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Theorem bcsiALT 31104
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 6900 . . 3 ((𝐴 ·ih 𝐵) = 0 → (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) = (abs‘0))
2 abs0 15285 . . . 4 (abs‘0) = 0
3 bcs.1 . . . . . 6 𝐴 ∈ ℋ
4 normge0 31051 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℋ → 0 ≤ (norm𝐴))
53, 4ax-mp 5 . . . . 5 0 ≤ (norm𝐴)
6 bcs.2 . . . . . 6 𝐵 ∈ ℋ
7 normge0 31051 . . . . . 6 (𝐵 ∈ ℋ → 0 ≤ (norm𝐵))
86, 7ax-mp 5 . . . . 5 0 ≤ (norm𝐵)
93normcli 31056 . . . . . 6 (norm𝐴) ∈ ℝ
106normcli 31056 . . . . . 6 (norm𝐵) ∈ ℝ
119, 10mulge0i 11807 . . . . 5 ((0 ≤ (norm𝐴) ∧ 0 ≤ (norm𝐵)) → 0 ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵)))
125, 8, 11mp2an 690 . . . 4 0 ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵))
132, 12eqbrtri 5173 . . 3 (abs‘0) ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵))
141, 13eqbrtrdi 5191 . 2 ((𝐴 ·ih 𝐵) = 0 → (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵)))
15 df-ne 2930 . . . 4 ((𝐴 ·ih 𝐵) ≠ 0 ↔ ¬ (𝐴 ·ih 𝐵) = 0)
166, 3his1i 31025 . . . . . . . 8 (𝐵 ·ih 𝐴) = (∗‘(𝐴 ·ih 𝐵))
1716oveq2i 7434 . . . . . . 7 (((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) · (𝐵 ·ih 𝐴)) = (((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) · (∗‘(𝐴 ·ih 𝐵)))
1817oveq2i 7434 . . . . . 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 31006 . . . . . . 7 (𝐴 ·ih 𝐵) ∈ ℂ
20 abslem2 15339 . . . . . . 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 688 . . . . . 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 2778 . . . . 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 15398 . . . . . . . 8 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) = 0 ↔ (𝐴 ·ih 𝐵) = 0)
2423necon3bii 2982 . . . . . . 7 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 ↔ (𝐴 ·ih 𝐵) ≠ 0)
2519abscli 15395 . . . . . . . . . 10 (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ∈ ℝ
2625recni 11274 . . . . . . . . 9 (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ∈ ℂ
2719, 26divclzi 11996 . . . . . . . 8 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → ((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℂ)
2819, 26divreczi 11999 . . . . . . . . . 10 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → ((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) = ((𝐴 ·ih 𝐵) · (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))))
2928fveq2d 6904 . . . . . . . . 9 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (abs‘((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) = (abs‘((𝐴 ·ih 𝐵) · (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))))))
3026recclzi 11986 . . . . . . . . . . 11 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℂ)
31 absmul 15294 . . . . . . . . . . 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 585 . . . . . . . . . 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 12025 . . . . . . . . . . . 12 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℝ)
34 0re 11262 . . . . . . . . . . . . . 14 0 ∈ ℝ
3533, 34jctil 518 . . . . . . . . . . . . 13 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (0 ∈ ℝ ∧ (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℝ))
3619absgt0i 15399 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝐴 ·ih 𝐵) ≠ 0 ↔ 0 < (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))
3724, 36bitri 274 . . . . . . . . . . . . . 14 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 ↔ 0 < (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))
3825recgt0i 12166 . . . . . . . . . . . . . 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 11348 . . . . . . . . . . . . 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 15422 . . . . . . . . . . 11 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (abs‘(1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) = (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))))
4342oveq2d 7439 . . . . . . . . . 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 2765 . . . . . . . . 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 11988 . . . . . . . . 9 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) · (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) = 1)
4629, 44, 453eqtrd 2769 . . . . . . . 8 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (abs‘((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) = 1)
4727, 46jca 510 . . . . . . 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 31044 . . . . . 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 5174 . . . 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 11274 . . . . . 6 (norm𝐵) ∈ ℂ
549recni 11274 . . . . . 6 (norm𝐴) ∈ ℂ
55 normval 31049 . . . . . . . 8 (𝐵 ∈ ℋ → (norm𝐵) = (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))
566, 55ax-mp 5 . . . . . . 7 (norm𝐵) = (√‘(𝐵 ·ih 𝐵))
57 normval 31049 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℋ → (norm𝐴) = (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))
583, 57ax-mp 5 . . . . . . 7 (norm𝐴) = (√‘(𝐴 ·ih 𝐴))
5956, 58oveq12i 7435 . . . . . 6 ((norm𝐵) · (norm𝐴)) = ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))
6053, 54, 59mulcomli 11269 . . . . 5 ((norm𝐴) · (norm𝐵)) = ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))
6160breq2i 5160 . . . 4 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵)) ↔ (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≤ ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴))))
62 2pos 12362 . . . . 5 0 < 2
63 hiidge0 31023 . . . . . . . 8 (𝐵 ∈ ℋ → 0 ≤ (𝐵 ·ih 𝐵))
64 hiidrcl 31020 . . . . . . . . . 10 (𝐵 ∈ ℋ → (𝐵 ·ih 𝐵) ∈ ℝ)
656, 64ax-mp 5 . . . . . . . . 9 (𝐵 ·ih 𝐵) ∈ ℝ
6665sqrtcli 15371 . . . . . . . 8 (0 ≤ (𝐵 ·ih 𝐵) → (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) ∈ ℝ)
676, 63, 66mp2b 10 . . . . . . 7 (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) ∈ ℝ
68 hiidge0 31023 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℋ → 0 ≤ (𝐴 ·ih 𝐴))
69 hiidrcl 31020 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ ℋ → (𝐴 ·ih 𝐴) ∈ ℝ)
703, 69ax-mp 5 . . . . . . . . 9 (𝐴 ·ih 𝐴) ∈ ℝ
7170sqrtcli 15371 . . . . . . . 8 (0 ≤ (𝐴 ·ih 𝐴) → (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) ∈ ℝ)
723, 68, 71mp2b 10 . . . . . . 7 (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) ∈ ℝ
7367, 72remulcli 11276 . . . . . 6 ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴))) ∈ ℝ
74 2re 12333 . . . . . 6 2 ∈ ℝ
7525, 73, 74lemul2i 12184 . . . . 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 274 . . 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 394   = wceq 1533  wcel 2098  wne 2929   class class class wbr 5152  cfv 6553  (class class class)co 7423  cc 11152  cr 11153  0cc0 11154  1c1 11155   + caddc 11157   · cmul 11159   < clt 11294  cle 11295   / cdiv 11917  2c2 12314  ccj 15096  csqrt 15233  abscabs 15234  chba 30844   ·ih csp 30847  normcno 30848
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1789  ax-4 1803  ax-5 1905  ax-6 1963  ax-7 2003  ax-8 2100  ax-9 2108  ax-10 2129  ax-11 2146  ax-12 2166  ax-ext 2696  ax-sep 5303  ax-nul 5310  ax-pow 5368  ax-pr 5432  ax-un 7745  ax-cnex 11210  ax-resscn 11211  ax-1cn 11212  ax-icn 11213  ax-addcl 11214  ax-addrcl 11215  ax-mulcl 11216  ax-mulrcl 11217  ax-mulcom 11218  ax-addass 11219  ax-mulass 11220  ax-distr 11221  ax-i2m1 11222  ax-1ne0 11223  ax-1rid 11224  ax-rnegex 11225  ax-rrecex 11226  ax-cnre 11227  ax-pre-lttri 11228  ax-pre-lttrn 11229  ax-pre-ltadd 11230  ax-pre-mulgt0 11231  ax-pre-sup 11232  ax-hfvadd 30925  ax-hv0cl 30928  ax-hfvmul 30930  ax-hvmulass 30932  ax-hvmul0 30935  ax-hfi 31004  ax-his1 31007  ax-his2 31008  ax-his3 31009  ax-his4 31010
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 395  df-or 846  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1536  df-fal 1546  df-ex 1774  df-nf 1778  df-sb 2060  df-mo 2528  df-eu 2557  df-clab 2703  df-cleq 2717  df-clel 2802  df-nfc 2877  df-ne 2930  df-nel 3036  df-ral 3051  df-rex 3060  df-rmo 3363  df-reu 3364  df-rab 3419  df-v 3463  df-sbc 3776  df-csb 3892  df-dif 3949  df-un 3951  df-in 3953  df-ss 3963  df-pss 3966  df-nul 4325  df-if 4533  df-pw 4608  df-sn 4633  df-pr 4635  df-op 4639  df-uni 4913  df-iun 5002  df-br 5153  df-opab 5215  df-mpt 5236  df-tr 5270  df-id 5579  df-eprel 5585  df-po 5593  df-so 5594  df-fr 5636  df-we 5638  df-xp 5687  df-rel 5688  df-cnv 5689  df-co 5690  df-dm 5691  df-rn 5692  df-res 5693  df-ima 5694  df-pred 6311  df-ord 6378  df-on 6379  df-lim 6380  df-suc 6381  df-iota 6505  df-fun 6555  df-fn 6556  df-f 6557  df-f1 6558  df-fo 6559  df-f1o 6560  df-fv 6561  df-riota 7379  df-ov 7426  df-oprab 7427  df-mpo 7428  df-om 7876  df-2nd 8003  df-frecs 8295  df-wrecs 8326  df-recs 8400  df-rdg 8439  df-er 8733  df-en 8974  df-dom 8975  df-sdom 8976  df-sup 9481  df-pnf 11296  df-mnf 11297  df-xr 11298  df-ltxr 11299  df-le 11300  df-sub 11492  df-neg 11493  df-div 11918  df-nn 12260  df-2 12322  df-3 12323  df-4 12324  df-n0 12520  df-z 12606  df-uz 12870  df-rp 13024  df-seq 14017  df-exp 14077  df-cj 15099  df-re 15100  df-im 15101  df-sqrt 15235  df-abs 15236  df-hnorm 30893  df-hvsub 30896
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