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

Theorem bcsiALT 31198
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 6906 . . 3 ((𝐴 ·ih 𝐵) = 0 → (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) = (abs‘0))
2 abs0 15324 . . . 4 (abs‘0) = 0
3 bcs.1 . . . . . 6 𝐴 ∈ ℋ
4 normge0 31145 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ℋ → 0 ≤ (norm𝐴))
53, 4ax-mp 5 . . . . 5 0 ≤ (norm𝐴)
6 bcs.2 . . . . . 6 𝐵 ∈ ℋ
7 normge0 31145 . . . . . 6 (𝐵 ∈ ℋ → 0 ≤ (norm𝐵))
86, 7ax-mp 5 . . . . 5 0 ≤ (norm𝐵)
93normcli 31150 . . . . . 6 (norm𝐴) ∈ ℝ
106normcli 31150 . . . . . 6 (norm𝐵) ∈ ℝ
119, 10mulge0i 11810 . . . . 5 ((0 ≤ (norm𝐴) ∧ 0 ≤ (norm𝐵)) → 0 ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵)))
125, 8, 11mp2an 692 . . . 4 0 ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵))
132, 12eqbrtri 5164 . . 3 (abs‘0) ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵))
141, 13eqbrtrdi 5182 . 2 ((𝐴 ·ih 𝐵) = 0 → (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵)))
15 df-ne 2941 . . . 4 ((𝐴 ·ih 𝐵) ≠ 0 ↔ ¬ (𝐴 ·ih 𝐵) = 0)
166, 3his1i 31119 . . . . . . . 8 (𝐵 ·ih 𝐴) = (∗‘(𝐴 ·ih 𝐵))
1716oveq2i 7442 . . . . . . 7 (((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) · (𝐵 ·ih 𝐴)) = (((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) · (∗‘(𝐴 ·ih 𝐵)))
1817oveq2i 7442 . . . . . 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 31100 . . . . . . 7 (𝐴 ·ih 𝐵) ∈ ℂ
20 abslem2 15378 . . . . . . 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 690 . . . . . 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 2790 . . . . 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 15437 . . . . . . . 8 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) = 0 ↔ (𝐴 ·ih 𝐵) = 0)
2423necon3bii 2993 . . . . . . 7 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 ↔ (𝐴 ·ih 𝐵) ≠ 0)
2519abscli 15434 . . . . . . . . . 10 (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ∈ ℝ
2625recni 11275 . . . . . . . . 9 (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ∈ ℂ
2719, 26divclzi 12002 . . . . . . . 8 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → ((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℂ)
2819, 26divreczi 12005 . . . . . . . . . 10 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → ((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) = ((𝐴 ·ih 𝐵) · (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))))
2928fveq2d 6910 . . . . . . . . 9 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (abs‘((𝐴 ·ih 𝐵) / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) = (abs‘((𝐴 ·ih 𝐵) · (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))))))
3026recclzi 11992 . . . . . . . . . . 11 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℂ)
31 absmul 15333 . . . . . . . . . . 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 587 . . . . . . . . . 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 12031 . . . . . . . . . . . 12 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℝ)
34 0re 11263 . . . . . . . . . . . . . 14 0 ∈ ℝ
3533, 34jctil 519 . . . . . . . . . . . . 13 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (0 ∈ ℝ ∧ (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℝ))
3619absgt0i 15438 . . . . . . . . . . . . . . 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 12173 . . . . . . . . . . . . . 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 11349 . . . . . . . . . . . . 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 15461 . . . . . . . . . . 11 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → (abs‘(1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) = (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵))))
4342oveq2d 7447 . . . . . . . . . 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 2777 . . . . . . . . 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 11994 . . . . . . . . 9 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≠ 0 → ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) · (1 / (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)))) = 1)
4629, 44, 453eqtrd 2781 . . . . . . . 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 31138 . . . . . 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 5165 . . . 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 11275 . . . . . 6 (norm𝐵) ∈ ℂ
549recni 11275 . . . . . 6 (norm𝐴) ∈ ℂ
55 normval 31143 . . . . . . . 8 (𝐵 ∈ ℋ → (norm𝐵) = (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))
566, 55ax-mp 5 . . . . . . 7 (norm𝐵) = (√‘(𝐵 ·ih 𝐵))
57 normval 31143 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℋ → (norm𝐴) = (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))
583, 57ax-mp 5 . . . . . . 7 (norm𝐴) = (√‘(𝐴 ·ih 𝐴))
5956, 58oveq12i 7443 . . . . . 6 ((norm𝐵) · (norm𝐴)) = ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))
6053, 54, 59mulcomli 11270 . . . . 5 ((norm𝐴) · (norm𝐵)) = ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))
6160breq2i 5151 . . . 4 ((abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≤ ((norm𝐴) · (norm𝐵)) ↔ (abs‘(𝐴 ·ih 𝐵)) ≤ ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴))))
62 2pos 12369 . . . . 5 0 < 2
63 hiidge0 31117 . . . . . . . 8 (𝐵 ∈ ℋ → 0 ≤ (𝐵 ·ih 𝐵))
64 hiidrcl 31114 . . . . . . . . . 10 (𝐵 ∈ ℋ → (𝐵 ·ih 𝐵) ∈ ℝ)
656, 64ax-mp 5 . . . . . . . . 9 (𝐵 ·ih 𝐵) ∈ ℝ
6665sqrtcli 15410 . . . . . . . 8 (0 ≤ (𝐵 ·ih 𝐵) → (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) ∈ ℝ)
676, 63, 66mp2b 10 . . . . . . 7 (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) ∈ ℝ
68 hiidge0 31117 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ ℋ → 0 ≤ (𝐴 ·ih 𝐴))
69 hiidrcl 31114 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ ℋ → (𝐴 ·ih 𝐴) ∈ ℝ)
703, 69ax-mp 5 . . . . . . . . 9 (𝐴 ·ih 𝐴) ∈ ℝ
7170sqrtcli 15410 . . . . . . . 8 (0 ≤ (𝐴 ·ih 𝐴) → (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) ∈ ℝ)
723, 68, 71mp2b 10 . . . . . . 7 (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) ∈ ℝ
7367, 72remulcli 11277 . . . . . 6 ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) · (√‘(𝐴 ·ih 𝐴))) ∈ ℝ
74 2re 12340 . . . . . 6 2 ∈ ℝ
7525, 73, 74lemul2i 12191 . . . . 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 1540  wcel 2108  wne 2940   class class class wbr 5143  cfv 6561  (class class class)co 7431  cc 11153  cr 11154  0cc0 11155  1c1 11156   + caddc 11158   · cmul 11160   < clt 11295  cle 11296   / cdiv 11920  2c2 12321  ccj 15135  csqrt 15272  abscabs 15273  chba 30938   ·ih csp 30941  normcno 30942
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2157  ax-12 2177  ax-ext 2708  ax-sep 5296  ax-nul 5306  ax-pow 5365  ax-pr 5432  ax-un 7755  ax-cnex 11211  ax-resscn 11212  ax-1cn 11213  ax-icn 11214  ax-addcl 11215  ax-addrcl 11216  ax-mulcl 11217  ax-mulrcl 11218  ax-mulcom 11219  ax-addass 11220  ax-mulass 11221  ax-distr 11222  ax-i2m1 11223  ax-1ne0 11224  ax-1rid 11225  ax-rnegex 11226  ax-rrecex 11227  ax-cnre 11228  ax-pre-lttri 11229  ax-pre-lttrn 11230  ax-pre-ltadd 11231  ax-pre-mulgt0 11232  ax-pre-sup 11233  ax-hfvadd 31019  ax-hv0cl 31022  ax-hfvmul 31024  ax-hvmulass 31026  ax-hvmul0 31029  ax-hfi 31098  ax-his1 31101  ax-his2 31102  ax-his3 31103  ax-his4 31104
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2065  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2729  df-clel 2816  df-nfc 2892  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3062  df-rex 3071  df-rmo 3380  df-reu 3381  df-rab 3437  df-v 3482  df-sbc 3789  df-csb 3900  df-dif 3954  df-un 3956  df-in 3958  df-ss 3968  df-pss 3971  df-nul 4334  df-if 4526  df-pw 4602  df-sn 4627  df-pr 4629  df-op 4633  df-uni 4908  df-iun 4993  df-br 5144  df-opab 5206  df-mpt 5226  df-tr 5260  df-id 5578  df-eprel 5584  df-po 5592  df-so 5593  df-fr 5637  df-we 5639  df-xp 5691  df-rel 5692  df-cnv 5693  df-co 5694  df-dm 5695  df-rn 5696  df-res 5697  df-ima 5698  df-pred 6321  df-ord 6387  df-on 6388  df-lim 6389  df-suc 6390  df-iota 6514  df-fun 6563  df-fn 6564  df-f 6565  df-f1 6566  df-fo 6567  df-f1o 6568  df-fv 6569  df-riota 7388  df-ov 7434  df-oprab 7435  df-mpo 7436  df-om 7888  df-2nd 8015  df-frecs 8306  df-wrecs 8337  df-recs 8411  df-rdg 8450  df-er 8745  df-en 8986  df-dom 8987  df-sdom 8988  df-sup 9482  df-pnf 11297  df-mnf 11298  df-xr 11299  df-ltxr 11300  df-le 11301  df-sub 11494  df-neg 11495  df-div 11921  df-nn 12267  df-2 12329  df-3 12330  df-4 12331  df-n0 12527  df-z 12614  df-uz 12879  df-rp 13035  df-seq 14043  df-exp 14103  df-cj 15138  df-re 15139  df-im 15140  df-sqrt 15274  df-abs 15275  df-hnorm 30987  df-hvsub 30990
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator