Theorem minveclem6 25391

Description: Lemma for minvec 25393. Any minimal point is less than 𝑆 away from 𝐴. (Contributed by Mario Carneiro, 9-May-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 15-Oct-2015.) (Revised by AV, 3-Oct-2020.)

Hypotheses

Ref	Expression
minvec.x	⊢ 𝑋 = (Base‘𝑈)
minvec.m	⊢ − = (-g‘𝑈)
minvec.n	⊢ 𝑁 = (norm‘𝑈)
minvec.u	⊢ (𝜑 → 𝑈 ∈ ℂPreHil)
minvec.y	⊢ (𝜑 → 𝑌 ∈ (LSubSp‘𝑈))
minvec.w	⊢ (𝜑 → (𝑈 ↾s 𝑌) ∈ CMetSp)
minvec.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ 𝑋)
minvec.j	⊢ 𝐽 = (TopOpen‘𝑈)
minvec.r	⊢ 𝑅 = ran (𝑦 ∈ 𝑌 ↦ (𝑁‘(𝐴 − 𝑦)))
minvec.s	⊢ 𝑆 = inf(𝑅, ℝ, < )
minvec.d	⊢ 𝐷 = ((dist‘𝑈) ↾ (𝑋 × 𝑋))

Assertion

Ref	Expression
minveclem6	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → (((𝐴𝐷𝑥)↑2) ≤ ((𝑆↑2) + 0) ↔ ∀𝑦 ∈ 𝑌 (𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ (𝑁‘(𝐴 − 𝑦))))

Distinct variable groups:   𝑥,𝑦, −   𝑥,𝐴,𝑦   𝑥,𝐽,𝑦   𝑥,𝑁,𝑦   𝜑,𝑥,𝑦   𝑥,𝑅,𝑦   𝑥,𝑈,𝑦   𝑥,𝑋,𝑦   𝑥,𝑌,𝑦   𝑥,𝐷,𝑦   𝑥,𝑆,𝑦

Proof of Theorem minveclem6

Dummy variable 𝑤 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		minvec.d	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐷 = ((dist‘𝑈) ↾ (𝑋 × 𝑋))
2	1	oveqi 7423	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴𝐷𝑥) = (𝐴((dist‘𝑈) ↾ (𝑋 × 𝑋))𝑥)
3		minvec.a	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ 𝑋)
4	3	adantr 480	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → 𝐴 ∈ 𝑋)
5		minvec.y	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝑌 ∈ (LSubSp‘𝑈))
6		minvec.x	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 𝑋 = (Base‘𝑈)
7		eqid 2736	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (LSubSp‘𝑈) = (LSubSp‘𝑈)
8	6, 7	lssss 20898	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑌 ∈ (LSubSp‘𝑈) → 𝑌 ⊆ 𝑋)
9	5, 8	syl 17	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑌 ⊆ 𝑋)
10	9	sselda 3963	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → 𝑥 ∈ 𝑋)
11	4, 10	ovresd 7579	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → (𝐴((dist‘𝑈) ↾ (𝑋 × 𝑋))𝑥) = (𝐴(dist‘𝑈)𝑥))
12	2, 11	eqtrid 2783	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → (𝐴𝐷𝑥) = (𝐴(dist‘𝑈)𝑥))
13		minvec.u	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑈 ∈ ℂPreHil)
14		cphngp 25130	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑈 ∈ ℂPreHil → 𝑈 ∈ NrmGrp)
15	13, 14	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑈 ∈ NrmGrp)
16	15	adantr 480	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → 𝑈 ∈ NrmGrp)
17		minvec.n	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑁 = (norm‘𝑈)
18		minvec.m	. . . . . . . 8 ⊢ − = (-g‘𝑈)
19		eqid 2736	. . . . . . . 8 ⊢ (dist‘𝑈) = (dist‘𝑈)
20	17, 6, 18, 19	ngpds 24548	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑈 ∈ NrmGrp ∧ 𝐴 ∈ 𝑋 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → (𝐴(dist‘𝑈)𝑥) = (𝑁‘(𝐴 − 𝑥)))
21	16, 4, 10, 20	syl3anc 1373	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → (𝐴(dist‘𝑈)𝑥) = (𝑁‘(𝐴 − 𝑥)))
22	12, 21	eqtrd 2771	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → (𝐴𝐷𝑥) = (𝑁‘(𝐴 − 𝑥)))
23	22	oveq1d 7425	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → ((𝐴𝐷𝑥)↑2) = ((𝑁‘(𝐴 − 𝑥))↑2))
24		minvec.s	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑆 = inf(𝑅, ℝ, < )
25		minvec.w	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → (𝑈 ↾s 𝑌) ∈ CMetSp)
26		minvec.j	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 𝐽 = (TopOpen‘𝑈)
27		minvec.r	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 𝑅 = ran (𝑦 ∈ 𝑌 ↦ (𝑁‘(𝐴 − 𝑦)))
28	6, 18, 17, 13, 5, 25, 3, 26, 27	minveclem1 25381	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝑅 ⊆ ℝ ∧ 𝑅 ≠ ∅ ∧ ∀𝑤 ∈ 𝑅 0 ≤ 𝑤))
29	28	adantr 480	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → (𝑅 ⊆ ℝ ∧ 𝑅 ≠ ∅ ∧ ∀𝑤 ∈ 𝑅 0 ≤ 𝑤))
30	29	simp1d 1142	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → 𝑅 ⊆ ℝ)
31	29	simp2d 1143	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → 𝑅 ≠ ∅)
32		0red 11243	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → 0 ∈ ℝ)
33	29	simp3d 1144	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → ∀𝑤 ∈ 𝑅 0 ≤ 𝑤)
34		breq1 5127	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑥 = 0 → (𝑥 ≤ 𝑤 ↔ 0 ≤ 𝑤))
35	34	ralbidv 3164	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 = 0 → (∀𝑤 ∈ 𝑅 𝑥 ≤ 𝑤 ↔ ∀𝑤 ∈ 𝑅 0 ≤ 𝑤))
36	35	rspcev 3606	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((0 ∈ ℝ ∧ ∀𝑤 ∈ 𝑅 0 ≤ 𝑤) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝑅 𝑥 ≤ 𝑤)
37	32, 33, 36	syl2anc 584	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝑅 𝑥 ≤ 𝑤)
38		infrecl 12229	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑅 ⊆ ℝ ∧ 𝑅 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝑅 𝑥 ≤ 𝑤) → inf(𝑅, ℝ, < ) ∈ ℝ)
39	30, 31, 37, 38	syl3anc 1373	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → inf(𝑅, ℝ, < ) ∈ ℝ)
40	24, 39	eqeltrid 2839	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → 𝑆 ∈ ℝ)
41	40	resqcld 14148	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → (𝑆↑2) ∈ ℝ)
42	41	recnd 11268	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → (𝑆↑2) ∈ ℂ)
43	42	addridd 11440	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → ((𝑆↑2) + 0) = (𝑆↑2))
44	23, 43	breq12d 5137	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → (((𝐴𝐷𝑥)↑2) ≤ ((𝑆↑2) + 0) ↔ ((𝑁‘(𝐴 − 𝑥))↑2) ≤ (𝑆↑2)))
45		cphlmod 25131	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑈 ∈ ℂPreHil → 𝑈 ∈ LMod)
46	13, 45	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑈 ∈ LMod)
47	46	adantr 480	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → 𝑈 ∈ LMod)
48	6, 18	lmodvsubcl 20869	. . . . . 6 ⊢ ((𝑈 ∈ LMod ∧ 𝐴 ∈ 𝑋 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → (𝐴 − 𝑥) ∈ 𝑋)
49	47, 4, 10, 48	syl3anc 1373	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → (𝐴 − 𝑥) ∈ 𝑋)
50	6, 17	nmcl 24560	. . . . 5 ⊢ ((𝑈 ∈ NrmGrp ∧ (𝐴 − 𝑥) ∈ 𝑋) → (𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ∈ ℝ)
51	16, 49, 50	syl2anc 584	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → (𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ∈ ℝ)
52	6, 17	nmge0 24561	. . . . 5 ⊢ ((𝑈 ∈ NrmGrp ∧ (𝐴 − 𝑥) ∈ 𝑋) → 0 ≤ (𝑁‘(𝐴 − 𝑥)))
53	16, 49, 52	syl2anc 584	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → 0 ≤ (𝑁‘(𝐴 − 𝑥)))
54		infregelb 12231	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑅 ⊆ ℝ ∧ 𝑅 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝑅 𝑥 ≤ 𝑤) ∧ 0 ∈ ℝ) → (0 ≤ inf(𝑅, ℝ, < ) ↔ ∀𝑤 ∈ 𝑅 0 ≤ 𝑤))
55	30, 31, 37, 32, 54	syl31anc 1375	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → (0 ≤ inf(𝑅, ℝ, < ) ↔ ∀𝑤 ∈ 𝑅 0 ≤ 𝑤))
56	33, 55	mpbird 257	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → 0 ≤ inf(𝑅, ℝ, < ))
57	56, 24	breqtrrdi 5166	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → 0 ≤ 𝑆)
58	51, 40, 53, 57	le2sqd 14280	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → ((𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ 𝑆 ↔ ((𝑁‘(𝐴 − 𝑥))↑2) ≤ (𝑆↑2)))
59	24	breq2i 5132	. . . 4 ⊢ ((𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ 𝑆 ↔ (𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ inf(𝑅, ℝ, < ))
60		infregelb 12231	. . . . 5 ⊢ (((𝑅 ⊆ ℝ ∧ 𝑅 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝑅 𝑥 ≤ 𝑤) ∧ (𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ∈ ℝ) → ((𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ inf(𝑅, ℝ, < ) ↔ ∀𝑤 ∈ 𝑅 (𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ 𝑤))
61	30, 31, 37, 51, 60	syl31anc 1375	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → ((𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ inf(𝑅, ℝ, < ) ↔ ∀𝑤 ∈ 𝑅 (𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ 𝑤))
62	59, 61	bitrid 283	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → ((𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ 𝑆 ↔ ∀𝑤 ∈ 𝑅 (𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ 𝑤))
63	44, 58, 62	3bitr2d 307	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → (((𝐴𝐷𝑥)↑2) ≤ ((𝑆↑2) + 0) ↔ ∀𝑤 ∈ 𝑅 (𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ 𝑤))
64	27	raleqi 3307	. . 3 ⊢ (∀𝑤 ∈ 𝑅 (𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ 𝑤 ↔ ∀𝑤 ∈ ran (𝑦 ∈ 𝑌 ↦ (𝑁‘(𝐴 − 𝑦)))(𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ 𝑤)
65		fvex 6894	. . . . 5 ⊢ (𝑁‘(𝐴 − 𝑦)) ∈ V
66	65	rgenw 3056	. . . 4 ⊢ ∀𝑦 ∈ 𝑌 (𝑁‘(𝐴 − 𝑦)) ∈ V
67		eqid 2736	. . . . 5 ⊢ (𝑦 ∈ 𝑌 ↦ (𝑁‘(𝐴 − 𝑦))) = (𝑦 ∈ 𝑌 ↦ (𝑁‘(𝐴 − 𝑦)))
68		breq2 5128	. . . . 5 ⊢ (𝑤 = (𝑁‘(𝐴 − 𝑦)) → ((𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ 𝑤 ↔ (𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ (𝑁‘(𝐴 − 𝑦))))
69	67, 68	ralrnmptw 7089	. . . 4 ⊢ (∀𝑦 ∈ 𝑌 (𝑁‘(𝐴 − 𝑦)) ∈ V → (∀𝑤 ∈ ran (𝑦 ∈ 𝑌 ↦ (𝑁‘(𝐴 − 𝑦)))(𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ 𝑤 ↔ ∀𝑦 ∈ 𝑌 (𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ (𝑁‘(𝐴 − 𝑦))))
70	66, 69	ax-mp 5	. . 3 ⊢ (∀𝑤 ∈ ran (𝑦 ∈ 𝑌 ↦ (𝑁‘(𝐴 − 𝑦)))(𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ 𝑤 ↔ ∀𝑦 ∈ 𝑌 (𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ (𝑁‘(𝐴 − 𝑦)))
71	64, 70	bitri 275	. 2 ⊢ (∀𝑤 ∈ 𝑅 (𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ 𝑤 ↔ ∀𝑦 ∈ 𝑌 (𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ (𝑁‘(𝐴 − 𝑦)))
72	63, 71	bitrdi 287	1 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑌) → (((𝐴𝐷𝑥)↑2) ≤ ((𝑆↑2) + 0) ↔ ∀𝑦 ∈ 𝑌 (𝑁‘(𝐴 − 𝑥)) ≤ (𝑁‘(𝐴 − 𝑦))))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   ∧ w3a 1086   = wceq 1540   ∈ wcel 2109   ≠ wne 2933  ∀wral 3052  ∃wrex 3061  Vcvv 3464   ⊆ wss 3931  ∅c0 4313   class class class wbr 5124   ↦ cmpt 5206   × cxp 5657  ran crn 5660   ↾ cres 5661  ‘cfv 6536  (class class class)co 7410  infcinf 9458  ℝcr 11133  0cc0 11134   + caddc 11137   < clt 11274   ≤ cle 11275  2c2 12300  ↑cexp 14084  Basecbs 17233   ↾_s cress 17256  distcds 17285  TopOpenctopn 17440  -_gcsg 18923  LModclmod 20822  LSubSpclss 20893  normcnm 24520  NrmGrpcngp 24521  ℂPreHilccph 25123  CMetSpccms 25289

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 2008  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2708  ax-sep 5271  ax-nul 5281  ax-pow 5340  ax-pr 5407  ax-un 7734  ax-cnex 11190  ax-resscn 11191  ax-1cn 11192  ax-icn 11193  ax-addcl 11194  ax-addrcl 11195  ax-mulcl 11196  ax-mulrcl 11197  ax-mulcom 11198  ax-addass 11199  ax-mulass 11200  ax-distr 11201  ax-i2m1 11202  ax-1ne0 11203  ax-1rid 11204  ax-rnegex 11205  ax-rrecex 11206  ax-cnre 11207  ax-pre-lttri 11208  ax-pre-lttrn 11209  ax-pre-ltadd 11210  ax-pre-mulgt0 11211  ax-pre-sup 11212

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2728  df-clel 2810  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3062  df-rmo 3364  df-reu 3365  df-rab 3421  df-v 3466  df-sbc 3771  df-csb 3880  df-dif 3934  df-un 3936  df-in 3938  df-ss 3948  df-pss 3951  df-nul 4314  df-if 4506  df-pw 4582  df-sn 4607  df-pr 4609  df-op 4613  df-uni 4889  df-iun 4974  df-br 5125  df-opab 5187  df-mpt 5207  df-tr 5235  df-id 5553  df-eprel 5558  df-po 5566  df-so 5567  df-fr 5611  df-we 5613  df-xp 5665  df-rel 5666  df-cnv 5667  df-co 5668  df-dm 5669  df-rn 5670  df-res 5671  df-ima 5672  df-pred 6295  df-ord 6360  df-on 6361  df-lim 6362  df-suc 6363  df-iota 6489  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-riota 7367  df-ov 7413  df-oprab 7414  df-mpo 7415  df-om 7867  df-1st 7993  df-2nd 7994  df-frecs 8285  df-wrecs 8316  df-recs 8390  df-rdg 8429  df-er 8724  df-map 8847  df-en 8965  df-dom 8966  df-sdom 8967  df-sup 9459  df-inf 9460  df-pnf 11276  df-mnf 11277  df-xr 11278  df-ltxr 11279  df-le 11280  df-sub 11473  df-neg 11474  df-div 11900  df-nn 12246  df-2 12308  df-n0 12507  df-z 12594  df-uz 12858  df-q 12970  df-rp 13014  df-xneg 13133  df-xadd 13134  df-xmul 13135  df-seq 14025  df-exp 14085  df-0g 17460  df-topgen 17462  df-mgm 18623  df-sgrp 18702  df-mnd 18718  df-grp 18924  df-minusg 18925  df-sbg 18926  df-lmod 20824  df-lss 20894  df-psmet 21312  df-xmet 21313  df-met 21314  df-bl 21315  df-mopn 21316  df-top 22837  df-topon 22854  df-topsp 22876  df-bases 22889  df-xms 24264  df-ms 24265  df-nm 24526  df-ngp 24527  df-nlm 24530  df-cph 25125

This theorem is referenced by:  minveclem7  25392