sub 10115  df-neg 10116  df-div 10530  df-nn 10864  df-2 10922  df-3 10923  df-n0 11136  df-z 11207  df-uz 11516  df-rp 11661  df-seq 12615  df-exp 12674  df-cj 13629  df-re 13630  df-im 13631  df-sqrt 13765  df-abs 13766  df-hnorm 27011  df-hvsub 27014  df-nmop 27884  df-cnop 27885  df-lnop 27886
This theorem is referenced by:  nmcoplbi  28073  nmcopex  28074  cnlnadjlem2  28113  cnlnadjlem7  28118  cnlnadjlem8  28119
  Copyright terms: Public domain W3C validator