Theorem nmcopexi 32113

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 31089	. . . 4 ⊢ 0ℎ ∈ ℋ
3		1rp 12937	. . . 4 ⊢ 1 ∈ ℝ+
4		cnopc 31999	. . . 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 1464	. . 3 ⊢ ∃𝑦 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ ℋ ((normℎ‘(𝑧 −ℎ 0ℎ)) < 𝑦 → (normℎ‘((𝑇‘𝑧) −ℎ (𝑇‘0ℎ))) < 1)
6		hvsub0 31162	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑧 ∈ ℋ → (𝑧 −ℎ 0ℎ) = 𝑧)
7	6	fveq2d 6838	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 ∈ ℋ → (normℎ‘(𝑧 −ℎ 0ℎ)) = (normℎ‘𝑧))
8	7	breq1d 5096	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 ∈ ℋ → ((normℎ‘(𝑧 −ℎ 0ℎ)) < 𝑦 ↔ (normℎ‘𝑧) < 𝑦))
9		nmcopex.1	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 𝑇 ∈ LinOp
10	9	lnop0i 32056	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑇‘0ℎ) = 0ℎ
11	10	oveq2i 7371	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑇‘𝑧) −ℎ (𝑇‘0ℎ)) = ((𝑇‘𝑧) −ℎ 0ℎ)
12	9	lnopfi 32055	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 𝑇: ℋ⟶ ℋ
13	12	ffvelcdmi 7029	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 ∈ ℋ → (𝑇‘𝑧) ∈ ℋ)
14		hvsub0 31162	. . . . . . . . . 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 2784	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑧 ∈ ℋ → ((𝑇‘𝑧) −ℎ (𝑇‘0ℎ)) = (𝑇‘𝑧))
17	16	fveq2d 6838	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 ∈ ℋ → (normℎ‘((𝑇‘𝑧) −ℎ (𝑇‘0ℎ))) = (normℎ‘(𝑇‘𝑧)))
18	17	breq1d 5096	. . . . . 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 3082	. . . 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 3085	. . 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 31942	. . 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 7029	. . 3 ⊢ (𝑥 ∈ ℋ → (𝑇‘𝑥) ∈ ℋ)
26		normcl 31211	. . 3 ⊢ ((𝑇‘𝑥) ∈ ℋ → (normℎ‘(𝑇‘𝑥)) ∈ ℝ)
27	25, 26	syl 17	. 2 ⊢ (𝑥 ∈ ℋ → (normℎ‘(𝑇‘𝑥)) ∈ ℝ)
28	10	fveq2i 6837	. . 3 ⊢ (normℎ‘(𝑇‘0ℎ)) = (normℎ‘0ℎ)
29		norm0 31214	. . 3 ⊢ (normℎ‘0ℎ) = 0
30	28, 29	eqtri 2760	. 2 ⊢ (normℎ‘(𝑇‘0ℎ)) = 0
31		rpcn 12944	. . . . 5 ⊢ ((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ → (𝑦 / 2) ∈ ℂ)
32	9	lnopmuli 32058	. . . . 5 ⊢ (((𝑦 / 2) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → (𝑇‘((𝑦 / 2) ·ℎ 𝑥)) = ((𝑦 / 2) ·ℎ (𝑇‘𝑥)))
33	31, 32	sylan 581	. . . 4 ⊢ (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → (𝑇‘((𝑦 / 2) ·ℎ 𝑥)) = ((𝑦 / 2) ·ℎ (𝑇‘𝑥)))
34	33	fveq2d 6838	. . 3 ⊢ (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → (normℎ‘(𝑇‘((𝑦 / 2) ·ℎ 𝑥))) = (normℎ‘((𝑦 / 2) ·ℎ (𝑇‘𝑥))))
35		norm-iii 31226	. . . 4 ⊢ (((𝑦 / 2) ∈ ℂ ∧ (𝑇‘𝑥) ∈ ℋ) → (normℎ‘((𝑦 / 2) ·ℎ (𝑇‘𝑥))) = ((abs‘(𝑦 / 2)) · (normℎ‘(𝑇‘𝑥))))
36	31, 25, 35	syl2an 597	. . 3 ⊢ (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → (normℎ‘((𝑦 / 2) ·ℎ (𝑇‘𝑥))) = ((abs‘(𝑦 / 2)) · (normℎ‘(𝑇‘𝑥))))
37		rpre 12942	. . . . . 6 ⊢ ((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ → (𝑦 / 2) ∈ ℝ)
38		rpge0 12947	. . . . . 6 ⊢ ((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ → 0 ≤ (𝑦 / 2))
39	37, 38	absidd 15376	. . . . 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 7375	. . 3 ⊢ (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → ((abs‘(𝑦 / 2)) · (normℎ‘(𝑇‘𝑥))) = ((𝑦 / 2) · (normℎ‘(𝑇‘𝑥))))
42	34, 36, 41	3eqtrrd 2777	. 2 ⊢ (((𝑦 / 2) ∈ ℝ+ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → ((𝑦 / 2) · (normℎ‘(𝑇‘𝑥))) = (normℎ‘(𝑇‘((𝑦 / 2) ·ℎ 𝑥))))
43	22, 24, 27, 30, 42	nmcexi 32112	1 ⊢ (normop‘𝑇) ∈ ℝ

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1542   ∈ wcel 2114  {cab 2715  ∀wral 3052  ∃wrex 3062   class class class wbr 5086  ⟶wf 6488  ‘cfv 6492  (class class class)co 7360  supcsup 9346  ℂcc 11027  ℝcr 11028  0cc0 11029  1c1 11030   · cmul 11034  ℝ^*cxr 11169   < clt 11170   ≤ cle 11171   / cdiv 11798  2c2 12227  ℝ⁺crp 12933  abscabs 15187   ℋchba 31005   ·_ℎ csm 31007  norm_ℎcno 31009  0_ℎc0v 31010   −_ℎ cmv 31011  norm_opcnop 31031  ContOpccop 31032  LinOpclo 31033

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 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5302  ax-pr 5370  ax-un 7682  ax-cnex 11085  ax-resscn 11086  ax-1cn 11087  ax-icn 11088  ax-addcl 11089  ax-addrcl 11090  ax-mulcl 11091  ax-mulrcl 11092  ax-mulcom 11093  ax-addass 11094  ax-mulass 11095  ax-distr 11096  ax-i2m1 11097  ax-1ne0 11098  ax-1rid 11099  ax-rnegex 11100  ax-rrecex 11101  ax-cnre 11102  ax-pre-lttri 11103  ax-pre-lttrn 11104  ax-pre-ltadd 11105  ax-pre-mulgt0 11106  ax-pre-sup 11107  ax-hilex 31085  ax-hfvadd 31086  ax-hvass 31088  ax-hv0cl 31089  ax-hvaddid 31090  ax-hfvmul 31091  ax-hvmulid 31092  ax-hvmulass 31093  ax-hvdistr2 31095  ax-hvmul0 31096  ax-hfi 31165  ax-his1 31168  ax-his3 31170  ax-his4 31171

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-rmo 3343  df-reu 3344  df-rab 3391  df-v 3432  df-sbc 3730  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-nul 4275  df-if 4468  df-pw 4544  df-sn 4569  df-pr 4571  df-op 4575  df-uni 4852  df-iun 4936  df-br 5087  df-opab 5149  df-mpt 5168  df-tr 5194  df-id 5519  df-eprel 5524  df-po 5532  df-so 5533  df-fr 5577  df-we 5579  df-xp 5630  df-rel 5631  df-cnv 5632  df-co 5633  df-dm 5634  df-rn 5635  df-res 5636  df-ima 5637  df-pred 6259  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6494  df-fn 6495  df-f 6496  df-f1 6497  df-fo 6498  df-f1o 6499  df-fv 6500  df-riota 7317  df-ov 7363  df-oprab 7364  df-mpo 7365  df-om 7811  df-2nd 7936  df-frecs 8224  df-wrecs 8255  df-recs 8304  df-rdg 8342  df-er 8636  df-map 8768  df-en 8887  df-dom 8888  df-sdom 8889  df-sup 9348  df-pnf 11172  df-mnf 11173  df-xr 11174  df-ltxr 11175  df-le 11176  df-sub 11370  df-neg 11371  df-div 11799  df-nn 12166  df-2 12235  df-3 12236  df-n0 12429  df-z 12516  df-uz 12780  df-rp 12934  df-seq 13955  df-exp 14015  df-cj 15052  df-re 15053  df-im 15054  df-sqrt 15188  df-abs 15189  df-hnorm 31054  df-hvsub 31057  df-nmop 31925  df-cnop 31926  df-lnop 31927

This theorem is referenced by:  nmcoplbi  32114  nmcopex  32115  cnlnadjlem2  32154  cnlnadjlem7  32159  cnlnadjlem8  32160