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Theorem bcsiALT 30432
Description: Bunjakovaskij-Cauchy-Schwarz inequality. Remark 3.4 of [Beran] p. 98. (Contributed by NM, 11-Oct-1999.) (New usage is discouraged.) (Proof modification is discouraged.)
Hypotheses
Ref Expression
bcs.1 𝐴 ∈ ℋ
bcs.2 𝐵 ∈ ℋ
Assertion
Ref Expression
bcsiALT (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵))

Proof of Theorem bcsiALT
StepHypRef Expression
1 fveq2 6892 . . 3 ((𝐴 ·ih 𝐵) = 0 → (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) = (abs‘0))
2 abs0 15232 . . . 4 (abs‘0) = 0
3 bcs.1 . . . . . 6 𝐴 ∈ ℋ
4 normge0 30379 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℋ → 0 ≤ (norm𝐴))
53, 4ax-mp 5 . . . . 5 0 ≤ (norm𝐴)
6 bcs.2 . . . . . 6 𝐵 ∈ ℋ
7 normge0 30379 . . . . . 6 (𝐵 ∈ ℋ → 0 ≤ (norm𝐵))
86, 7ax-mp 5 . . . . 5 0 ≤ (norm𝐵)
93normcli 30384 . . . . . 6 (norm𝐴) ∈ ℝ
106normcli 30384 . . . . . 6 (norm𝐵) ∈ ℝ
119, 10mulge0i 11761 . . . . 5 ((0 ≤ (norm𝐴) ∧ 0 ≤ (norm𝐵)) → 0 ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵)))
125, 8, 11mp2an 691 . . . 4 0 ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵))
132, 12eqbrtri 5170 . . 3 (abs‘0) ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵))
141, 13eqbrtrdi 5188 . 2 ((𝐴 ·ih 𝐵) = 0 → (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵)))
15 df-ne 2942 . . . 4 ((𝐴 ·ih 𝐵) ≠ 0 ↔ ¬ (𝐴 ·ih 𝐵) = 0)
166, 3his1i 30353 . . . . . . . 8 (𝐵 ·ih 𝐴) = (∗‘(𝐴 ·ih 𝐵))
1716oveq2i 7420 . . . . . . 7 (((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) · (𝐵 ·ih 𝐴)) = (((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) · (∗‘(𝐴 ·ih 𝐵)))
1817oveq2i 7420 . . . . . 6 (((∗‘((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) · (𝐴 ·ih 𝐵)) + (((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) · (𝐵 ·ih 𝐴))) = (((∗‘((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) · (𝐴 ·ih 𝐵)) + (((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) · (∗‘(𝐴 ·ih 𝐵))))
193, 6hicli 30334 . . . . . . 7 (𝐴 ·ih 𝐵) ∈ ℂ
20 abslem2 15286 . . . . . . 7 (((𝐴 ·ih 𝐵) ∈ ℂ ∧ (𝐴 ·ih 𝐵) ≠ 0) → (((∗‘((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) · (𝐴 ·ih 𝐵)) + (((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) · (∗‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) = (2 · (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))))
2119, 20mpan 689 . . . . . 6 ((𝐴 ·ih 𝐵) ≠ 0 → (((∗‘((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) · (𝐴 ·ih 𝐵)) + (((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) · (∗‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) = (2 · (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))))
2218, 21eqtr2id 2786 . . . . 5 ((𝐴 ·ih 𝐵) ≠ 0 → (2 · (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) = (((∗‘((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) · (𝐴 ·ih 𝐵)) + (((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) · (𝐵 ·ih 𝐴))))
2319abs00i 15345 . . . . . . . 8 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) = 0 ↔ (𝐴 ·ih 𝐵) = 0)
2423necon3bii 2994 . . . . . . 7 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 ↔ (𝐴 ·ih 𝐵) ≠ 0)
2519abscli 15342 . . . . . . . . . 10 (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ∈ ℝ
2625recni 11228 . . . . . . . . 9 (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ∈ ℂ
2719, 26divclzi 11949 . . . . . . . 8 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → ((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℂ)
2819, 26divreczi 11952 . . . . . . . . . 10 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → ((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) = ((𝐴 ·ih 𝐵) · (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))))
2928fveq2d 6896 . . . . . . . . 9 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (abs‘((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) = (abs‘((𝐴 ·ih 𝐵) · (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))))))
3026recclzi 11939 . . . . . . . . . . 11 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℂ)
31 absmul 15241 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ·ih 𝐵) ∈ ℂ ∧ (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℂ) → (abs‘((𝐴 ·ih 𝐵) · (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))))) = ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) · (abs‘(1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))))))
3219, 30, 31sylancr 588 . . . . . . . . . 10 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (abs‘((𝐴 ·ih 𝐵) · (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))))) = ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) · (abs‘(1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))))))
3325rerecclzi 11978 . . . . . . . . . . . 12 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℝ)
34 0re 11216 . . . . . . . . . . . . . 14 0 ∈ ℝ
3533, 34jctil 521 . . . . . . . . . . . . 13 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (0 ∈ ℝ ∧ (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℝ))
3619absgt0i 15346 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝐴 ·ih 𝐵) ≠ 0 ↔ 0 < (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))
3724, 36bitri 275 . . . . . . . . . . . . . 14 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 ↔ 0 < (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))
3825recgt0i 12119 . . . . . . . . . . . . . 14 (0 < (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) → 0 < (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))))
3937, 38sylbi 216 . . . . . . . . . . . . 13 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → 0 < (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))))
40 ltle 11302 . . . . . . . . . . . . 13 ((0 ∈ ℝ ∧ (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℝ) → (0 < (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) → 0 ≤ (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))))
4135, 39, 40sylc 65 . . . . . . . . . . . 12 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → 0 ≤ (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))))
4233, 41absidd 15369 . . . . . . . . . . 11 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (abs‘(1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) = (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))))
4342oveq2d 7425 . . . . . . . . . 10 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) · (abs‘(1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))))) = ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) · (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))))
4432, 43eqtrd 2773 . . . . . . . . 9 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (abs‘((𝐴 ·ih 𝐵) · (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))))) = ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) · (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))))
4526recidzi 11941 . . . . . . . . 9 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) · (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) = 1)
4629, 44, 453eqtrd 2777 . . . . . . . 8 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (abs‘((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) = 1)
4727, 46jca 513 . . . . . . 7 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) = 1))
4824, 47sylbir 234 . . . . . 6 ((𝐴 ·ih 𝐵) ≠ 0 → (((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) = 1))
493, 6normlem7tALT 30372 . . . . . 6 ((((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) = 1) → (((∗‘((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) · (𝐴 ·ih 𝐵)) + (((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) · (𝐵 ·ih 𝐴))) ≤ (2 · ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))))
5048, 49syl 17 . . . . 5 ((𝐴 ·ih 𝐵) ≠ 0 → (((∗‘((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) · (𝐴 ·ih 𝐵)) + (((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) · (𝐵 ·ih 𝐴))) ≤ (2 · ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))))
5122, 50eqbrtrd 5171 . . . 4 ((𝐴 ·ih 𝐵) ≠ 0 → (2 · (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ≤ (2 · ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))))
5215, 51sylbir 234 . . 3 (¬ (𝐴 ·ih 𝐵) = 0 → (2 · (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ≤ (2 · ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))))
5310recni 11228 . . . . . 6 (norm𝐵) ∈ ℂ
549recni 11228 . . . . . 6 (norm𝐴) ∈ ℂ
55 normval 30377 . . . . . . . 8 (𝐵 ∈ ℋ → (norm𝐵) = (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))
566, 55ax-mp 5 . . . . . . 7 (norm𝐵) = (√‘(𝐵 ·ih 𝐵))
57 normval 30377 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℋ → (norm𝐴) = (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))
583, 57ax-mp 5 . . . . . . 7 (norm𝐴) = (√‘(𝐴 ·ih 𝐴))
5956, 58oveq12i 7421 . . . . . 6 ((norm𝐵) · (norm𝐴)) = ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))
6053, 54, 59mulcomli 11223 . . . . 5 ((norm𝐴) · (norm𝐵)) = ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))
6160breq2i 5157 . . . 4 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵)) ↔ (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≤ ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴))))
62 2pos 12315 . . . . 5 0 < 2
63 hiidge0 30351 . . . . . . . 8 (𝐵 ∈ ℋ → 0 ≤ (𝐵 ·ih 𝐵))
64 hiidrcl 30348 . . . . . . . . . 10 (𝐵 ∈ ℋ → (𝐵 ·ih 𝐵) ∈ ℝ)
656, 64ax-mp 5 . . . . . . . . 9 (𝐵 ·ih 𝐵) ∈ ℝ
6665sqrtcli 15318 . . . . . . . 8 (0 ≤ (𝐵 ·ih 𝐵) → (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) ∈ ℝ)
676, 63, 66mp2b 10 . . . . . . 7 (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) ∈ ℝ
68 hiidge0 30351 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℋ → 0 ≤ (𝐴 ·ih 𝐴))
69 hiidrcl 30348 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ ℋ → (𝐴 ·ih 𝐴) ∈ ℝ)
703, 69ax-mp 5 . . . . . . . . 9 (𝐴 ·ih 𝐴) ∈ ℝ
7170sqrtcli 15318 . . . . . . . 8 (0 ≤ (𝐴 ·ih 𝐴) → (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) ∈ ℝ)
723, 68, 71mp2b 10 . . . . . . 7 (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) ∈ ℝ
7367, 72remulcli 11230 . . . . . 6 ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴))) ∈ ℝ
74 2re 12286 . . . . . 6 2 ∈ ℝ
7525, 73, 74lemul2i 12137 . . . . 5 (0 < 2 → ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≤ ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴))) ↔ (2 · (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ≤ (2 · ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴))))))
7662, 75ax-mp 5 . . . 4 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≤ ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴))) ↔ (2 · (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ≤ (2 · ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))))
7761, 76bitri 275 . . 3 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵)) ↔ (2 · (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ≤ (2 · ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))))
7852, 77sylibr 233 . 2 (¬ (𝐴 ·ih 𝐵) = 0 → (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵)))
7914, 78pm2.61i 182 1 (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wb 205  wa 397   = wceq 1542  wcel 2107  wne 2941   class class class wbr 5149  cfv 6544  (class class class)co 7409  cc 11108  cr 11109  0cc0 11110  1c1 11111   + caddc 11113   · cmul 11115   < clt 11248  cle 11249   / cdiv 11871  2c2 12267  ccj 15043  csqrt 15180  abscabs 15181  chba 30172   ·ih csp 30175  normcno 30176
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2138  ax-11 2155  ax-12 2172  ax-ext 2704  ax-sep 5300  ax-nul 5307  ax-pow 5364  ax-pr 5428  ax-un 7725  ax-cnex 11166  ax-resscn 11167  ax-1cn 11168  ax-icn 11169  ax-addcl 11170  ax-addrcl 11171  ax-mulcl 11172  ax-mulrcl 11173  ax-mulcom 11174  ax-addass 11175  ax-mulass 11176  ax-distr 11177  ax-i2m1 11178  ax-1ne0 11179  ax-1rid 11180  ax-rnegex 11181  ax-rrecex 11182  ax-cnre 11183  ax-pre-lttri 11184  ax-pre-lttrn 11185  ax-pre-ltadd 11186  ax-pre-mulgt0 11187  ax-pre-sup 11188  ax-hfvadd 30253  ax-hv0cl 30256  ax-hfvmul 30258  ax-hvmulass 30260  ax-hvmul0 30263  ax-hfi 30332  ax-his1 30335  ax-his2 30336  ax-his3 30337  ax-his4 30338
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 398  df-or 847  df-3or 1089  df-3an 1090  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2069  df-mo 2535  df-eu 2564  df-clab 2711  df-cleq 2725  df-clel 2811  df-nfc 2886  df-ne 2942  df-nel 3048  df-ral 3063  df-rex 3072  df-rmo 3377  df-reu 3378  df-rab 3434  df-v 3477  df-sbc 3779  df-csb 3895  df-dif 3952  df-un 3954  df-in 3956  df-ss 3966  df-pss 3968  df-nul 4324  df-if 4530  df-pw 4605  df-sn 4630  df-pr 4632  df-op 4636  df-uni 4910  df-iun 5000  df-br 5150  df-opab 5212  df-mpt 5233  df-tr 5267  df-id 5575  df-eprel 5581  df-po 5589  df-so 5590  df-fr 5632  df-we 5634  df-xp 5683  df-rel 5684  df-cnv 5685  df-co 5686  df-dm 5687  df-rn 5688  df-res 5689  df-ima 5690  df-pred 6301  df-ord 6368  df-on 6369  df-lim 6370  df-suc 6371  df-iota 6496  df-fun 6546  df-fn 6547  df-f 6548  df-f1 6549  df-fo 6550  df-f1o 6551  df-fv 6552  df-riota 7365  df-ov 7412  df-oprab 7413  df-mpo 7414  df-om 7856  df-2nd 7976  df-frecs 8266  df-wrecs 8297  df-recs 8371  df-rdg 8410  df-er 8703  df-en 8940  df-dom 8941  df-sdom 8942  df-sup 9437  df-pnf 11250  df-mnf 11251  df-xr 11252  df-ltxr 11253  df-le 11254  df-sub 11446  df-neg 11447  df-div 11872  df-nn 12213  df-2 12275  df-3 12276  df-4 12277  df-n0 12473  df-z 12559  df-uz 12823  df-rp 12975  df-seq 13967  df-exp 14028  df-cj 15046  df-re 15047  df-im 15048  df-sqrt 15182  df-abs 15183  df-hnorm 30221  df-hvsub 30224
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