Theorem nmoi2 24686

Description: The operator norm is a bound on the growth of a vector under the action of the operator. (Contributed by Mario Carneiro, 19-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)
nmoi2.z	⊢ 0 = (0g‘𝑆)

Assertion

Ref	Expression
nmoi2	⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → ((𝑀‘(𝐹‘𝑋)) / (𝐿‘𝑋)) ≤ (𝑁‘𝐹))

Proof of Theorem nmoi2

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simpl2 1194	. . . . 5 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → 𝑇 ∈ NrmGrp)
2		simpl3 1195	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇))
3		nmoi.2	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑉 = (Base‘𝑆)
4		eqid 2737	. . . . . . . 8 ⊢ (Base‘𝑇) = (Base‘𝑇)
5	3, 4	ghmf 19161	. . . . . . 7 ⊢ (𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇) → 𝐹:𝑉⟶(Base‘𝑇))
6	2, 5	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → 𝐹:𝑉⟶(Base‘𝑇))
7		simprl 771	. . . . . 6 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → 𝑋 ∈ 𝑉)
8	6, 7	ffvelcdmd 7039	. . . . 5 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → (𝐹‘𝑋) ∈ (Base‘𝑇))
9		nmoi.4	. . . . . 6 ⊢ 𝑀 = (norm‘𝑇)
10	4, 9	nmcl 24572	. . . . 5 ⊢ ((𝑇 ∈ NrmGrp ∧ (𝐹‘𝑋) ∈ (Base‘𝑇)) → (𝑀‘(𝐹‘𝑋)) ∈ ℝ)
11	1, 8, 10	syl2anc 585	. . . 4 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → (𝑀‘(𝐹‘𝑋)) ∈ ℝ)
12	11	rexrd 11194	. . 3 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → (𝑀‘(𝐹‘𝑋)) ∈ ℝ*)
13		nmofval.1	. . . . . 6 ⊢ 𝑁 = (𝑆 normOp 𝑇)
14	13	nmocl 24676	. . . . 5 ⊢ ((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) → (𝑁‘𝐹) ∈ ℝ*)
15	14	adantr 480	. . . 4 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → (𝑁‘𝐹) ∈ ℝ*)
16		nmoi.3	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐿 = (norm‘𝑆)
17		nmoi2.z	. . . . . . . 8 ⊢ 0 = (0g‘𝑆)
18	3, 16, 17	nmrpcl 24576	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 ) → (𝐿‘𝑋) ∈ ℝ+)
19	18	3expb 1121	. . . . . 6 ⊢ ((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → (𝐿‘𝑋) ∈ ℝ+)
20	19	3ad2antl1 1187	. . . . 5 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → (𝐿‘𝑋) ∈ ℝ+)
21	20	rpxrd 12962	. . . 4 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → (𝐿‘𝑋) ∈ ℝ*)
22	15, 21	xmulcld 13229	. . 3 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → ((𝑁‘𝐹) ·e (𝐿‘𝑋)) ∈ ℝ*)
23	20	rpreccld 12971	. . . . 5 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → (1 / (𝐿‘𝑋)) ∈ ℝ+)
24	23	rpxrd 12962	. . . 4 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → (1 / (𝐿‘𝑋)) ∈ ℝ*)
25	23	rpge0d 12965	. . . 4 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → 0 ≤ (1 / (𝐿‘𝑋)))
26	24, 25	jca 511	. . 3 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → ((1 / (𝐿‘𝑋)) ∈ ℝ* ∧ 0 ≤ (1 / (𝐿‘𝑋))))
27	13, 3, 16, 9	nmoix 24685	. . . 4 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) → (𝑀‘(𝐹‘𝑋)) ≤ ((𝑁‘𝐹) ·e (𝐿‘𝑋)))
28	27	adantrr 718	. . 3 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → (𝑀‘(𝐹‘𝑋)) ≤ ((𝑁‘𝐹) ·e (𝐿‘𝑋)))
29		xlemul1a 13215	. . 3 ⊢ ((((𝑀‘(𝐹‘𝑋)) ∈ ℝ* ∧ ((𝑁‘𝐹) ·e (𝐿‘𝑋)) ∈ ℝ* ∧ ((1 / (𝐿‘𝑋)) ∈ ℝ* ∧ 0 ≤ (1 / (𝐿‘𝑋)))) ∧ (𝑀‘(𝐹‘𝑋)) ≤ ((𝑁‘𝐹) ·e (𝐿‘𝑋))) → ((𝑀‘(𝐹‘𝑋)) ·e (1 / (𝐿‘𝑋))) ≤ (((𝑁‘𝐹) ·e (𝐿‘𝑋)) ·e (1 / (𝐿‘𝑋))))
30	12, 22, 26, 28, 29	syl31anc 1376	. 2 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → ((𝑀‘(𝐹‘𝑋)) ·e (1 / (𝐿‘𝑋))) ≤ (((𝑁‘𝐹) ·e (𝐿‘𝑋)) ·e (1 / (𝐿‘𝑋))))
31	23	rpred 12961	. . . 4 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → (1 / (𝐿‘𝑋)) ∈ ℝ)
32		rexmul 13198	. . . 4 ⊢ (((𝑀‘(𝐹‘𝑋)) ∈ ℝ ∧ (1 / (𝐿‘𝑋)) ∈ ℝ) → ((𝑀‘(𝐹‘𝑋)) ·e (1 / (𝐿‘𝑋))) = ((𝑀‘(𝐹‘𝑋)) · (1 / (𝐿‘𝑋))))
33	11, 31, 32	syl2anc 585	. . 3 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → ((𝑀‘(𝐹‘𝑋)) ·e (1 / (𝐿‘𝑋))) = ((𝑀‘(𝐹‘𝑋)) · (1 / (𝐿‘𝑋))))
34	11	recnd 11172	. . . 4 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → (𝑀‘(𝐹‘𝑋)) ∈ ℂ)
35	20	rpcnd 12963	. . . 4 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → (𝐿‘𝑋) ∈ ℂ)
36	20	rpne0d 12966	. . . 4 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → (𝐿‘𝑋) ≠ 0)
37	34, 35, 36	divrecd 11932	. . 3 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → ((𝑀‘(𝐹‘𝑋)) / (𝐿‘𝑋)) = ((𝑀‘(𝐹‘𝑋)) · (1 / (𝐿‘𝑋))))
38	33, 37	eqtr4d 2775	. 2 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → ((𝑀‘(𝐹‘𝑋)) ·e (1 / (𝐿‘𝑋))) = ((𝑀‘(𝐹‘𝑋)) / (𝐿‘𝑋)))
39		xmulass 13214	. . . 4 ⊢ (((𝑁‘𝐹) ∈ ℝ* ∧ (𝐿‘𝑋) ∈ ℝ* ∧ (1 / (𝐿‘𝑋)) ∈ ℝ*) → (((𝑁‘𝐹) ·e (𝐿‘𝑋)) ·e (1 / (𝐿‘𝑋))) = ((𝑁‘𝐹) ·e ((𝐿‘𝑋) ·e (1 / (𝐿‘𝑋)))))
40	15, 21, 24, 39	syl3anc 1374	. . 3 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → (((𝑁‘𝐹) ·e (𝐿‘𝑋)) ·e (1 / (𝐿‘𝑋))) = ((𝑁‘𝐹) ·e ((𝐿‘𝑋) ·e (1 / (𝐿‘𝑋)))))
41	20	rpred 12961	. . . . . 6 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → (𝐿‘𝑋) ∈ ℝ)
42		rexmul 13198	. . . . . 6 ⊢ (((𝐿‘𝑋) ∈ ℝ ∧ (1 / (𝐿‘𝑋)) ∈ ℝ) → ((𝐿‘𝑋) ·e (1 / (𝐿‘𝑋))) = ((𝐿‘𝑋) · (1 / (𝐿‘𝑋))))
43	41, 31, 42	syl2anc 585	. . . . 5 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → ((𝐿‘𝑋) ·e (1 / (𝐿‘𝑋))) = ((𝐿‘𝑋) · (1 / (𝐿‘𝑋))))
44	35, 36	recidd 11924	. . . . 5 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → ((𝐿‘𝑋) · (1 / (𝐿‘𝑋))) = 1)
45	43, 44	eqtrd 2772	. . . 4 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → ((𝐿‘𝑋) ·e (1 / (𝐿‘𝑋))) = 1)
46	45	oveq2d 7384	. . 3 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → ((𝑁‘𝐹) ·e ((𝐿‘𝑋) ·e (1 / (𝐿‘𝑋)))) = ((𝑁‘𝐹) ·e 1))
47		xmulrid 13206	. . . 4 ⊢ ((𝑁‘𝐹) ∈ ℝ* → ((𝑁‘𝐹) ·e 1) = (𝑁‘𝐹))
48	15, 47	syl 17	. . 3 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → ((𝑁‘𝐹) ·e 1) = (𝑁‘𝐹))
49	40, 46, 48	3eqtrd 2776	. 2 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → (((𝑁‘𝐹) ·e (𝐿‘𝑋)) ·e (1 / (𝐿‘𝑋))) = (𝑁‘𝐹))
50	30, 38, 49	3brtr3d 5131	1 ⊢ (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ (𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ≠ 0 )) → ((𝑀‘(𝐹‘𝑋)) / (𝐿‘𝑋)) ≤ (𝑁‘𝐹))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   ∧ w3a 1087   = wceq 1542   ∈ wcel 2114   ≠ wne 2933   class class class wbr 5100  ⟶wf 6496  ‘cfv 6500  (class class class)co 7368  ℝcr 11037  0cc0 11038  1c1 11039   · cmul 11043  ℝ^*cxr 11177   ≤ cle 11179   / cdiv 11806  ℝ⁺crp 12917   ·_e cxmu 13037  Basecbs 17148  0_gc0g 17371   GrpHom cghm 19153  normcnm 24532  NrmGrpcngp 24533   normOp cnmo 24661

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 5243  ax-nul 5253  ax-pow 5312  ax-pr 5379  ax-un 7690  ax-cnex 11094  ax-resscn 11095  ax-1cn 11096  ax-icn 11097  ax-addcl 11098  ax-addrcl 11099  ax-mulcl 11100  ax-mulrcl 11101  ax-mulcom 11102  ax-addass 11103  ax-mulass 11104  ax-distr 11105  ax-i2m1 11106  ax-1ne0 11107  ax-1rid 11108  ax-rnegex 11109  ax-rrecex 11110  ax-cnre 11111  ax-pre-lttri 11112  ax-pre-lttrn 11113  ax-pre-ltadd 11114  ax-pre-mulgt0 11115  ax-pre-sup 11116

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 3352  df-reu 3353  df-rab 3402  df-v 3444  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-dif 3906  df-un 3908  df-in 3910  df-ss 3920  df-pss 3923  df-nul 4288  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4583  df-pr 4585  df-op 4589  df-uni 4866  df-iun 4950  df-br 5101  df-opab 5163  df-mpt 5182  df-tr 5208  df-id 5527  df-eprel 5532  df-po 5540  df-so 5541  df-fr 5585  df-we 5587  df-xp 5638  df-rel 5639  df-cnv 5640  df-co 5641  df-dm 5642  df-rn 5643  df-res 5644  df-ima 5645  df-pred 6267  df-ord 6328  df-on 6329  df-lim 6330  df-suc 6331  df-iota 6456  df-fun 6502  df-fn 6503  df-f 6504  df-f1 6505  df-fo 6506  df-f1o 6507  df-fv 6508  df-riota 7325  df-ov 7371  df-oprab 7372  df-mpo 7373  df-om 7819  df-1st 7943  df-2nd 7944  df-frecs 8233  df-wrecs 8264  df-recs 8313  df-rdg 8351  df-er 8645  df-map 8777  df-en 8896  df-dom 8897  df-sdom 8898  df-sup 9357  df-inf 9358  df-pnf 11180  df-mnf 11181  df-xr 11182  df-ltxr 11183  df-le 11184  df-sub 11378  df-neg 11379  df-div 11807  df-nn 12158  df-2 12220  df-n0 12414  df-z 12501  df-uz 12764  df-q 12874  df-rp 12918  df-xneg 13038  df-xadd 13039  df-xmul 13040  df-ico 13279  df-0g 17373  df-topgen 17375  df-mgm 18577  df-sgrp 18656  df-mnd 18672  df-grp 18878  df-ghm 19154  df-psmet 21313  df-xmet 21314  df-met 21315  df-bl 21316  df-mopn 21317  df-top 22850  df-topon 22867  df-topsp 22889  df-bases 22902  df-xms 24276  df-ms 24277  df-nm 24538  df-ngp 24539  df-nmo 24664  df-nghm 24665

This theorem is referenced by:  nmoleub  24687