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

Theorem lnopmi 32484
Description: The scalar product of a linear operator is a linear operator. (Contributed by NM, 10-Mar-2006.) (New usage is discouraged.)
Hypothesis
Ref Expression
lnopm.1 𝑇 ∈ LinOp
Assertion
Ref Expression
lnopmi (𝐴 ∈ ℂ → (𝐴 ·op 𝑇) ∈ LinOp)

Proof of Theorem lnopmi
Dummy variables 𝑥 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 lnopm.1 . . . 4 𝑇 ∈ LinOp
21lnopfi 32453 . . 3 𝑇: ℋ⟶ ℋ
3 homulcl 32243 . . 3 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑇: ℋ⟶ ℋ) → (𝐴 ·op 𝑇): ℋ⟶ ℋ)
42, 3mpan2 704 . 2 (𝐴 ∈ ℂ → (𝐴 ·op 𝑇): ℋ⟶ ℋ)
5 hvmulcl 31497 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑥 · 𝑦) ∈ ℋ)
6 hvaddcl 31496 . . . . . . . 8 (((𝑥 · 𝑦) ∈ ℋ ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → ((𝑥 · 𝑦) + 𝑧) ∈ ℋ)
75, 6sylan 592 . . . . . . 7 (((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → ((𝑥 · 𝑦) + 𝑧) ∈ ℋ)
8 homval 32225 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑇: ℋ⟶ ℋ ∧ ((𝑥 · 𝑦) + 𝑧) ∈ ℋ) → ((𝐴 ·op 𝑇)‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) = (𝐴 · (𝑇‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧))))
92, 8mp3an2 1478 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ ((𝑥 · 𝑦) + 𝑧) ∈ ℋ) → ((𝐴 ·op 𝑇)‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) = (𝐴 · (𝑇‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧))))
107, 9sylan2 605 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ)) → ((𝐴 ·op 𝑇)‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) = (𝐴 · (𝑇‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧))))
11 id 23 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ ℂ → 𝐴 ∈ ℂ)
122ffvelcdmi 7077 . . . . . . . . . 10 (𝑦 ∈ ℋ → (𝑇𝑦) ∈ ℋ)
13 hvmulcl 31497 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑇𝑦) ∈ ℋ) → (𝑥 · (𝑇𝑦)) ∈ ℋ)
1412, 13sylan2 605 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑥 · (𝑇𝑦)) ∈ ℋ)
152ffvelcdmi 7077 . . . . . . . . 9 (𝑧 ∈ ℋ → (𝑇𝑧) ∈ ℋ)
16 ax-hvdistr1 31492 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑥 · (𝑇𝑦)) ∈ ℋ ∧ (𝑇𝑧) ∈ ℋ) → (𝐴 · ((𝑥 · (𝑇𝑦)) + (𝑇𝑧))) = ((𝐴 · (𝑥 · (𝑇𝑦))) + (𝐴 · (𝑇𝑧))))
1711, 14, 15, 16syl3an 1178 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → (𝐴 · ((𝑥 · (𝑇𝑦)) + (𝑇𝑧))) = ((𝐴 · (𝑥 · (𝑇𝑦))) + (𝐴 · (𝑇𝑧))))
18173expb 1138 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ)) → (𝐴 · ((𝑥 · (𝑇𝑦)) + (𝑇𝑧))) = ((𝐴 · (𝑥 · (𝑇𝑦))) + (𝐴 · (𝑇𝑧))))
191lnopli 32452 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → (𝑇‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) = ((𝑥 · (𝑇𝑦)) + (𝑇𝑧)))
20193expa 1136 . . . . . . . . 9 (((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → (𝑇‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) = ((𝑥 · (𝑇𝑦)) + (𝑇𝑧)))
2120oveq2d 7430 . . . . . . . 8 (((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → (𝐴 · (𝑇‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧))) = (𝐴 · ((𝑥 · (𝑇𝑦)) + (𝑇𝑧))))
2221adantl 487 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ)) → (𝐴 · (𝑇‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧))) = (𝐴 · ((𝑥 · (𝑇𝑦)) + (𝑇𝑧))))
23 homval 32225 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑇: ℋ⟶ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑦) = (𝐴 · (𝑇𝑦)))
242, 23mp3an2 1478 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑦) = (𝐴 · (𝑇𝑦)))
2524adantrl 729 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑦) = (𝐴 · (𝑇𝑦)))
2625oveq2d 7430 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → (𝑥 · ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑦)) = (𝑥 · (𝐴 · (𝑇𝑦))))
27 hvmulcom 31527 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑇𝑦) ∈ ℋ) → (𝐴 · (𝑥 · (𝑇𝑦))) = (𝑥 · (𝐴 · (𝑇𝑦))))
2812, 27syl3an3 1183 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝐴 · (𝑥 · (𝑇𝑦))) = (𝑥 · (𝐴 · (𝑇𝑦))))
29283expb 1138 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → (𝐴 · (𝑥 · (𝑇𝑦))) = (𝑥 · (𝐴 · (𝑇𝑦))))
3026, 29eqtr4d 2798 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → (𝑥 · ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑦)) = (𝐴 · (𝑥 · (𝑇𝑦))))
31 homval 32225 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑇: ℋ⟶ ℋ ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑧) = (𝐴 · (𝑇𝑧)))
322, 31mp3an2 1478 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑧) = (𝐴 · (𝑇𝑧)))
3330, 32oveqan12d 7433 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) ∧ (𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑧 ∈ ℋ)) → ((𝑥 · ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑦)) + ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑧)) = ((𝐴 · (𝑥 · (𝑇𝑦))) + (𝐴 · (𝑇𝑧))))
3433anandis 691 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ)) → ((𝑥 · ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑦)) + ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑧)) = ((𝐴 · (𝑥 · (𝑇𝑦))) + (𝐴 · (𝑇𝑧))))
3518, 22, 343eqtr4rd 2806 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ)) → ((𝑥 · ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑦)) + ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑧)) = (𝐴 · (𝑇‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧))))
3610, 35eqtr4d 2798 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℂ ∧ ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ)) → ((𝐴 ·op 𝑇)‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) = ((𝑥 · ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑦)) + ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑧)))
3736exp32 426 . . . 4 (𝐴 ∈ ℂ → ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑧 ∈ ℋ → ((𝐴 ·op 𝑇)‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) = ((𝑥 · ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑦)) + ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑧)))))
3837ralrimdv 3160 . . 3 (𝐴 ∈ ℂ → ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ∀𝑧 ∈ ℋ ((𝐴 ·op 𝑇)‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) = ((𝑥 · ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑦)) + ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑧))))
3938ralrimivv 3203 . 2 (𝐴 ∈ ℂ → ∀𝑥 ∈ ℂ ∀𝑦 ∈ ℋ ∀𝑧 ∈ ℋ ((𝐴 ·op 𝑇)‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) = ((𝑥 · ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑦)) + ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑧)))
40 ellnop 32342 . 2 ((𝐴 ·op 𝑇) ∈ LinOp ↔ ((𝐴 ·op 𝑇): ℋ⟶ ℋ ∧ ∀𝑥 ∈ ℂ ∀𝑦 ∈ ℋ ∀𝑧 ∈ ℋ ((𝐴 ·op 𝑇)‘((𝑥 · 𝑦) + 𝑧)) = ((𝑥 · ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑦)) + ((𝐴 ·op 𝑇)‘𝑧))))
414, 39, 40sylanbrc 595 1 (𝐴 ∈ ℂ → (𝐴 ·op 𝑇) ∈ LinOp)
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  wi 4  wa 401   = wceq 1570  wcel 2145  wral 3076  wf 6529  cfv 6533  (class class class)co 7414  cc 11125  chba 31403   + cva 31404   · csm 31405   ·op chot 31423  LinOpclo 31431
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2732  ax-rep 5232  ax-sep 5251  ax-nul 5263  ax-pow 5330  ax-pr 5398  ax-un 7737  ax-mulcom 11191  ax-hilex 31483  ax-hfvadd 31484  ax-hfvmul 31489  ax-hvmulass 31491  ax-hvdistr1 31492
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-ral 3077  df-rex 3087  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-id 5550  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-iota 6489  df-fun 6535  df-fn 6536  df-f 6537  df-f1 6538  df-fo 6539  df-f1o 6540  df-fv 6541  df-ov 7417  df-oprab 7418  df-mpo 7419  df-map 8831  df-homul 32215  df-lnop 32325
This theorem is used by:  lnophdi  32486  bdophmi  32516
  Copyright terms: Public domain W3C validator