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

Theorem lnophsi 32020
Description: The sum of two linear operators is linear. (Contributed by NM, 10-Mar-2006.) (New usage is discouraged.)
Hypotheses
Ref Expression
lnopco.1 𝑆 ∈ LinOp
lnopco.2 𝑇 ∈ LinOp
Assertion
Ref Expression
lnophsi (𝑆 +op 𝑇) ∈ LinOp

Proof of Theorem lnophsi
Dummy variables 𝑥 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 lnopco.1 . . . 4 𝑆 ∈ LinOp
21lnopfi 31988 . . 3 𝑆: ℋ⟶ ℋ
3 lnopco.2 . . . 4 𝑇 ∈ LinOp
43lnopfi 31988 . . 3 𝑇: ℋ⟶ ℋ
52, 4hoaddcli 31787 . 2 (𝑆 +op 𝑇): ℋ⟶ ℋ
6 hvmulcl 31032 . . . . . . 7 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑥 · 𝑦) ∈ ℋ)
71lnopaddi 31990 . . . . . . . 8 (((𝑥 · 𝑦) ∈ ℋ ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → (𝑆‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) = ((𝑆‘(𝑥 · 𝑦)) + (𝑆𝑧)))
83lnopaddi 31990 . . . . . . . 8 (((𝑥 · 𝑦) ∈ ℋ ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → (𝑇‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) = ((𝑇‘(𝑥 · 𝑦)) + (𝑇𝑧)))
97, 8oveq12d 7449 . . . . . . 7 (((𝑥 · 𝑦) ∈ ℋ ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → ((𝑆‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) + (𝑇‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧))) = (((𝑆‘(𝑥 · 𝑦)) + (𝑆𝑧)) + ((𝑇‘(𝑥 · 𝑦)) + (𝑇𝑧))))
106, 9sylan 580 . . . . . 6 (((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → ((𝑆‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) + (𝑇‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧))) = (((𝑆‘(𝑥 · 𝑦)) + (𝑆𝑧)) + ((𝑇‘(𝑥 · 𝑦)) + (𝑇𝑧))))
112ffvelcdmi 7103 . . . . . . . . 9 ((𝑥 · 𝑦) ∈ ℋ → (𝑆‘(𝑥 · 𝑦)) ∈ ℋ)
126, 11syl 17 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑆‘(𝑥 · 𝑦)) ∈ ℋ)
132ffvelcdmi 7103 . . . . . . . 8 (𝑧 ∈ ℋ → (𝑆𝑧) ∈ ℋ)
1412, 13anim12i 613 . . . . . . 7 (((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → ((𝑆‘(𝑥 · 𝑦)) ∈ ℋ ∧ (𝑆𝑧) ∈ ℋ))
154ffvelcdmi 7103 . . . . . . . . 9 ((𝑥 · 𝑦) ∈ ℋ → (𝑇‘(𝑥 · 𝑦)) ∈ ℋ)
166, 15syl 17 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑇‘(𝑥 · 𝑦)) ∈ ℋ)
174ffvelcdmi 7103 . . . . . . . 8 (𝑧 ∈ ℋ → (𝑇𝑧) ∈ ℋ)
1816, 17anim12i 613 . . . . . . 7 (((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → ((𝑇‘(𝑥 · 𝑦)) ∈ ℋ ∧ (𝑇𝑧) ∈ ℋ))
19 hvadd4 31055 . . . . . . 7 ((((𝑆‘(𝑥 · 𝑦)) ∈ ℋ ∧ (𝑆𝑧) ∈ ℋ) ∧ ((𝑇‘(𝑥 · 𝑦)) ∈ ℋ ∧ (𝑇𝑧) ∈ ℋ)) → (((𝑆‘(𝑥 · 𝑦)) + (𝑆𝑧)) + ((𝑇‘(𝑥 · 𝑦)) + (𝑇𝑧))) = (((𝑆‘(𝑥 · 𝑦)) + (𝑇‘(𝑥 · 𝑦))) + ((𝑆𝑧) + (𝑇𝑧))))
2014, 18, 19syl2anc 584 . . . . . 6 (((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → (((𝑆‘(𝑥 · 𝑦)) + (𝑆𝑧)) + ((𝑇‘(𝑥 · 𝑦)) + (𝑇𝑧))) = (((𝑆‘(𝑥 · 𝑦)) + (𝑇‘(𝑥 · 𝑦))) + ((𝑆𝑧) + (𝑇𝑧))))
2110, 20eqtrd 2777 . . . . 5 (((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → ((𝑆‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) + (𝑇‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧))) = (((𝑆‘(𝑥 · 𝑦)) + (𝑇‘(𝑥 · 𝑦))) + ((𝑆𝑧) + (𝑇𝑧))))
22 hvaddcl 31031 . . . . . . 7 (((𝑥 · 𝑦) ∈ ℋ ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → ((𝑥 · 𝑦) + 𝑧) ∈ ℋ)
236, 22sylan 580 . . . . . 6 (((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → ((𝑥 · 𝑦) + 𝑧) ∈ ℋ)
24 hosval 31759 . . . . . . 7 ((𝑆: ℋ⟶ ℋ ∧ 𝑇: ℋ⟶ ℋ ∧ ((𝑥 · 𝑦) + 𝑧) ∈ ℋ) → ((𝑆 +op 𝑇)‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) = ((𝑆‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) + (𝑇‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧))))
252, 4, 24mp3an12 1453 . . . . . 6 (((𝑥 · 𝑦) + 𝑧) ∈ ℋ → ((𝑆 +op 𝑇)‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) = ((𝑆‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) + (𝑇‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧))))
2623, 25syl 17 . . . . 5 (((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → ((𝑆 +op 𝑇)‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) = ((𝑆‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) + (𝑇‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧))))
272ffvelcdmi 7103 . . . . . . . . 9 (𝑦 ∈ ℋ → (𝑆𝑦) ∈ ℋ)
284ffvelcdmi 7103 . . . . . . . . 9 (𝑦 ∈ ℋ → (𝑇𝑦) ∈ ℋ)
2927, 28jca 511 . . . . . . . 8 (𝑦 ∈ ℋ → ((𝑆𝑦) ∈ ℋ ∧ (𝑇𝑦) ∈ ℋ))
30 ax-hvdistr1 31027 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑆𝑦) ∈ ℋ ∧ (𝑇𝑦) ∈ ℋ) → (𝑥 · ((𝑆𝑦) + (𝑇𝑦))) = ((𝑥 · (𝑆𝑦)) + (𝑥 · (𝑇𝑦))))
31303expb 1121 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ ((𝑆𝑦) ∈ ℋ ∧ (𝑇𝑦) ∈ ℋ)) → (𝑥 · ((𝑆𝑦) + (𝑇𝑦))) = ((𝑥 · (𝑆𝑦)) + (𝑥 · (𝑇𝑦))))
3229, 31sylan2 593 . . . . . . 7 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑥 · ((𝑆𝑦) + (𝑇𝑦))) = ((𝑥 · (𝑆𝑦)) + (𝑥 · (𝑇𝑦))))
33 hosval 31759 . . . . . . . . . 10 ((𝑆: ℋ⟶ ℋ ∧ 𝑇: ℋ⟶ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑆 +op 𝑇)‘𝑦) = ((𝑆𝑦) + (𝑇𝑦)))
342, 4, 33mp3an12 1453 . . . . . . . . 9 (𝑦 ∈ ℋ → ((𝑆 +op 𝑇)‘𝑦) = ((𝑆𝑦) + (𝑇𝑦)))
3534oveq2d 7447 . . . . . . . 8 (𝑦 ∈ ℋ → (𝑥 · ((𝑆 +op 𝑇)‘𝑦)) = (𝑥 · ((𝑆𝑦) + (𝑇𝑦))))
3635adantl 481 . . . . . . 7 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑥 · ((𝑆 +op 𝑇)‘𝑦)) = (𝑥 · ((𝑆𝑦) + (𝑇𝑦))))
371lnopmuli 31991 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑆‘(𝑥 · 𝑦)) = (𝑥 · (𝑆𝑦)))
383lnopmuli 31991 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑇‘(𝑥 · 𝑦)) = (𝑥 · (𝑇𝑦)))
3937, 38oveq12d 7449 . . . . . . 7 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑆‘(𝑥 · 𝑦)) + (𝑇‘(𝑥 · 𝑦))) = ((𝑥 · (𝑆𝑦)) + (𝑥 · (𝑇𝑦))))
4032, 36, 393eqtr4d 2787 . . . . . 6 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑥 · ((𝑆 +op 𝑇)‘𝑦)) = ((𝑆‘(𝑥 · 𝑦)) + (𝑇‘(𝑥 · 𝑦))))
41 hosval 31759 . . . . . . 7 ((𝑆: ℋ⟶ ℋ ∧ 𝑇: ℋ⟶ ℋ ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → ((𝑆 +op 𝑇)‘𝑧) = ((𝑆𝑧) + (𝑇𝑧)))
422, 4, 41mp3an12 1453 . . . . . 6 (𝑧 ∈ ℋ → ((𝑆 +op 𝑇)‘𝑧) = ((𝑆𝑧) + (𝑇𝑧)))
4340, 42oveqan12d 7450 . . . . 5 (((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → ((𝑥 · ((𝑆 +op 𝑇)‘𝑦)) + ((𝑆 +op 𝑇)‘𝑧)) = (((𝑆‘(𝑥 · 𝑦)) + (𝑇‘(𝑥 · 𝑦))) + ((𝑆𝑧) + (𝑇𝑧))))
4421, 26, 433eqtr4d 2787 . . . 4 (((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → ((𝑆 +op 𝑇)‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) = ((𝑥 · ((𝑆 +op 𝑇)‘𝑦)) + ((𝑆 +op 𝑇)‘𝑧)))
4544ralrimiva 3146 . . 3 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ∀𝑧 ∈ ℋ ((𝑆 +op 𝑇)‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) = ((𝑥 · ((𝑆 +op 𝑇)‘𝑦)) + ((𝑆 +op 𝑇)‘𝑧)))
4645rgen2 3199 . 2 𝑥 ∈ ℂ ∀𝑦 ∈ ℋ ∀𝑧 ∈ ℋ ((𝑆 +op 𝑇)‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) = ((𝑥 · ((𝑆 +op 𝑇)‘𝑦)) + ((𝑆 +op 𝑇)‘𝑧))
47 ellnop 31877 . 2 ((𝑆 +op 𝑇) ∈ LinOp ↔ ((𝑆 +op 𝑇): ℋ⟶ ℋ ∧ ∀𝑥 ∈ ℂ ∀𝑦 ∈ ℋ ∀𝑧 ∈ ℋ ((𝑆 +op 𝑇)‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) = ((𝑥 · ((𝑆 +op 𝑇)‘𝑦)) + ((𝑆 +op 𝑇)‘𝑧))))
485, 46, 47mpbir2an 711 1 (𝑆 +op 𝑇) ∈ LinOp
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wa 395   = wceq 1540  wcel 2108  wral 3061  wf 6557  cfv 6561  (class class class)co 7431  cc 11153  chba 30938   + cva 30939   · csm 30940   +op chos 30957  LinOpclo 30966
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2157  ax-12 2177  ax-ext 2708  ax-rep 5279  ax-sep 5296  ax-nul 5306  ax-pow 5365  ax-pr 5432  ax-un 7755  ax-resscn 11212  ax-1cn 11213  ax-icn 11214  ax-addcl 11215  ax-addrcl 11216  ax-mulcl 11217  ax-mulrcl 11218  ax-mulcom 11219  ax-addass 11220  ax-mulass 11221  ax-distr 11222  ax-i2m1 11223  ax-1ne0 11224  ax-1rid 11225  ax-rnegex 11226  ax-rrecex 11227  ax-cnre 11228  ax-pre-lttri 11229  ax-pre-lttrn 11230  ax-pre-ltadd 11231  ax-hilex 31018  ax-hfvadd 31019  ax-hvcom 31020  ax-hvass 31021  ax-hv0cl 31022  ax-hvaddid 31023  ax-hfvmul 31024  ax-hvmulid 31025  ax-hvdistr1 31027  ax-hvdistr2 31028  ax-hvmul0 31029
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2065  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2729  df-clel 2816  df-nfc 2892  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3062  df-rex 3071  df-reu 3381  df-rab 3437  df-v 3482  df-sbc 3789  df-csb 3900  df-dif 3954  df-un 3956  df-in 3958  df-ss 3968  df-nul 4334  df-if 4526  df-pw 4602  df-sn 4627  df-pr 4629  df-op 4633  df-uni 4908  df-iun 4993  df-br 5144  df-opab 5206  df-mpt 5226  df-id 5578  df-po 5592  df-so 5593  df-xp 5691  df-rel 5692  df-cnv 5693  df-co 5694  df-dm 5695  df-rn 5696  df-res 5697  df-ima 5698  df-iota 6514  df-fun 6563  df-fn 6564  df-f 6565  df-f1 6566  df-fo 6567  df-f1o 6568  df-fv 6569  df-riota 7388  df-ov 7434  df-oprab 7435  df-mpo 7436  df-er 8745  df-map 8868  df-en 8986  df-dom 8987  df-sdom 8988  df-pnf 11297  df-mnf 11298  df-ltxr 11300  df-sub 11494  df-neg 11495  df-hvsub 30990  df-hosum 31749  df-lnop 31860
This theorem is referenced by:  lnophdi  32021  bdophsi  32115
  Copyright terms: Public domain W3C validator