MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  nmoi Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem nmoi 23997
Description: The operator norm achieves the minimum of the set of upper bounds, if the operator is bounded. (Contributed by Mario Carneiro, 18-Oct-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
nmofval.1 𝑁 = (𝑆 normOp 𝑇)
nmoi.2 𝑉 = (Base‘𝑆)
nmoi.3 𝐿 = (norm‘𝑆)
nmoi.4 𝑀 = (norm‘𝑇)
Assertion
Ref Expression
nmoi ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝑀‘(𝐹𝑋)) ≤ ((𝑁𝐹) · (𝐿𝑋)))

Proof of Theorem nmoi
Dummy variables 𝑟 𝑥 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 2fveq3 6834 . . 3 (𝑋 = (0g𝑆) → (𝑀‘(𝐹𝑋)) = (𝑀‘(𝐹‘(0g𝑆))))
2 fveq2 6829 . . . 4 (𝑋 = (0g𝑆) → (𝐿𝑋) = (𝐿‘(0g𝑆)))
32oveq2d 7357 . . 3 (𝑋 = (0g𝑆) → ((𝑁𝐹) · (𝐿𝑋)) = ((𝑁𝐹) · (𝐿‘(0g𝑆))))
41, 3breq12d 5109 . 2 (𝑋 = (0g𝑆) → ((𝑀‘(𝐹𝑋)) ≤ ((𝑁𝐹) · (𝐿𝑋)) ↔ (𝑀‘(𝐹‘(0g𝑆))) ≤ ((𝑁𝐹) · (𝐿‘(0g𝑆)))))
5 2fveq3 6834 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑋 → (𝑀‘(𝐹𝑥)) = (𝑀‘(𝐹𝑋)))
6 fveq2 6829 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑋 → (𝐿𝑥) = (𝐿𝑋))
76oveq2d 7357 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑋 → (𝑟 · (𝐿𝑥)) = (𝑟 · (𝐿𝑋)))
85, 7breq12d 5109 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑋 → ((𝑀‘(𝐹𝑥)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑥)) ↔ (𝑀‘(𝐹𝑋)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑋))))
98rspcv 3569 . . . . . . 7 (𝑋𝑉 → (∀𝑥𝑉 (𝑀‘(𝐹𝑥)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑥)) → (𝑀‘(𝐹𝑋)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑋))))
109ad3antlr 729 . . . . . 6 ((((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) ∧ 𝑟 ∈ (0[,)+∞)) → (∀𝑥𝑉 (𝑀‘(𝐹𝑥)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑥)) → (𝑀‘(𝐹𝑋)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑋))))
11 nmofval.1 . . . . . . . . . . . . . 14 𝑁 = (𝑆 normOp 𝑇)
1211isnghm 23992 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ↔ ((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) ∧ (𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇) ∧ (𝑁𝐹) ∈ ℝ)))
1312simplbi 499 . . . . . . . . . . . 12 (𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) → (𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp))
1413adantr 482 . . . . . . . . . . 11 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp))
1514simprd 497 . . . . . . . . . 10 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → 𝑇 ∈ NrmGrp)
1612simprbi 498 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) → (𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇) ∧ (𝑁𝐹) ∈ ℝ))
1716adantr 482 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇) ∧ (𝑁𝐹) ∈ ℝ))
1817simpld 496 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇))
19 nmoi.2 . . . . . . . . . . . . 13 𝑉 = (Base‘𝑆)
20 eqid 2737 . . . . . . . . . . . . 13 (Base‘𝑇) = (Base‘𝑇)
2119, 20ghmf 18934 . . . . . . . . . . . 12 (𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇) → 𝐹:𝑉⟶(Base‘𝑇))
2218, 21syl 17 . . . . . . . . . . 11 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → 𝐹:𝑉⟶(Base‘𝑇))
23 ffvelcdm 7019 . . . . . . . . . . 11 ((𝐹:𝑉⟶(Base‘𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝐹𝑋) ∈ (Base‘𝑇))
2422, 23sylancom 589 . . . . . . . . . 10 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝐹𝑋) ∈ (Base‘𝑇))
25 nmoi.4 . . . . . . . . . . 11 𝑀 = (norm‘𝑇)
2620, 25nmcl 23877 . . . . . . . . . 10 ((𝑇 ∈ NrmGrp ∧ (𝐹𝑋) ∈ (Base‘𝑇)) → (𝑀‘(𝐹𝑋)) ∈ ℝ)
2715, 24, 26syl2anc 585 . . . . . . . . 9 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝑀‘(𝐹𝑋)) ∈ ℝ)
2827adantr 482 . . . . . . . 8 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → (𝑀‘(𝐹𝑋)) ∈ ℝ)
2928adantr 482 . . . . . . 7 ((((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) ∧ 𝑟 ∈ (0[,)+∞)) → (𝑀‘(𝐹𝑋)) ∈ ℝ)
30 elrege0 13291 . . . . . . . . 9 (𝑟 ∈ (0[,)+∞) ↔ (𝑟 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑟))
3130simplbi 499 . . . . . . . 8 (𝑟 ∈ (0[,)+∞) → 𝑟 ∈ ℝ)
3231adantl 483 . . . . . . 7 ((((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) ∧ 𝑟 ∈ (0[,)+∞)) → 𝑟 ∈ ℝ)
3314simpld 496 . . . . . . . . . . 11 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → 𝑆 ∈ NrmGrp)
34 simpr 486 . . . . . . . . . . 11 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → 𝑋𝑉)
3533, 34jca 513 . . . . . . . . . 10 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑋𝑉))
36 nmoi.3 . . . . . . . . . . . 12 𝐿 = (norm‘𝑆)
37 eqid 2737 . . . . . . . . . . . 12 (0g𝑆) = (0g𝑆)
3819, 36, 37nmrpcl 23881 . . . . . . . . . . 11 ((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑋𝑉𝑋 ≠ (0g𝑆)) → (𝐿𝑋) ∈ ℝ+)
39383expa 1118 . . . . . . . . . 10 (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → (𝐿𝑋) ∈ ℝ+)
4035, 39sylan 581 . . . . . . . . 9 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → (𝐿𝑋) ∈ ℝ+)
4140rpregt0d 12883 . . . . . . . 8 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → ((𝐿𝑋) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝐿𝑋)))
4241adantr 482 . . . . . . 7 ((((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) ∧ 𝑟 ∈ (0[,)+∞)) → ((𝐿𝑋) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝐿𝑋)))
43 ledivmul2 11959 . . . . . . 7 (((𝑀‘(𝐹𝑋)) ∈ ℝ ∧ 𝑟 ∈ ℝ ∧ ((𝐿𝑋) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝐿𝑋))) → (((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ≤ 𝑟 ↔ (𝑀‘(𝐹𝑋)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑋))))
4429, 32, 42, 43syl3anc 1371 . . . . . 6 ((((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) ∧ 𝑟 ∈ (0[,)+∞)) → (((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ≤ 𝑟 ↔ (𝑀‘(𝐹𝑋)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑋))))
4510, 44sylibrd 259 . . . . 5 ((((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) ∧ 𝑟 ∈ (0[,)+∞)) → (∀𝑥𝑉 (𝑀‘(𝐹𝑥)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑥)) → ((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ≤ 𝑟))
4645ralrimiva 3140 . . . 4 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → ∀𝑟 ∈ (0[,)+∞)(∀𝑥𝑉 (𝑀‘(𝐹𝑥)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑥)) → ((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ≤ 𝑟))
4733adantr 482 . . . . 5 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → 𝑆 ∈ NrmGrp)
4815adantr 482 . . . . 5 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → 𝑇 ∈ NrmGrp)
4918adantr 482 . . . . 5 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇))
5028, 40rerpdivcld 12908 . . . . . 6 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → ((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ∈ ℝ)
5150rexrd 11130 . . . . 5 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → ((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ∈ ℝ*)
5211, 19, 36, 25nmogelb 23985 . . . . 5 (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ ((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ∈ ℝ*) → (((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ≤ (𝑁𝐹) ↔ ∀𝑟 ∈ (0[,)+∞)(∀𝑥𝑉 (𝑀‘(𝐹𝑥)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑥)) → ((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ≤ 𝑟)))
5347, 48, 49, 51, 52syl31anc 1373 . . . 4 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → (((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ≤ (𝑁𝐹) ↔ ∀𝑟 ∈ (0[,)+∞)(∀𝑥𝑉 (𝑀‘(𝐹𝑥)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑥)) → ((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ≤ 𝑟)))
5446, 53mpbird 257 . . 3 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → ((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ≤ (𝑁𝐹))
5517simprd 497 . . . . 5 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝑁𝐹) ∈ ℝ)
5655adantr 482 . . . 4 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → (𝑁𝐹) ∈ ℝ)
5728, 56, 40ledivmul2d 12931 . . 3 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → (((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ≤ (𝑁𝐹) ↔ (𝑀‘(𝐹𝑋)) ≤ ((𝑁𝐹) · (𝐿𝑋))))
5854, 57mpbid 231 . 2 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → (𝑀‘(𝐹𝑋)) ≤ ((𝑁𝐹) · (𝐿𝑋)))
59 eqid 2737 . . . . . . 7 (0g𝑇) = (0g𝑇)
6037, 59ghmid 18936 . . . . . 6 (𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇) → (𝐹‘(0g𝑆)) = (0g𝑇))
6118, 60syl 17 . . . . 5 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝐹‘(0g𝑆)) = (0g𝑇))
6261fveq2d 6833 . . . 4 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝑀‘(𝐹‘(0g𝑆))) = (𝑀‘(0g𝑇)))
6325, 59nm0 23890 . . . . 5 (𝑇 ∈ NrmGrp → (𝑀‘(0g𝑇)) = 0)
6415, 63syl 17 . . . 4 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝑀‘(0g𝑇)) = 0)
6562, 64eqtrd 2777 . . 3 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝑀‘(𝐹‘(0g𝑆))) = 0)
6636, 37nm0 23890 . . . . . 6 (𝑆 ∈ NrmGrp → (𝐿‘(0g𝑆)) = 0)
6733, 66syl 17 . . . . 5 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝐿‘(0g𝑆)) = 0)
68 0re 11082 . . . . 5 0 ∈ ℝ
6967, 68eqeltrdi 2846 . . . 4 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝐿‘(0g𝑆)) ∈ ℝ)
7011nmoge0 23990 . . . . 5 ((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) → 0 ≤ (𝑁𝐹))
7133, 15, 18, 70syl3anc 1371 . . . 4 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → 0 ≤ (𝑁𝐹))
72 0le0 12179 . . . . 5 0 ≤ 0
7372, 67breqtrrid 5134 . . . 4 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → 0 ≤ (𝐿‘(0g𝑆)))
7455, 69, 71, 73mulge0d 11657 . . 3 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → 0 ≤ ((𝑁𝐹) · (𝐿‘(0g𝑆))))
7565, 74eqbrtrd 5118 . 2 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝑀‘(𝐹‘(0g𝑆))) ≤ ((𝑁𝐹) · (𝐿‘(0g𝑆))))
764, 58, 75pm2.61ne 3028 1 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝑀‘(𝐹𝑋)) ≤ ((𝑁𝐹) · (𝐿𝑋)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 205  wa 397   = wceq 1541  wcel 2106  wne 2941  wral 3062   class class class wbr 5096  wf 6479  cfv 6483  (class class class)co 7341  cr 10975  0cc0 10976   · cmul 10981  +∞cpnf 11111  *cxr 11113   < clt 11114  cle 11115   / cdiv 11737  +crp 12835  [,)cico 13186  Basecbs 17009  0gc0g 17247   GrpHom cghm 18927  normcnm 23837  NrmGrpcngp 23838   normOp cnmo 23974   NGHom cnghm 23975
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 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2708  ax-rep 5233  ax-sep 5247  ax-nul 5254  ax-pow 5312  ax-pr 5376  ax-un 7654  ax-cnex 11032  ax-resscn 11033  ax-1cn 11034  ax-icn 11035  ax-addcl 11036  ax-addrcl 11037  ax-mulcl 11038  ax-mulrcl 11039  ax-mulcom 11040  ax-addass 11041  ax-mulass 11042  ax-distr 11043  ax-i2m1 11044  ax-1ne0 11045  ax-1rid 11046  ax-rnegex 11047  ax-rrecex 11048  ax-cnre 11049  ax-pre-lttri 11050  ax-pre-lttrn 11051  ax-pre-ltadd 11052  ax-pre-mulgt0 11053  ax-pre-sup 11054
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 398  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2539  df-eu 2568  df-clab 2715  df-cleq 2729  df-clel 2815  df-nfc 2887  df-ne 2942  df-nel 3048  df-ral 3063  df-rex 3072  df-rmo 3350  df-reu 3351  df-rab 3405  df-v 3444  df-sbc 3731  df-csb 3847  df-dif 3904  df-un 3906  df-in 3908  df-ss 3918  df-pss 3920  df-nul 4274  df-if 4478  df-pw 4553  df-sn 4578  df-pr 4580  df-op 4584  df-uni 4857  df-iun 4947  df-br 5097  df-opab 5159  df-mpt 5180  df-tr 5214  df-id 5522  df-eprel 5528  df-po 5536  df-so 5537  df-fr 5579  df-we 5581  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 6242  df-ord 6309  df-on 6310  df-lim 6311  df-suc 6312  df-iota 6435  df-fun 6485  df-fn 6486  df-f 6487  df-f1 6488  df-fo 6489  df-f1o 6490  df-fv 6491  df-riota 7297  df-ov 7344  df-oprab 7345  df-mpo 7346  df-om 7785  df-1st 7903  df-2nd 7904  df-frecs 8171  df-wrecs 8202  df-recs 8276  df-rdg 8315  df-er 8573  df-map 8692  df-en 8809  df-dom 8810  df-sdom 8811  df-sup 9303  df-inf 9304  df-pnf 11116  df-mnf 11117  df-xr 11118  df-ltxr 11119  df-le 11120  df-sub 11312  df-neg 11313  df-div 11738  df-nn 12079  df-2 12141  df-n0 12339  df-z 12425  df-uz 12688  df-q 12794  df-rp 12836  df-xneg 12953  df-xadd 12954  df-xmul 12955  df-ico 13190  df-0g 17249  df-topgen 17251  df-mgm 18423  df-sgrp 18472  df-mnd 18483  df-grp 18676  df-ghm 18928  df-psmet 20694  df-xmet 20695  df-met 20696  df-bl 20697  df-mopn 20698  df-top 22148  df-topon 22165  df-topsp 22187  df-bases 22201  df-xms 23578  df-ms 23579  df-nm 23843  df-ngp 23844  df-nmo 23977  df-nghm 23978
This theorem is referenced by:  nmoix  23998  nmoeq0  24005  nmoco  24006  nmotri  24008  nmoid  24011  nmods  24013
  Copyright terms: Public domain W3C validator