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Theorem bcsiALT 31265
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 6834 . . 3 ((𝐴 ·ih 𝐵) = 0 → (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) = (abs‘0))
2 abs0 15238 . . . 4 (abs‘0) = 0
3 bcs.1 . . . . . 6 𝐴 ∈ ℋ
4 normge0 31212 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℋ → 0 ≤ (norm𝐴))
53, 4ax-mp 5 . . . . 5 0 ≤ (norm𝐴)
6 bcs.2 . . . . . 6 𝐵 ∈ ℋ
7 normge0 31212 . . . . . 6 (𝐵 ∈ ℋ → 0 ≤ (norm𝐵))
86, 7ax-mp 5 . . . . 5 0 ≤ (norm𝐵)
93normcli 31217 . . . . . 6 (norm𝐴) ∈ ℝ
106normcli 31217 . . . . . 6 (norm𝐵) ∈ ℝ
119, 10mulge0i 11688 . . . . 5 ((0 ≤ (norm𝐴) ∧ 0 ≤ (norm𝐵)) → 0 ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵)))
125, 8, 11mp2an 693 . . . 4 0 ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵))
132, 12eqbrtri 5107 . . 3 (abs‘0) ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵))
141, 13eqbrtrdi 5125 . 2 ((𝐴 ·ih 𝐵) = 0 → (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵)))
15 df-ne 2934 . . . 4 ((𝐴 ·ih 𝐵) ≠ 0 ↔ ¬ (𝐴 ·ih 𝐵) = 0)
166, 3his1i 31186 . . . . . . . 8 (𝐵 ·ih 𝐴) = (∗‘(𝐴 ·ih 𝐵))
1716oveq2i 7371 . . . . . . 7 (((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) · (𝐵 ·ih 𝐴)) = (((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) · (∗‘(𝐴 ·ih 𝐵)))
1817oveq2i 7371 . . . . . 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 31167 . . . . . . 7 (𝐴 ·ih 𝐵) ∈ ℂ
20 abslem2 15293 . . . . . . 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 691 . . . . . 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 2785 . . . . 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 15352 . . . . . . . 8 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) = 0 ↔ (𝐴 ·ih 𝐵) = 0)
2423necon3bii 2985 . . . . . . 7 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 ↔ (𝐴 ·ih 𝐵) ≠ 0)
2519abscli 15349 . . . . . . . . . 10 (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ∈ ℝ
2625recni 11150 . . . . . . . . 9 (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ∈ ℂ
2719, 26divclzi 11881 . . . . . . . 8 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → ((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℂ)
2819, 26divreczi 11884 . . . . . . . . . 10 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → ((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) = ((𝐴 ·ih 𝐵) · (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))))
2928fveq2d 6838 . . . . . . . . 9 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (abs‘((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) = (abs‘((𝐴 ·ih 𝐵) · (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))))))
3026recclzi 11871 . . . . . . . . . . 11 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℂ)
31 absmul 15247 . . . . . . . . . . 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 11910 . . . . . . . . . . . 12 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℝ)
34 0re 11137 . . . . . . . . . . . . . 14 0 ∈ ℝ
3533, 34jctil 519 . . . . . . . . . . . . 13 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (0 ∈ ℝ ∧ (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℝ))
3619absgt0i 15353 . . . . . . . . . . . . . . 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 12052 . . . . . . . . . . . . . 14 (0 < (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) → 0 < (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))))
3937, 38sylbi 217 . . . . . . . . . . . . 13 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → 0 < (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))))
40 ltle 11225 . . . . . . . . . . . . 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 15376 . . . . . . . . . . 11 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (abs‘(1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) = (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))))
4342oveq2d 7376 . . . . . . . . . 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 2772 . . . . . . . . 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 11873 . . . . . . . . 9 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) · (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) = 1)
4629, 44, 453eqtrd 2776 . . . . . . . 8 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (abs‘((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) = 1)
4727, 46jca 511 . . . . . . 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 235 . . . . . 6 ((𝐴 ·ih 𝐵) ≠ 0 → (((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℂ ∧ (abs‘((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) = 1))
493, 6normlem7tALT 31205 . . . . . 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 5108 . . . 4 ((𝐴 ·ih 𝐵) ≠ 0 → (2 · (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ≤ (2 · ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))))
5215, 51sylbir 235 . . 3 (¬ (𝐴 ·ih 𝐵) = 0 → (2 · (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ≤ (2 · ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))))
5310recni 11150 . . . . . 6 (norm𝐵) ∈ ℂ
549recni 11150 . . . . . 6 (norm𝐴) ∈ ℂ
55 normval 31210 . . . . . . . 8 (𝐵 ∈ ℋ → (norm𝐵) = (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))
566, 55ax-mp 5 . . . . . . 7 (norm𝐵) = (√‘(𝐵 ·ih 𝐵))
57 normval 31210 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℋ → (norm𝐴) = (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))
583, 57ax-mp 5 . . . . . . 7 (norm𝐴) = (√‘(𝐴 ·ih 𝐴))
5956, 58oveq12i 7372 . . . . . 6 ((norm𝐵) · (norm𝐴)) = ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))
6053, 54, 59mulcomli 11145 . . . . 5 ((norm𝐴) · (norm𝐵)) = ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))
6160breq2i 5094 . . . 4 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵)) ↔ (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≤ ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴))))
62 2pos 12275 . . . . 5 0 < 2
63 hiidge0 31184 . . . . . . . 8 (𝐵 ∈ ℋ → 0 ≤ (𝐵 ·ih 𝐵))
64 hiidrcl 31181 . . . . . . . . . 10 (𝐵 ∈ ℋ → (𝐵 ·ih 𝐵) ∈ ℝ)
656, 64ax-mp 5 . . . . . . . . 9 (𝐵 ·ih 𝐵) ∈ ℝ
6665sqrtcli 15325 . . . . . . . 8 (0 ≤ (𝐵 ·ih 𝐵) → (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) ∈ ℝ)
676, 63, 66mp2b 10 . . . . . . 7 (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) ∈ ℝ
68 hiidge0 31184 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℋ → 0 ≤ (𝐴 ·ih 𝐴))
69 hiidrcl 31181 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ ℋ → (𝐴 ·ih 𝐴) ∈ ℝ)
703, 69ax-mp 5 . . . . . . . . 9 (𝐴 ·ih 𝐴) ∈ ℝ
7170sqrtcli 15325 . . . . . . . 8 (0 ≤ (𝐴 ·ih 𝐴) → (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) ∈ ℝ)
723, 68, 71mp2b 10 . . . . . . 7 (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) ∈ ℝ
7367, 72remulcli 11152 . . . . . 6 ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴))) ∈ ℝ
74 2re 12246 . . . . . 6 2 ∈ ℝ
7525, 73, 74lemul2i 12070 . . . . 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 234 . 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 206  wa 395   = wceq 1542  wcel 2114  wne 2933   class class class wbr 5086  cfv 6492  (class class class)co 7360  cc 11027  cr 11028  0cc0 11029  1c1 11030   + caddc 11032   · cmul 11034   < clt 11170  cle 11171   / cdiv 11798  2c2 12227  ccj 15049  csqrt 15186  abscabs 15187  chba 31005   ·ih csp 31008  normcno 31009
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5302  ax-pr 5370  ax-un 7682  ax-cnex 11085  ax-resscn 11086  ax-1cn 11087  ax-icn 11088  ax-addcl 11089  ax-addrcl 11090  ax-mulcl 11091  ax-mulrcl 11092  ax-mulcom 11093  ax-addass 11094  ax-mulass 11095  ax-distr 11096  ax-i2m1 11097  ax-1ne0 11098  ax-1rid 11099  ax-rnegex 11100  ax-rrecex 11101  ax-cnre 11102  ax-pre-lttri 11103  ax-pre-lttrn 11104  ax-pre-ltadd 11105  ax-pre-mulgt0 11106  ax-pre-sup 11107  ax-hfvadd 31086  ax-hv0cl 31089  ax-hfvmul 31091  ax-hvmulass 31093  ax-hvmul0 31096  ax-hfi 31165  ax-his1 31168  ax-his2 31169  ax-his3 31170  ax-his4 31171
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-rmo 3343  df-reu 3344  df-rab 3391  df-v 3432  df-sbc 3730  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-nul 4275  df-if 4468  df-pw 4544  df-sn 4569  df-pr 4571  df-op 4575  df-uni 4852  df-iun 4936  df-br 5087  df-opab 5149  df-mpt 5168  df-tr 5194  df-id 5519  df-eprel 5524  df-po 5532  df-so 5533  df-fr 5577  df-we 5579  df-xp 5630  df-rel 5631  df-cnv 5632  df-co 5633  df-dm 5634  df-rn 5635  df-res 5636  df-ima 5637  df-pred 6259  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6494  df-fn 6495  df-f 6496  df-f1 6497  df-fo 6498  df-f1o 6499  df-fv 6500  df-riota 7317  df-ov 7363  df-oprab 7364  df-mpo 7365  df-om 7811  df-2nd 7936  df-frecs 8224  df-wrecs 8255  df-recs 8304  df-rdg 8342  df-er 8636  df-en 8887  df-dom 8888  df-sdom 8889  df-sup 9348  df-pnf 11172  df-mnf 11173  df-xr 11174  df-ltxr 11175  df-le 11176  df-sub 11370  df-neg 11371  df-div 11799  df-nn 12166  df-2 12235  df-3 12236  df-4 12237  df-n0 12429  df-z 12516  df-uz 12780  df-rp 12934  df-seq 13955  df-exp 14015  df-cj 15052  df-re 15053  df-im 15054  df-sqrt 15188  df-abs 15189  df-hnorm 31054  df-hvsub 31057
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