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

Theorem nmcopexi 29813
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 (normop𝑇) ∈ ℝ

Proof of Theorem nmcopexi
Dummy variables 𝑥 𝑚 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nmcopex.2 . . . 4 𝑇 ∈ ContOp
2 ax-hv0cl 28789 . . . 4 0 ∈ ℋ
3 1rp 12390 . . . 4 1 ∈ ℝ+
4 cnopc 29699 . . . 4 ((𝑇 ∈ ContOp ∧ 0 ∈ ℋ ∧ 1 ∈ ℝ+) → ∃𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℋ ((norm‘(𝑧 0)) < 𝑦 → (norm‘((𝑇𝑧) − (𝑇‘0))) < 1))
51, 2, 3, 4mp3an 1458 . . 3 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℋ ((norm‘(𝑧 0)) < 𝑦 → (norm‘((𝑇𝑧) − (𝑇‘0))) < 1)
6 hvsub0 28862 . . . . . . . 8 (𝑧 ∈ ℋ → (𝑧 0) = 𝑧)
76fveq2d 6665 . . . . . . 7 (𝑧 ∈ ℋ → (norm‘(𝑧 0)) = (norm𝑧))
87breq1d 5062 . . . . . 6 (𝑧 ∈ ℋ → ((norm‘(𝑧 0)) < 𝑦 ↔ (norm𝑧) < 𝑦))
9 nmcopex.1 . . . . . . . . . . 11 𝑇 ∈ LinOp
109lnop0i 29756 . . . . . . . . . 10 (𝑇‘0) = 0
1110oveq2i 7160 . . . . . . . . 9 ((𝑇𝑧) − (𝑇‘0)) = ((𝑇𝑧) − 0)
129lnopfi 29755 . . . . . . . . . . 11 𝑇: ℋ⟶ ℋ
1312ffvelrni 6841 . . . . . . . . . 10 (𝑧 ∈ ℋ → (𝑇𝑧) ∈ ℋ)
14 hvsub0 28862 . . . . . . . . . 10 ((𝑇𝑧) ∈ ℋ → ((𝑇𝑧) − 0) = (𝑇𝑧))
1513, 14syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑧 ∈ ℋ → ((𝑇𝑧) − 0) = (𝑇𝑧))
1611, 15syl5eq 2871 . . . . . . . 8 (𝑧 ∈ ℋ → ((𝑇𝑧) − (𝑇‘0)) = (𝑇𝑧))
1716fveq2d 6665 . . . . . . 7 (𝑧 ∈ ℋ → (norm‘((𝑇𝑧) − (𝑇‘0))) = (norm‘(𝑇𝑧)))
1817breq1d 5062 . . . . . 6 (𝑧 ∈ ℋ → ((norm‘((𝑇𝑧) − (𝑇‘0))) < 1 ↔ (norm‘(𝑇𝑧)) < 1))
198, 18imbi12d 348 . . . . 5 (𝑧 ∈ ℋ → (((norm‘(𝑧 0)) < 𝑦 → (norm‘((𝑇𝑧) − (𝑇‘0))) < 1) ↔ ((norm𝑧) < 𝑦 → (norm‘(𝑇𝑧)) < 1)))
2019ralbiia 3159 . . . 4 (∀𝑧 ∈ ℋ ((norm‘(𝑧 0)) < 𝑦 → (norm‘((𝑇𝑧) − (𝑇‘0))) < 1) ↔ ∀𝑧 ∈ ℋ ((norm𝑧) < 𝑦 → (norm‘(𝑇𝑧)) < 1))
2120rexbii 3241 . . 3 (∃𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℋ ((norm‘(𝑧 0)) < 𝑦 → (norm‘((𝑇𝑧) − (𝑇‘0))) < 1) ↔ ∃𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℋ ((norm𝑧) < 𝑦 → (norm‘(𝑇𝑧)) < 1))
225, 21mpbi 233 . 2 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℋ ((norm𝑧) < 𝑦 → (norm‘(𝑇𝑧)) < 1)
23 nmopval 29642 . . 3 (𝑇: ℋ⟶ ℋ → (normop𝑇) = sup({𝑚 ∣ ∃𝑥 ∈ ℋ ((norm𝑥) ≤ 1 ∧ 𝑚 = (norm‘(𝑇𝑥)))}, ℝ*, < ))
2412, 23ax-mp 5 . 2 (normop𝑇) = sup({𝑚 ∣ ∃𝑥 ∈ ℋ ((norm𝑥) ≤ 1 ∧ 𝑚 = (norm‘(𝑇𝑥)))}, ℝ*, < )
2512ffvelrni 6841 . . 3 (𝑥 ∈ ℋ → (𝑇𝑥) ∈ ℋ)
26 normcl 28911 . . 3 ((𝑇𝑥) ∈ ℋ → (norm‘(𝑇𝑥)) ∈ ℝ)
2725, 26syl 17 . 2 (𝑥 ∈ ℋ → (norm‘(𝑇𝑥)) ∈ ℝ)
2810fveq2i 6664 . . 3 (norm‘(𝑇‘0)) = (norm‘0)
29 norm0 28914 . . 3 (norm‘0) = 0
3028, 29eqtri 2847 . 2 (norm‘(𝑇‘0)) = 0
31 rpcn 12396 . . . . 5 ((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ → (𝑦 / 2) ∈ ℂ)
329lnopmuli 29758 . . . . 5 (((𝑦 / 2) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → (𝑇‘((𝑦 / 2) · 𝑥)) = ((𝑦 / 2) · (𝑇𝑥)))
3331, 32sylan 583 . . . 4 (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℋ) → (𝑇‘((𝑦 / 2) · 𝑥)) = ((𝑦 / 2) · (𝑇𝑥)))
3433fveq2d 6665 . . 3 (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℋ) → (norm‘(𝑇‘((𝑦 / 2) · 𝑥))) = (norm‘((𝑦 / 2) · (𝑇𝑥))))
35 norm-iii 28926 . . . 4 (((𝑦 / 2) ∈ ℂ ∧ (𝑇𝑥) ∈ ℋ) → (norm‘((𝑦 / 2) · (𝑇𝑥))) = ((abs‘(𝑦 / 2)) · (norm‘(𝑇𝑥))))
3631, 25, 35syl2an 598 . . 3 (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℋ) → (norm‘((𝑦 / 2) · (𝑇𝑥))) = ((abs‘(𝑦 / 2)) · (norm‘(𝑇𝑥))))
37 rpre 12394 . . . . . 6 ((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ → (𝑦 / 2) ∈ ℝ)
38 rpge0 12399 . . . . . 6 ((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ → 0 ≤ (𝑦 / 2))
3937, 38absidd 14782 . . . . 5 ((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ → (abs‘(𝑦 / 2)) = (𝑦 / 2))
4039adantr 484 . . . 4 (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℋ) → (abs‘(𝑦 / 2)) = (𝑦 / 2))
4140oveq1d 7164 . . 3 (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℋ) → ((abs‘(𝑦 / 2)) · (norm‘(𝑇𝑥))) = ((𝑦 / 2) · (norm‘(𝑇𝑥))))
4234, 36, 413eqtrrd 2864 . 2 (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℋ) → ((𝑦 / 2) · (norm‘(𝑇𝑥))) = (norm‘(𝑇‘((𝑦 / 2) · 𝑥))))
4322, 24, 27, 30, 42nmcexi 29812 1 (normop𝑇) ∈ ℝ
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 399   = wceq 1538  wcel 2115  {cab 2802  wral 3133  wrex 3134   class class class wbr 5052  wf 6339  cfv 6343  (class class class)co 7149  supcsup 8901  cc 10533  cr 10534  0cc0 10535  1c1 10536   · cmul 10540  *cxr 10672   < clt 10673  cle 10674   / cdiv 11295  2c2 11689  +crp 12386  abscabs 14593  chba 28705   · csm 28707  normcno 28709  0c0v 28710   cmv 28711  normopcnop 28731  ContOpccop 28732  LinOpclo 28733
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1971  ax-7 2016  ax-8 2117  ax-9 2125  ax-10 2146  ax-11 2162  ax-12 2179  ax-ext 2796  ax-sep 5189  ax-nul 5196  ax-pow 5253  ax-pr 5317  ax-un 7455  ax-cnex 10591  ax-resscn 10592  ax-1cn 10593  ax-icn 10594  ax-addcl 10595  ax-addrcl 10596  ax-mulcl 10597  ax-mulrcl 10598  ax-mulcom 10599  ax-addass 10600  ax-mulass 10601  ax-distr 10602  ax-i2m1 10603  ax-1ne0 10604  ax-1rid 10605  ax-rnegex 10606  ax-rrecex 10607  ax-cnre 10608  ax-pre-lttri 10609  ax-pre-lttrn 10610  ax-pre-ltadd 10611  ax-pre-mulgt0 10612  ax-pre-sup 10613  ax-hilex 28785  ax-hfvadd 28786  ax-hvass 28788  ax-hv0cl 28789  ax-hvaddid 28790  ax-hfvmul 28791  ax-hvmulid 28792  ax-hvmulass 28793  ax-hvdistr2 28795  ax-hvmul0 28796  ax-hfi 28865  ax-his1 28868  ax-his3 28870  ax-his4 28871
This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2071  df-mo 2624  df-eu 2655  df-clab 2803  df-cleq 2817  df-clel 2896  df-nfc 2964  df-ne 3015  df-nel 3119  df-ral 3138  df-rex 3139  df-reu 3140  df-rmo 3141  df-rab 3142  df-v 3482  df-sbc 3759  df-csb 3867  df-dif 3922  df-un 3924  df-in 3926  df-ss 3936  df-pss 3938  df-nul 4277  df-if 4451  df-pw 4524  df-sn 4551  df-pr 4553  df-tp 4555  df-op 4557  df-uni 4825  df-iun 4907  df-br 5053  df-opab 5115  df-mpt 5133  df-tr 5159  df-id 5447  df-eprel 5452  df-po 5461  df-so 5462  df-fr 5501  df-we 5503  df-xp 5548  df-rel 5549  df-cnv 5550  df-co 5551  df-dm 5552  df-rn 5553  df-res 5554  df-ima 5555  df-pred 6135  df-ord 6181  df-on 6182  df-lim 6183  df-suc 6184  df-iota 6302  df-fun 6345  df-fn 6346  df-f 6347  df-f1 6348  df-fo 6349  df-f1o 6350  df-fv 6351  df-riota 7107  df-ov 7152  df-oprab 7153  df-mpo 7154  df-om 7575  df-2nd 7685  df-wrecs 7943  df-recs 8004  df-rdg 8042  df-er 8285  df-map 8404  df-en 8506  df-dom 8507  df-sdom 8508  df-sup 8903  df-pnf 10675  df-mnf 10676  df-xr 10677  df-ltxr 10678  df-le 10679  df-sub 10870  df-neg 10871  df-div 11296  df-nn 11635  df-2 11697  df-3 11698  df-n0 11895  df-z 11979  df-uz 12241  df-rp 12387  df-seq 13374  df-exp 13435  df-cj 14458  df-re 14459  df-im 14460  df-sqrt 14594  df-abs 14595  df-hnorm 28754  df-hvsub 28757  df-nmop 29625  df-cnop 29626  df-lnop 29627
This theorem is referenced by:  nmcoplbi  29814  nmcopex  29815  cnlnadjlem2  29854  cnlnadjlem7  29859  cnlnadjlem8  29860
  Copyright terms: Public domain W3C validator