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Theorem cdj3lem1 31550
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 3960 . . . . . . . . . . . 12 (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) ↔ (𝑤𝐴𝑤𝐵))
2 cdj1.2 . . . . . . . . . . . . . 14 𝐵S
3 neg1cn 12308 . . . . . . . . . . . . . 14 -1 ∈ ℂ
4 shmulcl 30334 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐵S ∧ -1 ∈ ℂ ∧ 𝑤𝐵) → (-1 · 𝑤) ∈ 𝐵)
52, 3, 4mp3an12 1451 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑤𝐵 → (-1 · 𝑤) ∈ 𝐵)
65anim2i 617 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑤𝐴𝑤𝐵) → (𝑤𝐴 ∧ (-1 · 𝑤) ∈ 𝐵))
71, 6sylbi 216 . . . . . . . . . . 11 (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) → (𝑤𝐴 ∧ (-1 · 𝑤) ∈ 𝐵))
8 fveq2 6878 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 = 𝑤 → (norm𝑦) = (norm𝑤))
98oveq1d 7408 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 = 𝑤 → ((norm𝑦) + (norm𝑧)) = ((norm𝑤) + (norm𝑧)))
10 fvoveq1 7416 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 = 𝑤 → (norm‘(𝑦 + 𝑧)) = (norm‘(𝑤 + 𝑧)))
1110oveq2d 7409 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 = 𝑤 → (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧))) = (𝑥 · (norm‘(𝑤 + 𝑧))))
129, 11breq12d 5154 . . . . . . . . . . . 12 (𝑦 = 𝑤 → (((norm𝑦) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧))) ↔ ((norm𝑤) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑤 + 𝑧)))))
13 fveq2 6878 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑧 = (-1 · 𝑤) → (norm𝑧) = (norm‘(-1 · 𝑤)))
1413oveq2d 7409 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑧 = (-1 · 𝑤) → ((norm𝑤) + (norm𝑧)) = ((norm𝑤) + (norm‘(-1 · 𝑤))))
15 oveq2 7401 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑧 = (-1 · 𝑤) → (𝑤 + 𝑧) = (𝑤 + (-1 · 𝑤)))
1615fveq2d 6882 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑧 = (-1 · 𝑤) → (norm‘(𝑤 + 𝑧)) = (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤))))
1716oveq2d 7409 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑧 = (-1 · 𝑤) → (𝑥 · (norm‘(𝑤 + 𝑧))) = (𝑥 · (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤)))))
1814, 17breq12d 5154 . . . . . . . . . . . 12 (𝑧 = (-1 · 𝑤) → (((norm𝑤) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑤 + 𝑧))) ↔ ((norm𝑤) + (norm‘(-1 · 𝑤))) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤))))))
1912, 18rspc2v 3618 . . . . . . . . . . 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 482 . . . . . . . . 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 30478 . . . . . . . . . . 11 (𝐴𝐵) ∈ S
2423sheli 30330 . . . . . . . . . 10 (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) → 𝑤 ∈ ℋ)
25 normneg 30260 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑤 ∈ ℋ → (norm‘(-1 · 𝑤)) = (norm𝑤))
2625oveq2d 7409 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑤 ∈ ℋ → ((norm𝑤) + (norm‘(-1 · 𝑤))) = ((norm𝑤) + (norm𝑤)))
27 normcl 30241 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑤 ∈ ℋ → (norm𝑤) ∈ ℝ)
2827recnd 11224 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑤 ∈ ℋ → (norm𝑤) ∈ ℂ)
29282timesd 12437 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑤 ∈ ℋ → (2 · (norm𝑤)) = ((norm𝑤) + (norm𝑤)))
3026, 29eqtr4d 2774 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑤 ∈ ℋ → ((norm𝑤) + (norm‘(-1 · 𝑤))) = (2 · (norm𝑤)))
3130adantl 482 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ ℋ) → ((norm𝑤) + (norm‘(-1 · 𝑤))) = (2 · (norm𝑤)))
32 hvnegid 30143 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑤 ∈ ℋ → (𝑤 + (-1 · 𝑤)) = 0)
3332fveq2d 6882 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑤 ∈ ℋ → (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤))) = (norm‘0))
34 norm0 30244 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (norm‘0) = 0
3533, 34eqtrdi 2787 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑤 ∈ ℋ → (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤))) = 0)
3635oveq2d 7409 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑤 ∈ ℋ → (𝑥 · (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤)))) = (𝑥 · 0))
37 recn 11182 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑥 ∈ ℝ → 𝑥 ∈ ℂ)
3837mul01d 11395 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 ∈ ℝ → (𝑥 · 0) = 0)
3936, 38sylan9eqr 2793 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ ℋ) → (𝑥 · (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤)))) = 0)
40 2t0e0 12363 . . . . . . . . . . . . 13 (2 · 0) = 0
4139, 40eqtr4di 2789 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ ℋ) → (𝑥 · (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤)))) = (2 · 0))
4231, 41breq12d 5154 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ ℋ) → (((norm𝑤) + (norm‘(-1 · 𝑤))) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤)))) ↔ (2 · (norm𝑤)) ≤ (2 · 0)))
43 0re 11198 . . . . . . . . . . . . . . 15 0 ∈ ℝ
44 letri3 11281 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((norm𝑤) ∈ ℝ ∧ 0 ∈ ℝ) → ((norm𝑤) = 0 ↔ ((norm𝑤) ≤ 0 ∧ 0 ≤ (norm𝑤))))
4527, 43, 44sylancl 586 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑤 ∈ ℋ → ((norm𝑤) = 0 ↔ ((norm𝑤) ≤ 0 ∧ 0 ≤ (norm𝑤))))
46 normge0 30242 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑤 ∈ ℋ → 0 ≤ (norm𝑤))
4746biantrud 532 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑤 ∈ ℋ → ((norm𝑤) ≤ 0 ↔ ((norm𝑤) ≤ 0 ∧ 0 ≤ (norm𝑤))))
48 2re 12268 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2 ∈ ℝ
49 2pos 12297 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 0 < 2
5048, 49pm3.2i 471 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (2 ∈ ℝ ∧ 0 < 2)
51 lemul2 12049 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((norm𝑤) ∈ ℝ ∧ 0 ∈ ℝ ∧ (2 ∈ ℝ ∧ 0 < 2)) → ((norm𝑤) ≤ 0 ↔ (2 · (norm𝑤)) ≤ (2 · 0)))
5243, 50, 51mp3an23 1453 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((norm𝑤) ∈ ℝ → ((norm𝑤) ≤ 0 ↔ (2 · (norm𝑤)) ≤ (2 · 0)))
5327, 52syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑤 ∈ ℋ → ((norm𝑤) ≤ 0 ↔ (2 · (norm𝑤)) ≤ (2 · 0)))
5445, 47, 533bitr2rd 307 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑤 ∈ ℋ → ((2 · (norm𝑤)) ≤ (2 · 0) ↔ (norm𝑤) = 0))
55 norm-i 30245 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑤 ∈ ℋ → ((norm𝑤) = 0 ↔ 𝑤 = 0))
5654, 55bitrd 278 . . . . . . . . . . . 12 (𝑤 ∈ ℋ → ((2 · (norm𝑤)) ≤ (2 · 0) ↔ 𝑤 = 0))
5756adantl 482 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ ℋ) → ((2 · (norm𝑤)) ≤ (2 · 0) ↔ 𝑤 = 0))
5842, 57bitrd 278 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ ℋ) → (((norm𝑤) + (norm‘(-1 · 𝑤))) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤)))) ↔ 𝑤 = 0))
5924, 58sylan2 593 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ (𝐴𝐵)) → (((norm𝑤) + (norm‘(-1 · 𝑤))) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑤 + (-1 · 𝑤)))) ↔ 𝑤 = 0))
6021, 59sylibd 238 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ (𝐴𝐵)) → (∀𝑦𝐴𝑧𝐵 ((norm𝑦) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧))) → 𝑤 = 0))
6160impancom 452 . . . . . . 7 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦𝐴𝑧𝐵 ((norm𝑦) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧)))) → (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) → 𝑤 = 0))
62 elch0 30370 . . . . . . 7 (𝑤 ∈ 0𝑤 = 0)
6361, 62syl6ibr 251 . . . . . 6 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦𝐴𝑧𝐵 ((norm𝑦) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧)))) → (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) → 𝑤 ∈ 0))
6463ssrdv 3984 . . . . 5 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦𝐴𝑧𝐵 ((norm𝑦) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧)))) → (𝐴𝐵) ⊆ 0)
6564ex 413 . . . 4 (𝑥 ∈ ℝ → (∀𝑦𝐴𝑧𝐵 ((norm𝑦) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧))) → (𝐴𝐵) ⊆ 0))
66 shle0 30558 . . . . 5 ((𝐴𝐵) ∈ S → ((𝐴𝐵) ⊆ 0 ↔ (𝐴𝐵) = 0))
6723, 66ax-mp 5 . . . 4 ((𝐴𝐵) ⊆ 0 ↔ (𝐴𝐵) = 0)
6865, 67syl6ib 250 . . 3 (𝑥 ∈ ℝ → (∀𝑦𝐴𝑧𝐵 ((norm𝑦) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧))) → (𝐴𝐵) = 0))
6968adantld 491 . 2 (𝑥 ∈ ℝ → ((0 < 𝑥 ∧ ∀𝑦𝐴𝑧𝐵 ((norm𝑦) + (norm𝑧)) ≤ (𝑥 · (norm‘(𝑦 + 𝑧)))) → (𝐴𝐵) = 0))
7069rexlimiv 3147 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 205  wa 396   = wceq 1541  wcel 2106  wral 3060  wrex 3069  cin 3943  wss 3944   class class class wbr 5141  cfv 6532  (class class class)co 7393  cc 11090  cr 11091  0cc0 11092  1c1 11093   + caddc 11095   · cmul 11097   < clt 11230  cle 11231  -cneg 11427  2c2 12249  chba 30035   + cva 30036   · csm 30037  normcno 30039  0c0v 30040   S csh 30044  0c0h 30051
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 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2702  ax-sep 5292  ax-nul 5299  ax-pow 5356  ax-pr 5420  ax-un 7708  ax-cnex 11148  ax-resscn 11149  ax-1cn 11150  ax-icn 11151  ax-addcl 11152  ax-addrcl 11153  ax-mulcl 11154  ax-mulrcl 11155  ax-mulcom 11156  ax-addass 11157  ax-mulass 11158  ax-distr 11159  ax-i2m1 11160  ax-1ne0 11161  ax-1rid 11162  ax-rnegex 11163  ax-rrecex 11164  ax-cnre 11165  ax-pre-lttri 11166  ax-pre-lttrn 11167  ax-pre-ltadd 11168  ax-pre-mulgt0 11169  ax-pre-sup 11170  ax-hilex 30115  ax-hfvadd 30116  ax-hvcom 30117  ax-hv0cl 30119  ax-hvaddid 30120  ax-hfvmul 30121  ax-hvmulid 30122  ax-hvmulass 30123  ax-hvdistr1 30124  ax-hvdistr2 30125  ax-hvmul0 30126  ax-hfi 30195  ax-his1 30198  ax-his3 30200  ax-his4 30201
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2709  df-cleq 2723  df-clel 2809  df-nfc 2884  df-ne 2940  df-nel 3046  df-ral 3061  df-rex 3070  df-rmo 3375  df-reu 3376  df-rab 3432  df-v 3475  df-sbc 3774  df-csb 3890  df-dif 3947  df-un 3949  df-in 3951  df-ss 3961  df-pss 3963  df-nul 4319  df-if 4523  df-pw 4598  df-sn 4623  df-pr 4625  df-op 4629  df-uni 4902  df-int 4944  df-iun 4992  df-br 5142  df-opab 5204  df-mpt 5225  df-tr 5259  df-id 5567  df-eprel 5573  df-po 5581  df-so 5582  df-fr 5624  df-we 5626  df-xp 5675  df-rel 5676  df-cnv 5677  df-co 5678  df-dm 5679  df-rn 5680  df-res 5681  df-ima 5682  df-pred 6289  df-ord 6356  df-on 6357  df-lim 6358  df-suc 6359  df-iota 6484  df-fun 6534  df-fn 6535  df-f 6536  df-f1 6537  df-fo 6538  df-f1o 6539  df-fv 6540  df-riota 7349  df-ov 7396  df-oprab 7397  df-mpo 7398  df-om 7839  df-2nd 7958  df-frecs 8248  df-wrecs 8279  df-recs 8353  df-rdg 8392  df-er 8686  df-en 8923  df-dom 8924  df-sdom 8925  df-sup 9419  df-pnf 11232  df-mnf 11233  df-xr 11234  df-ltxr 11235  df-le 11236  df-sub 11428  df-neg 11429  df-div 11854  df-nn 12195  df-2 12257  df-3 12258  df-n0 12455  df-z 12541  df-uz 12805  df-rp 12957  df-seq 13949  df-exp 14010  df-cj 15028  df-re 15029  df-im 15030  df-sqrt 15164  df-abs 15165  df-hnorm 30084  df-hvsub 30087  df-sh 30323  df-ch0 30369
This theorem is referenced by:  cdj3lem2b  31553  cdj3i  31557
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