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

Theorem eigposi 31344
Description: A sufficient condition (first conjunct pair, that holds when ๐‘‡ is a positive operator) for an eigenvalue ๐ต (second conjunct pair) to be nonnegative. Remark (ii) in [Hughes] p. 137. (Contributed by NM, 2-Jul-2005.) (New usage is discouraged.)
Hypotheses
Ref Expression
eigpos.1 ๐ด โˆˆ โ„‹
eigpos.2 ๐ต โˆˆ โ„‚
Assertion
Ref Expression
eigposi ((((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด))) โˆง ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž)) โ†’ (๐ต โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ต))

Proof of Theorem eigposi
StepHypRef Expression
1 oveq2 7419 . . . . . . . 8 ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โ†’ (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) = (๐ด ยทih (๐ต ยทโ„Ž ๐ด)))
21eleq1d 2818 . . . . . . 7 ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โ†’ ((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) โˆˆ โ„ โ†” (๐ด ยทih (๐ต ยทโ„Ž ๐ด)) โˆˆ โ„))
3 eigpos.1 . . . . . . . . 9 ๐ด โˆˆ โ„‹
4 eigpos.2 . . . . . . . . . 10 ๐ต โˆˆ โ„‚
54, 3hvmulcli 30522 . . . . . . . . 9 (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โˆˆ โ„‹
6 hire 30602 . . . . . . . . 9 ((๐ด โˆˆ โ„‹ โˆง (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โˆˆ โ„‹) โ†’ ((๐ด ยทih (๐ต ยทโ„Ž ๐ด)) โˆˆ โ„ โ†” (๐ด ยทih (๐ต ยทโ„Ž ๐ด)) = ((๐ต ยทโ„Ž ๐ด) ยทih ๐ด)))
73, 5, 6mp2an 690 . . . . . . . 8 ((๐ด ยทih (๐ต ยทโ„Ž ๐ด)) โˆˆ โ„ โ†” (๐ด ยทih (๐ต ยทโ„Ž ๐ด)) = ((๐ต ยทโ„Ž ๐ด) ยทih ๐ด))
8 oveq1 7418 . . . . . . . . 9 ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โ†’ ((๐‘‡โ€˜๐ด) ยทih ๐ด) = ((๐ต ยทโ„Ž ๐ด) ยทih ๐ด))
91, 8eqeq12d 2748 . . . . . . . 8 ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โ†’ ((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) = ((๐‘‡โ€˜๐ด) ยทih ๐ด) โ†” (๐ด ยทih (๐ต ยทโ„Ž ๐ด)) = ((๐ต ยทโ„Ž ๐ด) ยทih ๐ด)))
107, 9bitr4id 289 . . . . . . 7 ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โ†’ ((๐ด ยทih (๐ต ยทโ„Ž ๐ด)) โˆˆ โ„ โ†” (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) = ((๐‘‡โ€˜๐ด) ยทih ๐ด)))
112, 10bitrd 278 . . . . . 6 ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โ†’ ((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) โˆˆ โ„ โ†” (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) = ((๐‘‡โ€˜๐ด) ยทih ๐ด)))
1211adantr 481 . . . . 5 (((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž) โ†’ ((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) โˆˆ โ„ โ†” (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) = ((๐‘‡โ€˜๐ด) ยทih ๐ด)))
133, 4eigrei 31342 . . . . 5 (((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž) โ†’ ((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) = ((๐‘‡โ€˜๐ด) ยทih ๐ด) โ†” ๐ต โˆˆ โ„))
1412, 13bitrd 278 . . . 4 (((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž) โ†’ ((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) โˆˆ โ„ โ†” ๐ต โˆˆ โ„))
1514biimpac 479 . . 3 (((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) โˆˆ โ„ โˆง ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž)) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„)
1615adantlr 713 . 2 ((((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด))) โˆง ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž)) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„)
17 hiidrcl 30603 . . . . 5 (๐ด โˆˆ โ„‹ โ†’ (๐ด ยทih ๐ด) โˆˆ โ„)
183, 17mp1i 13 . . . 4 ((((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด))) โˆง ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž)) โ†’ (๐ด ยทih ๐ด) โˆˆ โ„)
19 ax-his4 30593 . . . . . 6 ((๐ด โˆˆ โ„‹ โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž) โ†’ 0 < (๐ด ยทih ๐ด))
203, 19mpan 688 . . . . 5 (๐ด โ‰  0โ„Ž โ†’ 0 < (๐ด ยทih ๐ด))
2120ad2antll 727 . . . 4 ((((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด))) โˆง ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž)) โ†’ 0 < (๐ด ยทih ๐ด))
2218, 21elrpd 13017 . . 3 ((((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด))) โˆง ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž)) โ†’ (๐ด ยทih ๐ด) โˆˆ โ„+)
23 simplr 767 . . . 4 ((((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด))) โˆง ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž)) โ†’ 0 โ‰ค (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)))
241ad2antrl 726 . . . . 5 ((((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด))) โˆง ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž)) โ†’ (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) = (๐ด ยทih (๐ต ยทโ„Ž ๐ด)))
25 his5 30594 . . . . . . 7 ((๐ต โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โˆˆ โ„‹ โˆง ๐ด โˆˆ โ„‹) โ†’ (๐ด ยทih (๐ต ยทโ„Ž ๐ด)) = ((โˆ—โ€˜๐ต) ยท (๐ด ยทih ๐ด)))
264, 3, 3, 25mp3an 1461 . . . . . 6 (๐ด ยทih (๐ต ยทโ„Ž ๐ด)) = ((โˆ—โ€˜๐ต) ยท (๐ด ยทih ๐ด))
2716cjred 15177 . . . . . . 7 ((((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด))) โˆง ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž)) โ†’ (โˆ—โ€˜๐ต) = ๐ต)
2827oveq1d 7426 . . . . . 6 ((((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด))) โˆง ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž)) โ†’ ((โˆ—โ€˜๐ต) ยท (๐ด ยทih ๐ด)) = (๐ต ยท (๐ด ยทih ๐ด)))
2926, 28eqtrid 2784 . . . . 5 ((((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด))) โˆง ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž)) โ†’ (๐ด ยทih (๐ต ยทโ„Ž ๐ด)) = (๐ต ยท (๐ด ยทih ๐ด)))
3024, 29eqtrd 2772 . . . 4 ((((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด))) โˆง ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž)) โ†’ (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) = (๐ต ยท (๐ด ยทih ๐ด)))
3123, 30breqtrd 5174 . . 3 ((((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด))) โˆง ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž)) โ†’ 0 โ‰ค (๐ต ยท (๐ด ยทih ๐ด)))
3216, 22, 31prodge0ld 13086 . 2 ((((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด))) โˆง ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž)) โ†’ 0 โ‰ค ๐ต)
3316, 32jca 512 1 ((((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด))) โˆง ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž)) โ†’ (๐ต โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ต))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   โ†’ wi 4   โ†” wb 205   โˆง wa 396   = wceq 1541   โˆˆ wcel 2106   โ‰  wne 2940   class class class wbr 5148  โ€˜cfv 6543  (class class class)co 7411  โ„‚cc 11110  โ„cr 11111  0cc0 11112   ยท cmul 11117   < clt 11252   โ‰ค cle 11253  โˆ—ccj 15047   โ„‹chba 30427   ยทโ„Ž csm 30429   ยทih csp 30430  0โ„Žc0v 30432
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 2703  ax-sep 5299  ax-nul 5306  ax-pow 5363  ax-pr 5427  ax-un 7727  ax-resscn 11169  ax-1cn 11170  ax-icn 11171  ax-addcl 11172  ax-addrcl 11173  ax-mulcl 11174  ax-mulrcl 11175  ax-mulcom 11176  ax-addass 11177  ax-mulass 11178  ax-distr 11179  ax-i2m1 11180  ax-1ne0 11181  ax-1rid 11182  ax-rnegex 11183  ax-rrecex 11184  ax-cnre 11185  ax-pre-lttri 11186  ax-pre-lttrn 11187  ax-pre-ltadd 11188  ax-pre-mulgt0 11189  ax-hfvmul 30513  ax-hfi 30587  ax-his1 30590  ax-his3 30592  ax-his4 30593
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 2534  df-eu 2563  df-clab 2710  df-cleq 2724  df-clel 2810  df-nfc 2885  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3062  df-rex 3071  df-rmo 3376  df-reu 3377  df-rab 3433  df-v 3476  df-sbc 3778  df-csb 3894  df-dif 3951  df-un 3953  df-in 3955  df-ss 3965  df-nul 4323  df-if 4529  df-pw 4604  df-sn 4629  df-pr 4631  df-op 4635  df-uni 4909  df-iun 4999  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-id 5574  df-po 5588  df-so 5589  df-xp 5682  df-rel 5683  df-cnv 5684  df-co 5685  df-dm 5686  df-rn 5687  df-res 5688  df-ima 5689  df-iota 6495  df-fun 6545  df-fn 6546  df-f 6547  df-f1 6548  df-fo 6549  df-f1o 6550  df-fv 6551  df-riota 7367  df-ov 7414  df-oprab 7415  df-mpo 7416  df-er 8705  df-en 8942  df-dom 8943  df-sdom 8944  df-pnf 11254  df-mnf 11255  df-xr 11256  df-ltxr 11257  df-le 11258  df-sub 11450  df-neg 11451  df-div 11876  df-2 12279  df-rp 12979  df-cj 15050  df-re 15051  df-im 15052
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator