Theorem eigre 31906

Description: A necessary and sufficient condition (that holds when 𝑇 is a Hermitian operator) for an eigenvalue 𝐵 to be real. Generalization of Equation 1.30 of [Hughes] p. 49. (Contributed by NM, 19-Mar-2006.) (New usage is discouraged.)

Assertion

Ref	Expression
eigre	⊢ (((𝐴 ∈ ℋ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ ((𝑇‘𝐴) = (𝐵 ·ℎ 𝐴) ∧ 𝐴 ≠ 0ℎ)) → ((𝐴 ·ih (𝑇‘𝐴)) = ((𝑇‘𝐴) ·ih 𝐴) ↔ 𝐵 ∈ ℝ))

Proof of Theorem eigre

Step	Hyp	Ref	Expression
1		fveq2 6840	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 = if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) → (𝑇‘𝐴) = (𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)))
2		oveq2 7375	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 = if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) → (𝐵 ·ℎ 𝐴) = (𝐵 ·ℎ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)))
3	1, 2	eqeq12d 2752	. . . . 5 ⊢ (𝐴 = if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) → ((𝑇‘𝐴) = (𝐵 ·ℎ 𝐴) ↔ (𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) = (𝐵 ·ℎ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ))))
4		neeq1 2994	. . . . 5 ⊢ (𝐴 = if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) → (𝐴 ≠ 0ℎ ↔ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) ≠ 0ℎ))
5	3, 4	anbi12d 633	. . . 4 ⊢ (𝐴 = if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) → (((𝑇‘𝐴) = (𝐵 ·ℎ 𝐴) ∧ 𝐴 ≠ 0ℎ) ↔ ((𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) = (𝐵 ·ℎ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ∧ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) ≠ 0ℎ)))
6		id 22	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 = if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) → 𝐴 = if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ))
7	6, 1	oveq12d 7385	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 = if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) → (𝐴 ·ih (𝑇‘𝐴)) = (if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) ·ih (𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ))))
8	1, 6	oveq12d 7385	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 = if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) → ((𝑇‘𝐴) ·ih 𝐴) = ((𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ·ih if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)))
9	7, 8	eqeq12d 2752	. . . . 5 ⊢ (𝐴 = if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) → ((𝐴 ·ih (𝑇‘𝐴)) = ((𝑇‘𝐴) ·ih 𝐴) ↔ (if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) ·ih (𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ))) = ((𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ·ih if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ))))
10	9	bibi1d 343	. . . 4 ⊢ (𝐴 = if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) → (((𝐴 ·ih (𝑇‘𝐴)) = ((𝑇‘𝐴) ·ih 𝐴) ↔ 𝐵 ∈ ℝ) ↔ ((if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) ·ih (𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ))) = ((𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ·ih if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ↔ 𝐵 ∈ ℝ)))
11	5, 10	imbi12d 344	. . 3 ⊢ (𝐴 = if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) → ((((𝑇‘𝐴) = (𝐵 ·ℎ 𝐴) ∧ 𝐴 ≠ 0ℎ) → ((𝐴 ·ih (𝑇‘𝐴)) = ((𝑇‘𝐴) ·ih 𝐴) ↔ 𝐵 ∈ ℝ)) ↔ (((𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) = (𝐵 ·ℎ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ∧ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) ≠ 0ℎ) → ((if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) ·ih (𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ))) = ((𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ·ih if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ↔ 𝐵 ∈ ℝ))))
12		oveq1 7374	. . . . . 6 ⊢ (𝐵 = if(𝐵 ∈ ℂ, 𝐵, 0) → (𝐵 ·ℎ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) = (if(𝐵 ∈ ℂ, 𝐵, 0) ·ℎ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)))
13	12	eqeq2d 2747	. . . . 5 ⊢ (𝐵 = if(𝐵 ∈ ℂ, 𝐵, 0) → ((𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) = (𝐵 ·ℎ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ↔ (𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) = (if(𝐵 ∈ ℂ, 𝐵, 0) ·ℎ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ))))
14	13	anbi1d 632	. . . 4 ⊢ (𝐵 = if(𝐵 ∈ ℂ, 𝐵, 0) → (((𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) = (𝐵 ·ℎ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ∧ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) ≠ 0ℎ) ↔ ((𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) = (if(𝐵 ∈ ℂ, 𝐵, 0) ·ℎ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ∧ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) ≠ 0ℎ)))
15		eleq1 2824	. . . . 5 ⊢ (𝐵 = if(𝐵 ∈ ℂ, 𝐵, 0) → (𝐵 ∈ ℝ ↔ if(𝐵 ∈ ℂ, 𝐵, 0) ∈ ℝ))
16	15	bibi2d 342	. . . 4 ⊢ (𝐵 = if(𝐵 ∈ ℂ, 𝐵, 0) → (((if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) ·ih (𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ))) = ((𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ·ih if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ↔ 𝐵 ∈ ℝ) ↔ ((if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) ·ih (𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ))) = ((𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ·ih if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ↔ if(𝐵 ∈ ℂ, 𝐵, 0) ∈ ℝ)))
17	14, 16	imbi12d 344	. . 3 ⊢ (𝐵 = if(𝐵 ∈ ℂ, 𝐵, 0) → ((((𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) = (𝐵 ·ℎ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ∧ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) ≠ 0ℎ) → ((if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) ·ih (𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ))) = ((𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ·ih if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ↔ 𝐵 ∈ ℝ)) ↔ (((𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) = (if(𝐵 ∈ ℂ, 𝐵, 0) ·ℎ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ∧ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) ≠ 0ℎ) → ((if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) ·ih (𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ))) = ((𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ·ih if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ↔ if(𝐵 ∈ ℂ, 𝐵, 0) ∈ ℝ))))
18		ifhvhv0 31093	. . . 4 ⊢ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) ∈ ℋ
19		0cn 11136	. . . . 5 ⊢ 0 ∈ ℂ
20	19	elimel 4536	. . . 4 ⊢ if(𝐵 ∈ ℂ, 𝐵, 0) ∈ ℂ
21	18, 20	eigrei 31905	. . 3 ⊢ (((𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) = (if(𝐵 ∈ ℂ, 𝐵, 0) ·ℎ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ∧ if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) ≠ 0ℎ) → ((if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ) ·ih (𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ))) = ((𝑇‘if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ·ih if(𝐴 ∈ ℋ, 𝐴, 0ℎ)) ↔ if(𝐵 ∈ ℂ, 𝐵, 0) ∈ ℝ))
22	11, 17, 21	dedth2h 4526	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℋ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) → (((𝑇‘𝐴) = (𝐵 ·ℎ 𝐴) ∧ 𝐴 ≠ 0ℎ) → ((𝐴 ·ih (𝑇‘𝐴)) = ((𝑇‘𝐴) ·ih 𝐴) ↔ 𝐵 ∈ ℝ)))
23	22	imp 406	1 ⊢ (((𝐴 ∈ ℋ ∧ 𝐵 ∈ ℂ) ∧ ((𝑇‘𝐴) = (𝐵 ·ℎ 𝐴) ∧ 𝐴 ≠ 0ℎ)) → ((𝐴 ·ih (𝑇‘𝐴)) = ((𝑇‘𝐴) ·ih 𝐴) ↔ 𝐵 ∈ ℝ))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   = wceq 1542   ∈ wcel 2114   ≠ wne 2932  ifcif 4466  ‘cfv 6498  (class class class)co 7367  ℂcc 11036  ℝcr 11037  0cc0 11038   ℋchba 30990   ·_ℎ csm 30992   ·_ih csp 30993  0_ℎc0v 30995

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 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2708  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5307  ax-pr 5375  ax-un 7689  ax-resscn 11095  ax-1cn 11096  ax-icn 11097  ax-addcl 11098  ax-addrcl 11099  ax-mulcl 11100  ax-mulrcl 11101  ax-mulcom 11102  ax-addass 11103  ax-mulass 11104  ax-distr 11105  ax-i2m1 11106  ax-1ne0 11107  ax-1rid 11108  ax-rnegex 11109  ax-rrecex 11110  ax-cnre 11111  ax-pre-lttri 11112  ax-pre-lttrn 11113  ax-pre-ltadd 11114  ax-pre-mulgt0 11115  ax-hv0cl 31074  ax-hfvmul 31076  ax-hfi 31150  ax-his1 31153  ax-his3 31155  ax-his4 31156

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2539  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2728  df-clel 2811  df-nfc 2885  df-ne 2933  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3062  df-rmo 3342  df-reu 3343  df-rab 3390  df-v 3431  df-sbc 3729  df-csb 3838  df-dif 3892  df-un 3894  df-in 3896  df-ss 3906  df-pss 3909  df-nul 4274  df-if 4467  df-pw 4543  df-sn 4568  df-pr 4570  df-op 4574  df-uni 4851  df-iun 4935  df-br 5086  df-opab 5148  df-mpt 5167  df-tr 5193  df-id 5526  df-eprel 5531  df-po 5539  df-so 5540  df-fr 5584  df-we 5586  df-xp 5637  df-rel 5638  df-cnv 5639  df-co 5640  df-dm 5641  df-rn 5642  df-res 5643  df-ima 5644  df-pred 6265  df-ord 6326  df-on 6327  df-lim 6328  df-suc 6329  df-iota 6454  df-fun 6500  df-fn 6501  df-f 6502  df-f1 6503  df-fo 6504  df-f1o 6505  df-fv 6506  df-riota 7324  df-ov 7370  df-oprab 7371  df-mpo 7372  df-om 7818  df-2nd 7943  df-frecs 8231  df-wrecs 8262  df-recs 8311  df-rdg 8349  df-er 8643  df-en 8894  df-dom 8895  df-sdom 8896  df-pnf 11181  df-mnf 11182  df-xr 11183  df-ltxr 11184  df-le 11185  df-sub 11379  df-neg 11380  df-div 11808  df-nn 12175  df-2 12244  df-cj 15061  df-re 15062  df-im 15063

This theorem is referenced by:  eighmre  32034