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Theorem cdj3lem1 30196
Description: A property of "𝐴 and 𝐵 are completely disjoint subspaces." Part of Lemma 5 of [Holland] p. 1520. (Contributed by NM, 23-May-2005.) (New usage is discouraged.)
Hypotheses
Ref Expression
cdj1.1 𝐴S
cdj1.2 𝐵S
Assertion
Ref Expression
cdj3lem1 (∃𝑥 ∈ ℝ (0 < 𝑥 ∧ ∀𝑦𝐴𝑧𝐵 ((norm𝑦) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧)))) → (𝐴𝐵) = 0)
Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝑧,𝐴   𝑥,𝐵,𝑦,𝑧

Proof of Theorem cdj3lem1
Dummy variable 𝑤 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 elin 3929 . . . . . . . . . . . 12 (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) ↔ (𝑤𝐴𝑤𝐵))
2 cdj1.2 . . . . . . . . . . . . . 14 𝐵S
3 neg1cn 11730 . . . . . . . . . . . . . 14 -1 ∈ ℂ
4 shmulcl 28980 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐵S ∧ -1 ∈ ℂ ∧ 𝑤𝐵) → (-1 · 𝑤) ∈ 𝐵)
52, 3, 4mp3an12 1447 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑤𝐵 → (-1 · 𝑤) ∈ 𝐵)
65anim2i 618 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑤𝐴𝑤𝐵) → (𝑤𝐴 ∧ (-1 · 𝑤) ∈ 𝐵))
71, 6sylbi 219 . . . . . . . . . . 11 (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) → (𝑤𝐴 ∧ (-1 · 𝑤) ∈ 𝐵))
8 fveq2 6646 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 = 𝑤 → (norm𝑦) = (norm𝑤))
98oveq1d 7148 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 = 𝑤 → ((norm𝑦) + (norm𝑧)) = ((norm𝑤) + (norm𝑧)))
10 fvoveq1 7156 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 = 𝑤 → (norm‘(𝑦 + 𝑧)) = (norm‘(𝑤 + 𝑧)))
1110oveq2d 7149 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 = 𝑤 → (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧))) = (𝑥 · (norm‘(𝑤 + 𝑧))))
129, 11breq12d 5055 . . . . . . . . . . . 12 (𝑦 = 𝑤 → (((norm𝑦) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧))) ↔ ((norm𝑤) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑤 + 𝑧)))))
13 fveq2 6646 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑧 = (-1 · 𝑤) → (norm𝑧) = (norm‘(-1 · 𝑤)))
1413oveq2d 7149 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑧 = (-1 · 𝑤) → ((norm𝑤) + (norm𝑧)) = ((norm𝑤) + (norm‘(-1 · 𝑤))))
15 oveq2 7141 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑧 = (-1 · 𝑤) → (𝑤 + 𝑧) = (𝑤 + (-1 · 𝑤)))
1615fveq2d 6650 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑧 = (-1 · 𝑤) → (norm‘(𝑤 + 𝑧)) = (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤))))
1716oveq2d 7149 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑧 = (-1 · 𝑤) → (𝑥 · (norm‘(𝑤 + 𝑧))) = (𝑥 · (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤)))))
1814, 17breq12d 5055 . . . . . . . . . . . 12 (𝑧 = (-1 · 𝑤) → (((norm𝑤) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑤 + 𝑧))) ↔ ((norm𝑤) + (norm‘(-1 · 𝑤))) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤))))))
1912, 18rspc2v 3612 . . . . . . . . . . 11 ((𝑤𝐴 ∧ (-1 · 𝑤) ∈ 𝐵) → (∀𝑦𝐴𝑧𝐵 ((norm𝑦) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧))) → ((norm𝑤) + (norm‘(-1 · 𝑤))) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤))))))
207, 19syl 17 . . . . . . . . . 10 (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) → (∀𝑦𝐴𝑧𝐵 ((norm𝑦) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧))) → ((norm𝑤) + (norm‘(-1 · 𝑤))) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤))))))
2120adantl 484 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ (𝐴𝐵)) → (∀𝑦𝐴𝑧𝐵 ((norm𝑦) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧))) → ((norm𝑤) + (norm‘(-1 · 𝑤))) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤))))))
22 cdj1.1 . . . . . . . . . . . 12 𝐴S
2322, 2shincli 29124 . . . . . . . . . . 11 (𝐴𝐵) ∈ S
2423sheli 28976 . . . . . . . . . 10 (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) → 𝑤 ∈ ℋ)
25 normneg 28906 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑤 ∈ ℋ → (norm‘(-1 · 𝑤)) = (norm𝑤))
2625oveq2d 7149 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑤 ∈ ℋ → ((norm𝑤) + (norm‘(-1 · 𝑤))) = ((norm𝑤) + (norm𝑤)))
27 normcl 28887 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑤 ∈ ℋ → (norm𝑤) ∈ ℝ)
2827recnd 10647 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑤 ∈ ℋ → (norm𝑤) ∈ ℂ)
29282timesd 11859 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑤 ∈ ℋ → (2 · (norm𝑤)) = ((norm𝑤) + (norm𝑤)))
3026, 29eqtr4d 2858 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑤 ∈ ℋ → ((norm𝑤) + (norm‘(-1 · 𝑤))) = (2 · (norm𝑤)))
3130adantl 484 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ ℋ) → ((norm𝑤) + (norm‘(-1 · 𝑤))) = (2 · (norm𝑤)))
32 hvnegid 28789 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑤 ∈ ℋ → (𝑤 + (-1 · 𝑤)) = 0)
3332fveq2d 6650 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑤 ∈ ℋ → (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤))) = (norm‘0))
34 norm0 28890 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (norm‘0) = 0
3533, 34syl6eq 2871 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑤 ∈ ℋ → (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤))) = 0)
3635oveq2d 7149 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑤 ∈ ℋ → (𝑥 · (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤)))) = (𝑥 · 0))
37 recn 10605 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑥 ∈ ℝ → 𝑥 ∈ ℂ)
3837mul01d 10817 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 ∈ ℝ → (𝑥 · 0) = 0)
3936, 38sylan9eqr 2877 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ ℋ) → (𝑥 · (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤)))) = 0)
40 2t0e0 11785 . . . . . . . . . . . . 13 (2 · 0) = 0
4139, 40syl6eqr 2873 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ ℋ) → (𝑥 · (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤)))) = (2 · 0))
4231, 41breq12d 5055 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ ℋ) → (((norm𝑤) + (norm‘(-1 · 𝑤))) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤)))) ↔ (2 · (norm𝑤)) ≤ (2 · 0)))
43 0re 10621 . . . . . . . . . . . . . . 15 0 ∈ ℝ
44 letri3 10704 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((norm𝑤) ∈ ℝ ∧ 0 ∈ ℝ) → ((norm𝑤) = 0 ↔ ((norm𝑤) ≤ 0 ∧ 0 ≤ (norm𝑤))))
4527, 43, 44sylancl 588 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑤 ∈ ℋ → ((norm𝑤) = 0 ↔ ((norm𝑤) ≤ 0 ∧ 0 ≤ (norm𝑤))))
46 normge0 28888 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑤 ∈ ℋ → 0 ≤ (norm𝑤))
4746biantrud 534 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑤 ∈ ℋ → ((norm𝑤) ≤ 0 ↔ ((norm𝑤) ≤ 0 ∧ 0 ≤ (norm𝑤))))
48 2re 11690 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2 ∈ ℝ
49 2pos 11719 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 0 < 2
5048, 49pm3.2i 473 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (2 ∈ ℝ ∧ 0 < 2)
51 lemul2 11471 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((norm𝑤) ∈ ℝ ∧ 0 ∈ ℝ ∧ (2 ∈ ℝ ∧ 0 < 2)) → ((norm𝑤) ≤ 0 ↔ (2 · (norm𝑤)) ≤ (2 · 0)))
5243, 50, 51mp3an23 1449 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((norm𝑤) ∈ ℝ → ((norm𝑤) ≤ 0 ↔ (2 · (norm𝑤)) ≤ (2 · 0)))
5327, 52syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑤 ∈ ℋ → ((norm𝑤) ≤ 0 ↔ (2 · (norm𝑤)) ≤ (2 · 0)))
5445, 47, 533bitr2rd 310 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑤 ∈ ℋ → ((2 · (norm𝑤)) ≤ (2 · 0) ↔ (norm𝑤) = 0))
55 norm-i 28891 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑤 ∈ ℋ → ((norm𝑤) = 0 ↔ 𝑤 = 0))
5654, 55bitrd 281 . . . . . . . . . . . 12 (𝑤 ∈ ℋ → ((2 · (norm𝑤)) ≤ (2 · 0) ↔ 𝑤 = 0))
5756adantl 484 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ ℋ) → ((2 · (norm𝑤)) ≤ (2 · 0) ↔ 𝑤 = 0))
5842, 57bitrd 281 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ ℋ) → (((norm𝑤) + (norm‘(-1 · 𝑤))) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤)))) ↔ 𝑤 = 0))
5924, 58sylan2 594 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ (𝐴𝐵)) → (((norm𝑤) + (norm‘(-1 · 𝑤))) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤)))) ↔ 𝑤 = 0))
6021, 59sylibd 241 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ (𝐴𝐵)) → (∀𝑦𝐴𝑧𝐵 ((norm𝑦) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧))) → 𝑤 = 0))
6160impancom 454 . . . . . . 7 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦𝐴𝑧𝐵 ((norm𝑦) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧)))) → (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) → 𝑤 = 0))
62 elch0 29016 . . . . . . 7 (𝑤 ∈ 0𝑤 = 0)
6361, 62syl6ibr 254 . . . . . 6 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦𝐴𝑧𝐵 ((norm𝑦) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧)))) → (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) → 𝑤 ∈ 0))
6463ssrdv 3952 . . . . 5 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦𝐴𝑧𝐵 ((norm𝑦) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧)))) → (𝐴𝐵) ⊆ 0)
6564ex 415 . . . 4 (𝑥 ∈ ℝ → (∀𝑦𝐴𝑧𝐵 ((norm𝑦) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧))) → (𝐴𝐵) ⊆ 0))
66 shle0 29204 . . . . 5 ((𝐴𝐵) ∈ S → ((𝐴𝐵) ⊆ 0 ↔ (𝐴𝐵) = 0))
6723, 66ax-mp 5 . . . 4 ((𝐴𝐵) ⊆ 0 ↔ (𝐴𝐵) = 0)
6865, 67syl6ib 253 . . 3 (𝑥 ∈ ℝ → (∀𝑦𝐴𝑧𝐵 ((norm𝑦) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧))) → (𝐴𝐵) = 0))
6968adantld 493 . 2 (𝑥 ∈ ℝ → ((0 < 𝑥 ∧ ∀𝑦𝐴𝑧𝐵 ((norm𝑦) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧)))) → (𝐴𝐵) = 0))
7069rexlimiv 3267 1 (∃𝑥 ∈ ℝ (0 < 𝑥 ∧ ∀𝑦𝐴𝑧𝐵 ((norm𝑦) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧)))) → (𝐴𝐵) = 0)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 208  wa 398   = wceq 1537  wcel 2114  wral 3125  wrex 3126  cin 3912  wss 3913   class class class wbr 5042  cfv 6331  (class class class)co 7133  cc 10513  cr 10514  0cc0 10515  1c1 10516   + caddc 10518   · cmul 10520   < clt 10653  cle 10654  -cneg 10849  2c2 11671  chba 28681   + cva 28682   · csm 28683  normcno 28685  0c0v 28686   S csh 28690  0c0h 28697
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2145  ax-11 2161  ax-12 2177  ax-ext 2792  ax-sep 5179  ax-nul 5186  ax-pow 5242  ax-pr 5306  ax-un 7439  ax-cnex 10571  ax-resscn 10572  ax-1cn 10573  ax-icn 10574  ax-addcl 10575  ax-addrcl 10576  ax-mulcl 10577  ax-mulrcl 10578  ax-mulcom 10579  ax-addass 10580  ax-mulass 10581  ax-distr 10582  ax-i2m1 10583  ax-1ne0 10584  ax-1rid 10585  ax-rnegex 10586  ax-rrecex 10587  ax-cnre 10588  ax-pre-lttri 10589  ax-pre-lttrn 10590  ax-pre-ltadd 10591  ax-pre-mulgt0 10592  ax-pre-sup 10593  ax-hilex 28761  ax-hfvadd 28762  ax-hvcom 28763  ax-hv0cl 28765  ax-hvaddid 28766  ax-hfvmul 28767  ax-hvmulid 28768  ax-hvmulass 28769  ax-hvdistr1 28770  ax-hvdistr2 28771  ax-hvmul0 28772  ax-hfi 28841  ax-his1 28844  ax-his3 28846  ax-his4 28847
This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 844  df-3or 1084  df-3an 1085  df-tru 1540  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2070  df-mo 2622  df-eu 2653  df-clab 2799  df-cleq 2813  df-clel 2891  df-nfc 2959  df-ne 3007  df-nel 3111  df-ral 3130  df-rex 3131  df-reu 3132  df-rmo 3133  df-rab 3134  df-v 3475  df-sbc 3753  df-csb 3861  df-dif 3916  df-un 3918  df-in 3920  df-ss 3930  df-pss 3932  df-nul 4270  df-if 4444  df-pw 4517  df-sn 4544  df-pr 4546  df-tp 4548  df-op 4550  df-uni 4815  df-int 4853  df-iun 4897  df-br 5043  df-opab 5105  df-mpt 5123  df-tr 5149  df-id 5436  df-eprel 5441  df-po 5450  df-so 5451  df-fr 5490  df-we 5492  df-xp 5537  df-rel 5538  df-cnv 5539  df-co 5540  df-dm 5541  df-rn 5542  df-res 5543  df-ima 5544  df-pred 6124  df-ord 6170  df-on 6171  df-lim 6172  df-suc 6173  df-iota 6290  df-fun 6333  df-fn 6334  df-f 6335  df-f1 6336  df-fo 6337  df-f1o 6338  df-fv 6339  df-riota 7091  df-ov 7136  df-oprab 7137  df-mpo 7138  df-om 7559  df-2nd 7668  df-wrecs 7925  df-recs 7986  df-rdg 8024  df-er 8267  df-en 8488  df-dom 8489  df-sdom 8490  df-sup 8884  df-pnf 10655  df-mnf 10656  df-xr 10657  df-ltxr 10658  df-le 10659  df-sub 10850  df-neg 10851  df-div 11276  df-nn 11617  df-2 11679  df-3 11680  df-n0 11877  df-z 11961  df-uz 12223  df-rp 12369  df-seq 13354  df-exp 13415  df-cj 14438  df-re 14439  df-im 14440  df-sqrt 14574  df-abs 14575  df-hnorm 28730  df-hvsub 28733  df-sh 28969  df-ch0 29015
This theorem is referenced by:  cdj3lem2b  30199  cdj3i  30203
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