Theorem cphpyth 25187

Description: The pythagorean theorem for a subcomplex pre-Hilbert space. The square of the norm of the sum of two orthogonal vectors (i.e., whose inner product is 0) is the sum of the squares of their norms. Problem 2 in [Kreyszig] p. 135. This is Metamath 100 proof #4. (Contributed by NM, 17-Apr-2008.) (Revised by SN, 22-Sep-2024.)

Hypotheses

Ref	Expression
cphpyth.v	⊢ 𝑉 = (Base‘𝑊)
cphpyth.h	⊢ , = (·𝑖‘𝑊)
cphpyth.p	⊢ + = (+g‘𝑊)
cphpyth.n	⊢ 𝑁 = (norm‘𝑊)
cphpyth.w	⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ ℂPreHil)
cphpyth.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ 𝑉)
cphpyth.b	⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ 𝑉)

Assertion

Ref	Expression
cphpyth	⊢ ((𝜑 ∧ (𝐴 , 𝐵) = 0) → ((𝑁‘(𝐴 + 𝐵))↑2) = (((𝑁‘𝐴)↑2) + ((𝑁‘𝐵)↑2)))

Proof of Theorem cphpyth

Step	Hyp	Ref	Expression
1		cphpyth.h	. . . . 5 ⊢ , = (·𝑖‘𝑊)
2		cphpyth.v	. . . . 5 ⊢ 𝑉 = (Base‘𝑊)
3		cphpyth.p	. . . . 5 ⊢ + = (+g‘𝑊)
4		cphpyth.w	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ ℂPreHil)
5		cphpyth.a	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ 𝑉)
6		cphpyth.b	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ 𝑉)
7	1, 2, 3, 4, 5, 6, 5, 6	cph2di 25178	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 + 𝐵) , (𝐴 + 𝐵)) = (((𝐴 , 𝐴) + (𝐵 , 𝐵)) + ((𝐴 , 𝐵) + (𝐵 , 𝐴))))
8	7	adantr 480	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝐴 , 𝐵) = 0) → ((𝐴 + 𝐵) , (𝐴 + 𝐵)) = (((𝐴 , 𝐴) + (𝐵 , 𝐵)) + ((𝐴 , 𝐵) + (𝐵 , 𝐴))))
9		simpr 484	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝐴 , 𝐵) = 0) → (𝐴 , 𝐵) = 0)
10	1, 2	cphorthcom 25172	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑊 ∈ ℂPreHil ∧ 𝐴 ∈ 𝑉 ∧ 𝐵 ∈ 𝑉) → ((𝐴 , 𝐵) = 0 ↔ (𝐵 , 𝐴) = 0))
11	4, 5, 6, 10	syl3anc 1372	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 , 𝐵) = 0 ↔ (𝐵 , 𝐴) = 0))
12	11	biimpa 476	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝐴 , 𝐵) = 0) → (𝐵 , 𝐴) = 0)
13	9, 12	oveq12d 7431	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝐴 , 𝐵) = 0) → ((𝐴 , 𝐵) + (𝐵 , 𝐴)) = (0 + 0))
14		00id 11418	. . . . 5 ⊢ (0 + 0) = 0
15	13, 14	eqtrdi 2785	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝐴 , 𝐵) = 0) → ((𝐴 , 𝐵) + (𝐵 , 𝐴)) = 0)
16	15	oveq2d 7429	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝐴 , 𝐵) = 0) → (((𝐴 , 𝐴) + (𝐵 , 𝐵)) + ((𝐴 , 𝐵) + (𝐵 , 𝐴))) = (((𝐴 , 𝐴) + (𝐵 , 𝐵)) + 0))
17	2, 1	cphipcl 25162	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑊 ∈ ℂPreHil ∧ 𝐴 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴 ∈ 𝑉) → (𝐴 , 𝐴) ∈ ℂ)
18	4, 5, 5, 17	syl3anc 1372	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐴 , 𝐴) ∈ ℂ)
19	2, 1	cphipcl 25162	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑊 ∈ ℂPreHil ∧ 𝐵 ∈ 𝑉 ∧ 𝐵 ∈ 𝑉) → (𝐵 , 𝐵) ∈ ℂ)
20	4, 6, 6, 19	syl3anc 1372	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐵 , 𝐵) ∈ ℂ)
21	18, 20	addcld 11262	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 , 𝐴) + (𝐵 , 𝐵)) ∈ ℂ)
22	21	addridd 11443	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (((𝐴 , 𝐴) + (𝐵 , 𝐵)) + 0) = ((𝐴 , 𝐴) + (𝐵 , 𝐵)))
23	22	adantr 480	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝐴 , 𝐵) = 0) → (((𝐴 , 𝐴) + (𝐵 , 𝐵)) + 0) = ((𝐴 , 𝐴) + (𝐵 , 𝐵)))
24	8, 16, 23	3eqtrd 2773	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝐴 , 𝐵) = 0) → ((𝐴 + 𝐵) , (𝐴 + 𝐵)) = ((𝐴 , 𝐴) + (𝐵 , 𝐵)))
25		cphngp 25144	. . . . . 6 ⊢ (𝑊 ∈ ℂPreHil → 𝑊 ∈ NrmGrp)
26		ngpgrp 24557	. . . . . 6 ⊢ (𝑊 ∈ NrmGrp → 𝑊 ∈ Grp)
27	4, 25, 26	3syl 18	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ Grp)
28	2, 3, 27, 5, 6	grpcld 18935	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴 + 𝐵) ∈ 𝑉)
29		cphpyth.n	. . . . 5 ⊢ 𝑁 = (norm‘𝑊)
30	2, 1, 29	nmsq 25165	. . . 4 ⊢ ((𝑊 ∈ ℂPreHil ∧ (𝐴 + 𝐵) ∈ 𝑉) → ((𝑁‘(𝐴 + 𝐵))↑2) = ((𝐴 + 𝐵) , (𝐴 + 𝐵)))
31	4, 28, 30	syl2anc 584	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝑁‘(𝐴 + 𝐵))↑2) = ((𝐴 + 𝐵) , (𝐴 + 𝐵)))
32	31	adantr 480	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝐴 , 𝐵) = 0) → ((𝑁‘(𝐴 + 𝐵))↑2) = ((𝐴 + 𝐵) , (𝐴 + 𝐵)))
33	2, 1, 29	nmsq 25165	. . . . 5 ⊢ ((𝑊 ∈ ℂPreHil ∧ 𝐴 ∈ 𝑉) → ((𝑁‘𝐴)↑2) = (𝐴 , 𝐴))
34	4, 5, 33	syl2anc 584	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((𝑁‘𝐴)↑2) = (𝐴 , 𝐴))
35	2, 1, 29	nmsq 25165	. . . . 5 ⊢ ((𝑊 ∈ ℂPreHil ∧ 𝐵 ∈ 𝑉) → ((𝑁‘𝐵)↑2) = (𝐵 , 𝐵))
36	4, 6, 35	syl2anc 584	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((𝑁‘𝐵)↑2) = (𝐵 , 𝐵))
37	34, 36	oveq12d 7431	. . 3 ⊢ (𝜑 → (((𝑁‘𝐴)↑2) + ((𝑁‘𝐵)↑2)) = ((𝐴 , 𝐴) + (𝐵 , 𝐵)))
38	37	adantr 480	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝐴 , 𝐵) = 0) → (((𝑁‘𝐴)↑2) + ((𝑁‘𝐵)↑2)) = ((𝐴 , 𝐴) + (𝐵 , 𝐵)))
39	24, 32, 38	3eqtr4d 2779	1 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝐴 , 𝐵) = 0) → ((𝑁‘(𝐴 + 𝐵))↑2) = (((𝑁‘𝐴)↑2) + ((𝑁‘𝐵)↑2)))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   = wceq 1539   ∈ wcel 2107  ‘cfv 6541  (class class class)co 7413  ℂcc 11135  0cc0 11137   + caddc 11140  2c2 12303  ↑cexp 14084  Basecbs 17230  +_gcplusg 17274  ·_𝑖cip 17279  Grpcgrp 18921  normcnm 24534  NrmGrpcngp 24535  ℂPreHilccph 25137

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1794  ax-4 1808  ax-5 1909  ax-6 1966  ax-7 2006  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2140  ax-11 2156  ax-12 2176  ax-ext 2706  ax-rep 5259  ax-sep 5276  ax-nul 5286  ax-pow 5345  ax-pr 5412  ax-un 7737  ax-cnex 11193  ax-resscn 11194  ax-1cn 11195  ax-icn 11196  ax-addcl 11197  ax-addrcl 11198  ax-mulcl 11199  ax-mulrcl 11200  ax-mulcom 11201  ax-addass 11202  ax-mulass 11203  ax-distr 11204  ax-i2m1 11205  ax-1ne0 11206  ax-1rid 11207  ax-rnegex 11208  ax-rrecex 11209  ax-cnre 11210  ax-pre-lttri 11211  ax-pre-lttrn 11212  ax-pre-ltadd 11213  ax-pre-mulgt0 11214  ax-pre-sup 11215  ax-addf 11216  ax-mulf 11217

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1779  df-nf 1783  df-sb 2064  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2713  df-cleq 2726  df-clel 2808  df-nfc 2884  df-ne 2932  df-nel 3036  df-ral 3051  df-rex 3060  df-rmo 3363  df-reu 3364  df-rab 3420  df-v 3465  df-sbc 3771  df-csb 3880  df-dif 3934  df-un 3936  df-in 3938  df-ss 3948  df-pss 3951  df-nul 4314  df-if 4506  df-pw 4582  df-sn 4607  df-pr 4609  df-tp 4611  df-op 4613  df-uni 4888  df-iun 4973  df-br 5124  df-opab 5186  df-mpt 5206  df-tr 5240  df-id 5558  df-eprel 5564  df-po 5572  df-so 5573  df-fr 5617  df-we 5619  df-xp 5671  df-rel 5672  df-cnv 5673  df-co 5674  df-dm 5675  df-rn 5676  df-res 5677  df-ima 5678  df-pred 6301  df-ord 6366  df-on 6367  df-lim 6368  df-suc 6369  df-iota 6494  df-fun 6543  df-fn 6544  df-f 6545  df-f1 6546  df-fo 6547  df-f1o 6548  df-fv 6549  df-riota 7370  df-ov 7416  df-oprab 7417  df-mpo 7418  df-om 7870  df-1st 7996  df-2nd 7997  df-tpos 8233  df-frecs 8288  df-wrecs 8319  df-recs 8393  df-rdg 8432  df-1o 8488  df-er 8727  df-map 8850  df-en 8968  df-dom 8969  df-sdom 8970  df-fin 8971  df-sup 9464  df-pnf 11279  df-mnf 11280  df-xr 11281  df-ltxr 11282  df-le 11283  df-sub 11476  df-neg 11477  df-div 11903  df-nn 12249  df-2 12311  df-3 12312  df-4 12313  df-5 12314  df-6 12315  df-7 12316  df-8 12317  df-9 12318  df-n0 12510  df-z 12597  df-dec 12717  df-uz 12861  df-rp 13017  df-fz 13530  df-seq 14025  df-exp 14085  df-cj 15121  df-re 15122  df-im 15123  df-sqrt 15257  df-abs 15258  df-struct 17167  df-sets 17184  df-slot 17202  df-ndx 17214  df-base 17231  df-ress 17254  df-plusg 17287  df-mulr 17288  df-starv 17289  df-sca 17290  df-vsca 17291  df-ip 17292  df-tset 17293  df-ple 17294  df-ds 17296  df-unif 17297  df-0g 17458  df-mgm 18623  df-sgrp 18702  df-mnd 18718  df-mhm 18766  df-grp 18924  df-minusg 18925  df-subg 19111  df-ghm 19201  df-cmn 19769  df-abl 19770  df-mgp 20107  df-rng 20119  df-ur 20148  df-ring 20201  df-cring 20202  df-oppr 20303  df-dvdsr 20326  df-unit 20327  df-rhm 20441  df-subrg 20539  df-drng 20700  df-staf 20809  df-srng 20810  df-lmod 20829  df-lmhm 20990  df-lvec 21071  df-sra 21141  df-rgmod 21142  df-cnfld 21328  df-phl 21599  df-ngp 24541  df-nlm 24544  df-clm 25033  df-cph 25139

This theorem is referenced by: (None)