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

Theorem nmcopexi 31784
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 ๐‘‡ โˆˆ LinOp
nmcopex.2 ๐‘‡ โˆˆ ContOp
Assertion
Ref Expression
nmcopexi (normopโ€˜๐‘‡) โˆˆ โ„

Proof of Theorem nmcopexi
Dummy variables ๐‘ฅ ๐‘š ๐‘ฆ ๐‘ง are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nmcopex.2 . . . 4 ๐‘‡ โˆˆ ContOp
2 ax-hv0cl 30760 . . . 4 0โ„Ž โˆˆ โ„‹
3 1rp 12981 . . . 4 1 โˆˆ โ„+
4 cnopc 31670 . . . 4 ((๐‘‡ โˆˆ ContOp โˆง 0โ„Ž โˆˆ โ„‹ โˆง 1 โˆˆ โ„+) โ†’ โˆƒ๐‘ฆ โˆˆ โ„+ โˆ€๐‘ง โˆˆ โ„‹ ((normโ„Žโ€˜(๐‘ง โˆ’โ„Ž 0โ„Ž)) < ๐‘ฆ โ†’ (normโ„Žโ€˜((๐‘‡โ€˜๐‘ง) โˆ’โ„Ž (๐‘‡โ€˜0โ„Ž))) < 1))
51, 2, 3, 4mp3an 1457 . . 3 โˆƒ๐‘ฆ โˆˆ โ„+ โˆ€๐‘ง โˆˆ โ„‹ ((normโ„Žโ€˜(๐‘ง โˆ’โ„Ž 0โ„Ž)) < ๐‘ฆ โ†’ (normโ„Žโ€˜((๐‘‡โ€˜๐‘ง) โˆ’โ„Ž (๐‘‡โ€˜0โ„Ž))) < 1)
6 hvsub0 30833 . . . . . . . 8 (๐‘ง โˆˆ โ„‹ โ†’ (๐‘ง โˆ’โ„Ž 0โ„Ž) = ๐‘ง)
76fveq2d 6888 . . . . . . 7 (๐‘ง โˆˆ โ„‹ โ†’ (normโ„Žโ€˜(๐‘ง โˆ’โ„Ž 0โ„Ž)) = (normโ„Žโ€˜๐‘ง))
87breq1d 5151 . . . . . 6 (๐‘ง โˆˆ โ„‹ โ†’ ((normโ„Žโ€˜(๐‘ง โˆ’โ„Ž 0โ„Ž)) < ๐‘ฆ โ†” (normโ„Žโ€˜๐‘ง) < ๐‘ฆ))
9 nmcopex.1 . . . . . . . . . . 11 ๐‘‡ โˆˆ LinOp
109lnop0i 31727 . . . . . . . . . 10 (๐‘‡โ€˜0โ„Ž) = 0โ„Ž
1110oveq2i 7415 . . . . . . . . 9 ((๐‘‡โ€˜๐‘ง) โˆ’โ„Ž (๐‘‡โ€˜0โ„Ž)) = ((๐‘‡โ€˜๐‘ง) โˆ’โ„Ž 0โ„Ž)
129lnopfi 31726 . . . . . . . . . . 11 ๐‘‡: โ„‹โŸถ โ„‹
1312ffvelcdmi 7078 . . . . . . . . . 10 (๐‘ง โˆˆ โ„‹ โ†’ (๐‘‡โ€˜๐‘ง) โˆˆ โ„‹)
14 hvsub0 30833 . . . . . . . . . 10 ((๐‘‡โ€˜๐‘ง) โˆˆ โ„‹ โ†’ ((๐‘‡โ€˜๐‘ง) โˆ’โ„Ž 0โ„Ž) = (๐‘‡โ€˜๐‘ง))
1513, 14syl 17 . . . . . . . . 9 (๐‘ง โˆˆ โ„‹ โ†’ ((๐‘‡โ€˜๐‘ง) โˆ’โ„Ž 0โ„Ž) = (๐‘‡โ€˜๐‘ง))
1611, 15eqtrid 2778 . . . . . . . 8 (๐‘ง โˆˆ โ„‹ โ†’ ((๐‘‡โ€˜๐‘ง) โˆ’โ„Ž (๐‘‡โ€˜0โ„Ž)) = (๐‘‡โ€˜๐‘ง))
1716fveq2d 6888 . . . . . . 7 (๐‘ง โˆˆ โ„‹ โ†’ (normโ„Žโ€˜((๐‘‡โ€˜๐‘ง) โˆ’โ„Ž (๐‘‡โ€˜0โ„Ž))) = (normโ„Žโ€˜(๐‘‡โ€˜๐‘ง)))
1817breq1d 5151 . . . . . 6 (๐‘ง โˆˆ โ„‹ โ†’ ((normโ„Žโ€˜((๐‘‡โ€˜๐‘ง) โˆ’โ„Ž (๐‘‡โ€˜0โ„Ž))) < 1 โ†” (normโ„Žโ€˜(๐‘‡โ€˜๐‘ง)) < 1))
198, 18imbi12d 344 . . . . 5 (๐‘ง โˆˆ โ„‹ โ†’ (((normโ„Žโ€˜(๐‘ง โˆ’โ„Ž 0โ„Ž)) < ๐‘ฆ โ†’ (normโ„Žโ€˜((๐‘‡โ€˜๐‘ง) โˆ’โ„Ž (๐‘‡โ€˜0โ„Ž))) < 1) โ†” ((normโ„Žโ€˜๐‘ง) < ๐‘ฆ โ†’ (normโ„Žโ€˜(๐‘‡โ€˜๐‘ง)) < 1)))
2019ralbiia 3085 . . . 4 (โˆ€๐‘ง โˆˆ โ„‹ ((normโ„Žโ€˜(๐‘ง โˆ’โ„Ž 0โ„Ž)) < ๐‘ฆ โ†’ (normโ„Žโ€˜((๐‘‡โ€˜๐‘ง) โˆ’โ„Ž (๐‘‡โ€˜0โ„Ž))) < 1) โ†” โˆ€๐‘ง โˆˆ โ„‹ ((normโ„Žโ€˜๐‘ง) < ๐‘ฆ โ†’ (normโ„Žโ€˜(๐‘‡โ€˜๐‘ง)) < 1))
2120rexbii 3088 . . 3 (โˆƒ๐‘ฆ โˆˆ โ„+ โˆ€๐‘ง โˆˆ โ„‹ ((normโ„Žโ€˜(๐‘ง โˆ’โ„Ž 0โ„Ž)) < ๐‘ฆ โ†’ (normโ„Žโ€˜((๐‘‡โ€˜๐‘ง) โˆ’โ„Ž (๐‘‡โ€˜0โ„Ž))) < 1) โ†” โˆƒ๐‘ฆ โˆˆ โ„+ โˆ€๐‘ง โˆˆ โ„‹ ((normโ„Žโ€˜๐‘ง) < ๐‘ฆ โ†’ (normโ„Žโ€˜(๐‘‡โ€˜๐‘ง)) < 1))
225, 21mpbi 229 . 2 โˆƒ๐‘ฆ โˆˆ โ„+ โˆ€๐‘ง โˆˆ โ„‹ ((normโ„Žโ€˜๐‘ง) < ๐‘ฆ โ†’ (normโ„Žโ€˜(๐‘‡โ€˜๐‘ง)) < 1)
23 nmopval 31613 . . 3 (๐‘‡: โ„‹โŸถ โ„‹ โ†’ (normopโ€˜๐‘‡) = sup({๐‘š โˆฃ โˆƒ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ ((normโ„Žโ€˜๐‘ฅ) โ‰ค 1 โˆง ๐‘š = (normโ„Žโ€˜(๐‘‡โ€˜๐‘ฅ)))}, โ„*, < ))
2412, 23ax-mp 5 . 2 (normopโ€˜๐‘‡) = sup({๐‘š โˆฃ โˆƒ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ ((normโ„Žโ€˜๐‘ฅ) โ‰ค 1 โˆง ๐‘š = (normโ„Žโ€˜(๐‘‡โ€˜๐‘ฅ)))}, โ„*, < )
2512ffvelcdmi 7078 . . 3 (๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โ†’ (๐‘‡โ€˜๐‘ฅ) โˆˆ โ„‹)
26 normcl 30882 . . 3 ((๐‘‡โ€˜๐‘ฅ) โˆˆ โ„‹ โ†’ (normโ„Žโ€˜(๐‘‡โ€˜๐‘ฅ)) โˆˆ โ„)
2725, 26syl 17 . 2 (๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โ†’ (normโ„Žโ€˜(๐‘‡โ€˜๐‘ฅ)) โˆˆ โ„)
2810fveq2i 6887 . . 3 (normโ„Žโ€˜(๐‘‡โ€˜0โ„Ž)) = (normโ„Žโ€˜0โ„Ž)
29 norm0 30885 . . 3 (normโ„Žโ€˜0โ„Ž) = 0
3028, 29eqtri 2754 . 2 (normโ„Žโ€˜(๐‘‡โ€˜0โ„Ž)) = 0
31 rpcn 12987 . . . . 5 ((๐‘ฆ / 2) โˆˆ โ„+ โ†’ (๐‘ฆ / 2) โˆˆ โ„‚)
329lnopmuli 31729 . . . . 5 (((๐‘ฆ / 2) โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹) โ†’ (๐‘‡โ€˜((๐‘ฆ / 2) ยทโ„Ž ๐‘ฅ)) = ((๐‘ฆ / 2) ยทโ„Ž (๐‘‡โ€˜๐‘ฅ)))
3331, 32sylan 579 . . . 4 (((๐‘ฆ / 2) โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹) โ†’ (๐‘‡โ€˜((๐‘ฆ / 2) ยทโ„Ž ๐‘ฅ)) = ((๐‘ฆ / 2) ยทโ„Ž (๐‘‡โ€˜๐‘ฅ)))
3433fveq2d 6888 . . 3 (((๐‘ฆ / 2) โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹) โ†’ (normโ„Žโ€˜(๐‘‡โ€˜((๐‘ฆ / 2) ยทโ„Ž ๐‘ฅ))) = (normโ„Žโ€˜((๐‘ฆ / 2) ยทโ„Ž (๐‘‡โ€˜๐‘ฅ))))
35 norm-iii 30897 . . . 4 (((๐‘ฆ / 2) โˆˆ โ„‚ โˆง (๐‘‡โ€˜๐‘ฅ) โˆˆ โ„‹) โ†’ (normโ„Žโ€˜((๐‘ฆ / 2) ยทโ„Ž (๐‘‡โ€˜๐‘ฅ))) = ((absโ€˜(๐‘ฆ / 2)) ยท (normโ„Žโ€˜(๐‘‡โ€˜๐‘ฅ))))
3631, 25, 35syl2an 595 . . 3 (((๐‘ฆ / 2) โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹) โ†’ (normโ„Žโ€˜((๐‘ฆ / 2) ยทโ„Ž (๐‘‡โ€˜๐‘ฅ))) = ((absโ€˜(๐‘ฆ / 2)) ยท (normโ„Žโ€˜(๐‘‡โ€˜๐‘ฅ))))
37 rpre 12985 . . . . . 6 ((๐‘ฆ / 2) โˆˆ โ„+ โ†’ (๐‘ฆ / 2) โˆˆ โ„)
38 rpge0 12990 . . . . . 6 ((๐‘ฆ / 2) โˆˆ โ„+ โ†’ 0 โ‰ค (๐‘ฆ / 2))
3937, 38absidd 15372 . . . . 5 ((๐‘ฆ / 2) โˆˆ โ„+ โ†’ (absโ€˜(๐‘ฆ / 2)) = (๐‘ฆ / 2))
4039adantr 480 . . . 4 (((๐‘ฆ / 2) โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹) โ†’ (absโ€˜(๐‘ฆ / 2)) = (๐‘ฆ / 2))
4140oveq1d 7419 . . 3 (((๐‘ฆ / 2) โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹) โ†’ ((absโ€˜(๐‘ฆ / 2)) ยท (normโ„Žโ€˜(๐‘‡โ€˜๐‘ฅ))) = ((๐‘ฆ / 2) ยท (normโ„Žโ€˜(๐‘‡โ€˜๐‘ฅ))))
4234, 36, 413eqtrrd 2771 . 2 (((๐‘ฆ / 2) โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹) โ†’ ((๐‘ฆ / 2) ยท (normโ„Žโ€˜(๐‘‡โ€˜๐‘ฅ))) = (normโ„Žโ€˜(๐‘‡โ€˜((๐‘ฆ / 2) ยทโ„Ž ๐‘ฅ))))
4322, 24, 27, 30, 42nmcexi 31783 1 (normopโ€˜๐‘‡) โˆˆ โ„
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   โ†’ wi 4   โˆง wa 395   = wceq 1533   โˆˆ wcel 2098  {cab 2703  โˆ€wral 3055  โˆƒwrex 3064   class class class wbr 5141  โŸถwf 6532  โ€˜cfv 6536  (class class class)co 7404  supcsup 9434  โ„‚cc 11107  โ„cr 11108  0cc0 11109  1c1 11110   ยท cmul 11114  โ„*cxr 11248   < clt 11249   โ‰ค cle 11250   / cdiv 11872  2c2 12268  โ„+crp 12977  abscabs 15184   โ„‹chba 30676   ยทโ„Ž csm 30678  normโ„Žcno 30680  0โ„Žc0v 30681   โˆ’โ„Ž cmv 30682  normopcnop 30702  ContOpccop 30703  LinOpclo 30704
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1789  ax-4 1803  ax-5 1905  ax-6 1963  ax-7 2003  ax-8 2100  ax-9 2108  ax-10 2129  ax-11 2146  ax-12 2163  ax-ext 2697  ax-sep 5292  ax-nul 5299  ax-pow 5356  ax-pr 5420  ax-un 7721  ax-cnex 11165  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-pre-sup 11187  ax-hilex 30756  ax-hfvadd 30757  ax-hvass 30759  ax-hv0cl 30760  ax-hvaddid 30761  ax-hfvmul 30762  ax-hvmulid 30763  ax-hvmulass 30764  ax-hvdistr2 30766  ax-hvmul0 30767  ax-hfi 30836  ax-his1 30839  ax-his3 30841  ax-his4 30842
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1536  df-fal 1546  df-ex 1774  df-nf 1778  df-sb 2060  df-mo 2528  df-eu 2557  df-clab 2704  df-cleq 2718  df-clel 2804  df-nfc 2879  df-ne 2935  df-nel 3041  df-ral 3056  df-rex 3065  df-rmo 3370  df-reu 3371  df-rab 3427  df-v 3470  df-sbc 3773  df-csb 3889  df-dif 3946  df-un 3948  df-in 3950  df-ss 3960  df-pss 3962  df-nul 4318  df-if 4524  df-pw 4599  df-sn 4624  df-pr 4626  df-op 4630  df-uni 4903  df-iun 4992  df-br 5142  df-opab 5204  df-mpt 5225  df-tr 5259  df-id 5567  df-eprel 5573  df-po 5581  df-so 5582  df-fr 5624  df-we 5626  df-xp 5675  df-rel 5676  df-cnv 5677  df-co 5678  df-dm 5679  df-rn 5680  df-res 5681  df-ima 5682  df-pred 6293  df-ord 6360  df-on 6361  df-lim 6362  df-suc 6363  df-iota 6488  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-riota 7360  df-ov 7407  df-oprab 7408  df-mpo 7409  df-om 7852  df-2nd 7972  df-frecs 8264  df-wrecs 8295  df-recs 8369  df-rdg 8408  df-er 8702  df-map 8821  df-en 8939  df-dom 8940  df-sdom 8941  df-sup 9436  df-pnf 11251  df-mnf 11252  df-xr 11253  df-ltxr 11254  df-le 11255  df-sub 11447  df-neg 11448  df-div 11873  df-nn 12214  df-2 12276  df-3 12277  df-n0 12474  df-z 12560  df-uz 12824  df-rp 12978  df-seq 13970  df-exp 14030  df-cj 15049  df-re 15050  df-im 15051  df-sqrt 15185  df-abs 15186  df-hnorm 30725  df-hvsub 30728  df-nmop 31596  df-cnop 31597  df-lnop 31598
This theorem is referenced by:  nmcoplbi  31785  nmcopex  31786  cnlnadjlem2  31825  cnlnadjlem7  31830  cnlnadjlem8  31831
  Copyright terms: Public domain W3C validator