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

Theorem eigre 31083
Description: A necessary and sufficient condition (that holds when ๐‘‡ is a Hermitian operator) for an eigenvalue ๐ต 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 (((๐ด โˆˆ โ„‹ โˆง ๐ต โˆˆ โ„‚) 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‘‡โ€˜๐ด) ยทih ๐ด) โ†” ๐ต โˆˆ โ„))

Proof of Theorem eigre
StepHypRef Expression
1 fveq2 6891 . . . . . 6 (๐ด = if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) โ†’ (๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)))
2 oveq2 7416 . . . . . 6 (๐ด = if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) โ†’ (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)))
31, 2eqeq12d 2748 . . . . 5 (๐ด = if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) โ†’ ((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โ†” (๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) = (๐ต ยทโ„Ž if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž))))
4 neeq1 3003 . . . . 5 (๐ด = if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) โ†’ (๐ด โ‰  0โ„Ž โ†” if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) โ‰  0โ„Ž))
53, 4anbi12d 631 . . . 4 (๐ด = if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) โ†’ (((๐‘‡โ€˜๐ด) = (๐ต ยทโ„Ž ๐ด) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž) โ†” ((๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) = (๐ต ยทโ„Ž if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) โˆง if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) โ‰  0โ„Ž)))
6 id 22 . . . . . . 7 (๐ด = if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) โ†’ ๐ด = if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž))
76, 1oveq12d 7426 . . . . . 6 (๐ด = if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) โ†’ (๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) = (if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) ยทih (๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž))))
81, 6oveq12d 7426 . . . . . 6 (๐ด = if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) โ†’ ((๐‘‡โ€˜๐ด) ยทih ๐ด) = ((๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) ยทih if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)))
97, 8eqeq12d 2748 . . . . 5 (๐ด = if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) โ†’ ((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) = ((๐‘‡โ€˜๐ด) ยทih ๐ด) โ†” (if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) ยทih (๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž))) = ((๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) ยทih if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž))))
109bibi1d 343 . . . 4 (๐ด = if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) โ†’ (((๐ด ยทih (๐‘‡โ€˜๐ด)) = ((๐‘‡โ€˜๐ด) ยทih ๐ด) โ†” ๐ต โˆˆ โ„) โ†” ((if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) ยทih (๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž))) = ((๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) ยทih if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) โ†” ๐ต โˆˆ โ„)))
115, 10imbi12d 344 . . 3 (๐ด = if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) โ†’ ((((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„)) โ†” (((๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) = (๐ต ยทโ„Ž if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) โˆง if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) โ‰  0โ„Ž) โ†’ ((if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) ยทih (๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž))) = ((๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) ยทih if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) โ†” ๐ต โˆˆ โ„))))
12 oveq1 7415 . . . . . 6 (๐ต = if(๐ต โˆˆ โ„‚, ๐ต, 0) โ†’ (๐ต ยทโ„Ž if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) = (if(๐ต โˆˆ โ„‚, ๐ต, 0) ยทโ„Ž if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)))
1312eqeq2d 2743 . . . . 5 (๐ต = if(๐ต โˆˆ โ„‚, ๐ต, 0) โ†’ ((๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) = (๐ต ยทโ„Ž if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) โ†” (๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) = (if(๐ต โˆˆ โ„‚, ๐ต, 0) ยทโ„Ž if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž))))
1413anbi1d 630 . . . 4 (๐ต = if(๐ต โˆˆ โ„‚, ๐ต, 0) โ†’ (((๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) = (๐ต ยทโ„Ž if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) โˆง if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) โ‰  0โ„Ž) โ†” ((๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) = (if(๐ต โˆˆ โ„‚, ๐ต, 0) ยทโ„Ž if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) โˆง if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) โ‰  0โ„Ž)))
15 eleq1 2821 . . . . 5 (๐ต = if(๐ต โˆˆ โ„‚, ๐ต, 0) โ†’ (๐ต โˆˆ โ„ โ†” if(๐ต โˆˆ โ„‚, ๐ต, 0) โˆˆ โ„))
1615bibi2d 342 . . . 4 (๐ต = if(๐ต โˆˆ โ„‚, ๐ต, 0) โ†’ (((if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) ยทih (๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž))) = ((๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) ยทih if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) โ†” ๐ต โˆˆ โ„) โ†” ((if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) ยทih (๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž))) = ((๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) ยทih if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) โ†” if(๐ต โˆˆ โ„‚, ๐ต, 0) โˆˆ โ„)))
1714, 16imbi12d 344 . . 3 (๐ต = if(๐ต โˆˆ โ„‚, ๐ต, 0) โ†’ ((((๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) = (๐ต ยทโ„Ž if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) โˆง if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) โ‰  0โ„Ž) โ†’ ((if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) ยทih (๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž))) = ((๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) ยทih if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) โ†” ๐ต โˆˆ โ„)) โ†” (((๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) = (if(๐ต โˆˆ โ„‚, ๐ต, 0) ยทโ„Ž if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) โˆง if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) โ‰  0โ„Ž) โ†’ ((if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) ยทih (๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž))) = ((๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) ยทih if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) โ†” if(๐ต โˆˆ โ„‚, ๐ต, 0) โˆˆ โ„))))
18 ifhvhv0 30270 . . . 4 if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) โˆˆ โ„‹
19 0cn 11205 . . . . 5 0 โˆˆ โ„‚
2019elimel 4597 . . . 4 if(๐ต โˆˆ โ„‚, ๐ต, 0) โˆˆ โ„‚
2118, 20eigrei 31082 . . 3 (((๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) = (if(๐ต โˆˆ โ„‚, ๐ต, 0) ยทโ„Ž if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) โˆง if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) โ‰  0โ„Ž) โ†’ ((if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž) ยทih (๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž))) = ((๐‘‡โ€˜if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) ยทih if(๐ด โˆˆ โ„‹, ๐ด, 0โ„Ž)) โ†” if(๐ต โˆˆ โ„‚, ๐ต, 0) โˆˆ โ„))
2211, 17, 21dedth2h 4587 . 2 ((๐ด โˆˆ โ„‹ โˆง ๐ต โˆˆ โ„‚) โ†’ (((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„)))
2322imp 407 1 (((๐ด โˆˆ โ„‹ โˆง ๐ต โˆˆ โ„‚) 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‘‡โ€˜๐ด) ยทih ๐ด) โ†” ๐ต โˆˆ โ„))
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  ifcif 4528  โ€˜cfv 6543  (class class class)co 7408  โ„‚cc 11107  โ„cr 11108  0cc0 11109   โ„‹chba 30167   ยทโ„Ž csm 30169   ยทih csp 30170  0โ„Žc0v 30172
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 7724  ax-resscn 11166  ax-1cn 11167  ax-icn 11168  ax-addcl 11169  ax-addrcl 11170  ax-mulcl 11171  ax-mulrcl 11172  ax-mulcom 11173  ax-addass 11174  ax-mulass 11175  ax-distr 11176  ax-i2m1 11177  ax-1ne0 11178  ax-1rid 11179  ax-rnegex 11180  ax-rrecex 11181  ax-cnre 11182  ax-pre-lttri 11183  ax-pre-lttrn 11184  ax-pre-ltadd 11185  ax-pre-mulgt0 11186  ax-hv0cl 30251  ax-hfvmul 30253  ax-hfi 30327  ax-his1 30330  ax-his3 30332  ax-his4 30333
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 7364  df-ov 7411  df-oprab 7412  df-mpo 7413  df-er 8702  df-en 8939  df-dom 8940  df-sdom 8941  df-pnf 11249  df-mnf 11250  df-xr 11251  df-ltxr 11252  df-le 11253  df-sub 11445  df-neg 11446  df-div 11871  df-2 12274  df-cj 15045  df-re 15046  df-im 15047
This theorem is referenced by:  eighmre  31211
  Copyright terms: Public domain W3C validator