Theorem nmcopexi 32013

Description: The norm of a continuous linear Hilbert space operator exists. Theorem 3.5(i) of [Beran] p. 99. (Contributed by NM, 5-Feb-2006.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 17-Nov-2013.) (New usage is discouraged.)

Hypotheses

Ref	Expression
nmcopex.1	⊢ 𝑇 ∈ LinOp
nmcopex.2	⊢ 𝑇 ∈ ContOp

Assertion

Ref	Expression
nmcopexi	⊢ (normop‘𝑇) ∈ ℝ

Proof of Theorem nmcopexi

Dummy variables 𝑥 𝑚 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nmcopex.2	. . . 4 ⊢ 𝑇 ∈ ContOp
2		ax-hv0cl 30989	. . . 4 ⊢ 0ℎ ∈ ℋ
3		1rp 13017	. . . 4 ⊢ 1 ∈ ℝ+
4		cnopc 31899	. . . 4 ⊢ ((𝑇 ∈ ContOp ∧ 0ℎ ∈ ℋ ∧ 1 ∈ ℝ+) → ∃𝑦 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ ℋ ((normℎ‘(𝑧 −ℎ 0ℎ)) < 𝑦 → (normℎ‘((𝑇‘𝑧) −ℎ (𝑇‘0ℎ))) < 1))
5	1, 2, 3, 4	mp3an 1463	. . 3 ⊢ ∃𝑦 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ ℋ ((normℎ‘(𝑧 −ℎ 0ℎ)) < 𝑦 → (normℎ‘((𝑇‘𝑧) −ℎ (𝑇‘0ℎ))) < 1)
6		hvsub0 31062	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑧 ∈ ℋ → (𝑧 −ℎ 0ℎ) = 𝑧)
7	6	fveq2d 6885	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 ∈ ℋ → (normℎ‘(𝑧 −ℎ 0ℎ)) = (normℎ‘𝑧))
8	7	breq1d 5134	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 ∈ ℋ → ((normℎ‘(𝑧 −ℎ 0ℎ)) < 𝑦 ↔ (normℎ‘𝑧) < 𝑦))
9		nmcopex.1	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 𝑇 ∈ LinOp
10	9	lnop0i 31956	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑇‘0ℎ) = 0ℎ
11	10	oveq2i 7421	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑇‘𝑧) −ℎ (𝑇‘0ℎ)) = ((𝑇‘𝑧) −ℎ 0ℎ)
12	9	lnopfi 31955	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 𝑇: ℋ⟶ ℋ
13	12	ffvelcdmi 7078	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 ∈ ℋ → (𝑇‘𝑧) ∈ ℋ)
14		hvsub0 31062	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑇‘𝑧) ∈ ℋ → ((𝑇‘𝑧) −ℎ 0ℎ) = (𝑇‘𝑧))
15	13, 14	syl 17	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 ∈ ℋ → ((𝑇‘𝑧) −ℎ 0ℎ) = (𝑇‘𝑧))
16	11, 15	eqtrid 2783	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑧 ∈ ℋ → ((𝑇‘𝑧) −ℎ (𝑇‘0ℎ)) = (𝑇‘𝑧))
17	16	fveq2d 6885	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 ∈ ℋ → (normℎ‘((𝑇‘𝑧) −ℎ (𝑇‘0ℎ))) = (normℎ‘(𝑇‘𝑧)))
18	17	breq1d 5134	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 ∈ ℋ → ((normℎ‘((𝑇‘𝑧) −ℎ (𝑇‘0ℎ))) < 1 ↔ (normℎ‘(𝑇‘𝑧)) < 1))
19	8, 18	imbi12d 344	. . . . 5 ⊢ (𝑧 ∈ ℋ → (((normℎ‘(𝑧 −ℎ 0ℎ)) < 𝑦 → (normℎ‘((𝑇‘𝑧) −ℎ (𝑇‘0ℎ))) < 1) ↔ ((normℎ‘𝑧) < 𝑦 → (normℎ‘(𝑇‘𝑧)) < 1)))
20	19	ralbiia 3081	. . . 4 ⊢ (∀𝑧 ∈ ℋ ((normℎ‘(𝑧 −ℎ 0ℎ)) < 𝑦 → (normℎ‘((𝑇‘𝑧) −ℎ (𝑇‘0ℎ))) < 1) ↔ ∀𝑧 ∈ ℋ ((normℎ‘𝑧) < 𝑦 → (normℎ‘(𝑇‘𝑧)) < 1))
21	20	rexbii 3084	. . 3 ⊢ (∃𝑦 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ ℋ ((normℎ‘(𝑧 −ℎ 0ℎ)) < 𝑦 → (normℎ‘((𝑇‘𝑧) −ℎ (𝑇‘0ℎ))) < 1) ↔ ∃𝑦 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ ℋ ((normℎ‘𝑧) < 𝑦 → (normℎ‘(𝑇‘𝑧)) < 1))
22	5, 21	mpbi 230	. 2 ⊢ ∃𝑦 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ ℋ ((normℎ‘𝑧) < 𝑦 → (normℎ‘(𝑇‘𝑧)) < 1)
23		nmopval 31842	. . 3 ⊢ (𝑇: ℋ⟶ ℋ → (normop‘𝑇) = sup({𝑚 ∣ ∃𝑥 ∈ ℋ ((normℎ‘𝑥) ≤ 1 ∧ 𝑚 = (normℎ‘(𝑇‘𝑥)))}, ℝ*, < ))
24	12, 23	ax-mp 5	. 2 ⊢ (normop‘𝑇) = sup({𝑚 ∣ ∃𝑥 ∈ ℋ ((normℎ‘𝑥) ≤ 1 ∧ 𝑚 = (normℎ‘(𝑇‘𝑥)))}, ℝ*, < )
25	12	ffvelcdmi 7078	. . 3 ⊢ (𝑥 ∈ ℋ → (𝑇‘𝑥) ∈ ℋ)
26		normcl 31111	. . 3 ⊢ ((𝑇‘𝑥) ∈ ℋ → (normℎ‘(𝑇‘𝑥)) ∈ ℝ)
27	25, 26	syl 17	. 2 ⊢ (𝑥 ∈ ℋ → (normℎ‘(𝑇‘𝑥)) ∈ ℝ)
28	10	fveq2i 6884	. . 3 ⊢ (normℎ‘(𝑇‘0ℎ)) = (normℎ‘0ℎ)
29		norm0 31114	. . 3 ⊢ (normℎ‘0ℎ) = 0
30	28, 29	eqtri 2759	. 2 ⊢ (normℎ‘(𝑇‘0ℎ)) = 0
31		rpcn 13024	. . . . 5 ⊢ ((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ → (𝑦 / 2) ∈ ℂ)
32	9	lnopmuli 31958	. . . . 5 ⊢ (((𝑦 / 2) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → (𝑇‘((𝑦 / 2) ·ℎ 𝑥)) = ((𝑦 / 2) ·ℎ (𝑇‘𝑥)))
33	31, 32	sylan 580	. . . 4 ⊢ (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → (𝑇‘((𝑦 / 2) ·ℎ 𝑥)) = ((𝑦 / 2) ·ℎ (𝑇‘𝑥)))
34	33	fveq2d 6885	. . 3 ⊢ (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → (normℎ‘(𝑇‘((𝑦 / 2) ·ℎ 𝑥))) = (normℎ‘((𝑦 / 2) ·ℎ (𝑇‘𝑥))))
35		norm-iii 31126	. . . 4 ⊢ (((𝑦 / 2) ∈ ℂ ∧ (𝑇‘𝑥) ∈ ℋ) → (normℎ‘((𝑦 / 2) ·ℎ (𝑇‘𝑥))) = ((abs‘(𝑦 / 2)) · (normℎ‘(𝑇‘𝑥))))
36	31, 25, 35	syl2an 596	. . 3 ⊢ (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → (normℎ‘((𝑦 / 2) ·ℎ (𝑇‘𝑥))) = ((abs‘(𝑦 / 2)) · (normℎ‘(𝑇‘𝑥))))
37		rpre 13022	. . . . . 6 ⊢ ((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ → (𝑦 / 2) ∈ ℝ)
38		rpge0 13027	. . . . . 6 ⊢ ((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ → 0 ≤ (𝑦 / 2))
39	37, 38	absidd 15446	. . . . 5 ⊢ ((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ → (abs‘(𝑦 / 2)) = (𝑦 / 2))
40	39	adantr 480	. . . 4 ⊢ (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → (abs‘(𝑦 / 2)) = (𝑦 / 2))
41	40	oveq1d 7425	. . 3 ⊢ (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → ((abs‘(𝑦 / 2)) · (normℎ‘(𝑇‘𝑥))) = ((𝑦 / 2) · (normℎ‘(𝑇‘𝑥))))
42	34, 36, 41	3eqtrrd 2776	. 2 ⊢ (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → ((𝑦 / 2) · (normℎ‘(𝑇‘𝑥))) = (normℎ‘(𝑇‘((𝑦 / 2) ·ℎ 𝑥))))
43	22, 24, 27, 30, 42	nmcexi 32012	1 ⊢ (normop‘𝑇) ∈ ℝ

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1540   ∈ wcel 2109  {cab 2714  ∀wral 3052  ∃wrex 3061   class class class wbr 5124  ⟶wf 6532  ‘cfv 6536  (class class class)co 7410  supcsup 9457  ℂcc 11132  ℝcr 11133  0cc0 11134  1c1 11135   · cmul 11139  ℝ^*cxr 11273   < clt 11274   ≤ cle 11275   / cdiv 11899  2c2 12300  ℝ⁺crp 13013  abscabs 15258   ℋchba 30905   ·_ℎ csm 30907  norm_ℎcno 30909  0_ℎc0v 30910   −_ℎ cmv 30911  norm_opcnop 30931  ContOpccop 30932  LinOpclo 30933

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  ax-hilex 30985  ax-hfvadd 30986  ax-hvass 30988  ax-hv0cl 30989  ax-hvaddid 30990  ax-hfvmul 30991  ax-hvmulid 30992  ax-hvmulass 30993  ax-hvdistr2 30995  ax-hvmul0 30996  ax-hfi 31065  ax-his1 31068  ax-his3 31070  ax-his4 31071

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-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-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-3 12309  df-n0 12507  df-z 12594  df-uz 12858  df-rp 13014  df-seq 14025  df-exp 14085  df-cj 15123  df-re 15124  df-im 15125  df-sqrt 15259  df-abs 15260  df-hnorm 30954  df-hvsub 30957  df-nmop 31825  df-cnop 31826  df-lnop 31827

This theorem is referenced by:  nmcoplbi  32014  nmcopex  32015  cnlnadjlem2  32054  cnlnadjlem7  32059  cnlnadjlem8  32060