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

Theorem nmoptrii 31615
Description: Triangle inequality for the norms of bounded linear operators. (Contributed by NM, 10-Mar-2006.) (New usage is discouraged.)
Hypotheses
Ref Expression
nmoptri.1 𝑆 ∈ BndLinOp
nmoptri.2 𝑇 ∈ BndLinOp
Assertion
Ref Expression
nmoptrii (normop‘(𝑆 +op 𝑇)) ≤ ((normop𝑆) + (normop𝑇))

Proof of Theorem nmoptrii
Dummy variable 𝑥 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nmoptri.1 . . . . 5 𝑆 ∈ BndLinOp
2 bdopf 31383 . . . . 5 (𝑆 ∈ BndLinOp → 𝑆: ℋ⟶ ℋ)
31, 2ax-mp 5 . . . 4 𝑆: ℋ⟶ ℋ
4 nmoptri.2 . . . . 5 𝑇 ∈ BndLinOp
5 bdopf 31383 . . . . 5 (𝑇 ∈ BndLinOp → 𝑇: ℋ⟶ ℋ)
64, 5ax-mp 5 . . . 4 𝑇: ℋ⟶ ℋ
73, 6hoaddcli 31289 . . 3 (𝑆 +op 𝑇): ℋ⟶ ℋ
8 nmopre 31391 . . . . . 6 (𝑆 ∈ BndLinOp → (normop𝑆) ∈ ℝ)
91, 8ax-mp 5 . . . . 5 (normop𝑆) ∈ ℝ
10 nmopre 31391 . . . . . 6 (𝑇 ∈ BndLinOp → (normop𝑇) ∈ ℝ)
114, 10ax-mp 5 . . . . 5 (normop𝑇) ∈ ℝ
129, 11readdcli 11234 . . . 4 ((normop𝑆) + (normop𝑇)) ∈ ℝ
1312rexri 11277 . . 3 ((normop𝑆) + (normop𝑇)) ∈ ℝ*
14 nmopub 31429 . . 3 (((𝑆 +op 𝑇): ℋ⟶ ℋ ∧ ((normop𝑆) + (normop𝑇)) ∈ ℝ*) → ((normop‘(𝑆 +op 𝑇)) ≤ ((normop𝑆) + (normop𝑇)) ↔ ∀𝑥 ∈ ℋ ((norm𝑥) ≤ 1 → (norm‘((𝑆 +op 𝑇)‘𝑥)) ≤ ((normop𝑆) + (normop𝑇)))))
157, 13, 14mp2an 689 . 2 ((normop‘(𝑆 +op 𝑇)) ≤ ((normop𝑆) + (normop𝑇)) ↔ ∀𝑥 ∈ ℋ ((norm𝑥) ≤ 1 → (norm‘((𝑆 +op 𝑇)‘𝑥)) ≤ ((normop𝑆) + (normop𝑇))))
163, 6hoscli 31283 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℋ → ((𝑆 +op 𝑇)‘𝑥) ∈ ℋ)
17 normcl 30646 . . . . . 6 (((𝑆 +op 𝑇)‘𝑥) ∈ ℋ → (norm‘((𝑆 +op 𝑇)‘𝑥)) ∈ ℝ)
1816, 17syl 17 . . . . 5 (𝑥 ∈ ℋ → (norm‘((𝑆 +op 𝑇)‘𝑥)) ∈ ℝ)
1918adantr 480 . . . 4 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ (norm𝑥) ≤ 1) → (norm‘((𝑆 +op 𝑇)‘𝑥)) ∈ ℝ)
203ffvelcdmi 7085 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℋ → (𝑆𝑥) ∈ ℋ)
21 normcl 30646 . . . . . . 7 ((𝑆𝑥) ∈ ℋ → (norm‘(𝑆𝑥)) ∈ ℝ)
2220, 21syl 17 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℋ → (norm‘(𝑆𝑥)) ∈ ℝ)
236ffvelcdmi 7085 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℋ → (𝑇𝑥) ∈ ℋ)
24 normcl 30646 . . . . . . 7 ((𝑇𝑥) ∈ ℋ → (norm‘(𝑇𝑥)) ∈ ℝ)
2523, 24syl 17 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℋ → (norm‘(𝑇𝑥)) ∈ ℝ)
2622, 25readdcld 11248 . . . . 5 (𝑥 ∈ ℋ → ((norm‘(𝑆𝑥)) + (norm‘(𝑇𝑥))) ∈ ℝ)
2726adantr 480 . . . 4 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ (norm𝑥) ≤ 1) → ((norm‘(𝑆𝑥)) + (norm‘(𝑇𝑥))) ∈ ℝ)
2812a1i 11 . . . 4 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ (norm𝑥) ≤ 1) → ((normop𝑆) + (normop𝑇)) ∈ ℝ)
29 hosval 31261 . . . . . . . 8 ((𝑆: ℋ⟶ ℋ ∧ 𝑇: ℋ⟶ ℋ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → ((𝑆 +op 𝑇)‘𝑥) = ((𝑆𝑥) + (𝑇𝑥)))
303, 6, 29mp3an12 1450 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℋ → ((𝑆 +op 𝑇)‘𝑥) = ((𝑆𝑥) + (𝑇𝑥)))
3130fveq2d 6895 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℋ → (norm‘((𝑆 +op 𝑇)‘𝑥)) = (norm‘((𝑆𝑥) + (𝑇𝑥))))
32 norm-ii 30659 . . . . . . 7 (((𝑆𝑥) ∈ ℋ ∧ (𝑇𝑥) ∈ ℋ) → (norm‘((𝑆𝑥) + (𝑇𝑥))) ≤ ((norm‘(𝑆𝑥)) + (norm‘(𝑇𝑥))))
3320, 23, 32syl2anc 583 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℋ → (norm‘((𝑆𝑥) + (𝑇𝑥))) ≤ ((norm‘(𝑆𝑥)) + (norm‘(𝑇𝑥))))
3431, 33eqbrtrd 5170 . . . . 5 (𝑥 ∈ ℋ → (norm‘((𝑆 +op 𝑇)‘𝑥)) ≤ ((norm‘(𝑆𝑥)) + (norm‘(𝑇𝑥))))
3534adantr 480 . . . 4 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ (norm𝑥) ≤ 1) → (norm‘((𝑆 +op 𝑇)‘𝑥)) ≤ ((norm‘(𝑆𝑥)) + (norm‘(𝑇𝑥))))
36 nmoplb 31428 . . . . . 6 ((𝑆: ℋ⟶ ℋ ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ (norm𝑥) ≤ 1) → (norm‘(𝑆𝑥)) ≤ (normop𝑆))
373, 36mp3an1 1447 . . . . 5 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ (norm𝑥) ≤ 1) → (norm‘(𝑆𝑥)) ≤ (normop𝑆))
38 nmoplb 31428 . . . . . 6 ((𝑇: ℋ⟶ ℋ ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ (norm𝑥) ≤ 1) → (norm‘(𝑇𝑥)) ≤ (normop𝑇))
396, 38mp3an1 1447 . . . . 5 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ (norm𝑥) ≤ 1) → (norm‘(𝑇𝑥)) ≤ (normop𝑇))
40 le2add 11701 . . . . . . . 8 ((((norm‘(𝑆𝑥)) ∈ ℝ ∧ (norm‘(𝑇𝑥)) ∈ ℝ) ∧ ((normop𝑆) ∈ ℝ ∧ (normop𝑇) ∈ ℝ)) → (((norm‘(𝑆𝑥)) ≤ (normop𝑆) ∧ (norm‘(𝑇𝑥)) ≤ (normop𝑇)) → ((norm‘(𝑆𝑥)) + (norm‘(𝑇𝑥))) ≤ ((normop𝑆) + (normop𝑇))))
419, 11, 40mpanr12 702 . . . . . . 7 (((norm‘(𝑆𝑥)) ∈ ℝ ∧ (norm‘(𝑇𝑥)) ∈ ℝ) → (((norm‘(𝑆𝑥)) ≤ (normop𝑆) ∧ (norm‘(𝑇𝑥)) ≤ (normop𝑇)) → ((norm‘(𝑆𝑥)) + (norm‘(𝑇𝑥))) ≤ ((normop𝑆) + (normop𝑇))))
4222, 25, 41syl2anc 583 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℋ → (((norm‘(𝑆𝑥)) ≤ (normop𝑆) ∧ (norm‘(𝑇𝑥)) ≤ (normop𝑇)) → ((norm‘(𝑆𝑥)) + (norm‘(𝑇𝑥))) ≤ ((normop𝑆) + (normop𝑇))))
4342adantr 480 . . . . 5 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ (norm𝑥) ≤ 1) → (((norm‘(𝑆𝑥)) ≤ (normop𝑆) ∧ (norm‘(𝑇𝑥)) ≤ (normop𝑇)) → ((norm‘(𝑆𝑥)) + (norm‘(𝑇𝑥))) ≤ ((normop𝑆) + (normop𝑇))))
4437, 39, 43mp2and 696 . . . 4 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ (norm𝑥) ≤ 1) → ((norm‘(𝑆𝑥)) + (norm‘(𝑇𝑥))) ≤ ((normop𝑆) + (normop𝑇)))
4519, 27, 28, 35, 44letrd 11376 . . 3 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ (norm𝑥) ≤ 1) → (norm‘((𝑆 +op 𝑇)‘𝑥)) ≤ ((normop𝑆) + (normop𝑇)))
4645ex 412 . 2 (𝑥 ∈ ℋ → ((norm𝑥) ≤ 1 → (norm‘((𝑆 +op 𝑇)‘𝑥)) ≤ ((normop𝑆) + (normop𝑇))))
4715, 46mprgbir 3067 1 (normop‘(𝑆 +op 𝑇)) ≤ ((normop𝑆) + (normop𝑇))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 205  wa 395   = wceq 1540  wcel 2105  wral 3060   class class class wbr 5148  wf 6539  cfv 6543  (class class class)co 7412  cr 11113  1c1 11115   + caddc 11117  *cxr 11252  cle 11254  chba 30440   + cva 30441  normcno 30444   +op chos 30459  normopcnop 30466  BndLinOpcbo 30469
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1912  ax-6 1970  ax-7 2010  ax-8 2107  ax-9 2115  ax-10 2136  ax-11 2153  ax-12 2170  ax-ext 2702  ax-rep 5285  ax-sep 5299  ax-nul 5306  ax-pow 5363  ax-pr 5427  ax-un 7729  ax-cnex 11170  ax-resscn 11171  ax-1cn 11172  ax-icn 11173  ax-addcl 11174  ax-addrcl 11175  ax-mulcl 11176  ax-mulrcl 11177  ax-mulcom 11178  ax-addass 11179  ax-mulass 11180  ax-distr 11181  ax-i2m1 11182  ax-1ne0 11183  ax-1rid 11184  ax-rnegex 11185  ax-rrecex 11186  ax-cnre 11187  ax-pre-lttri 11188  ax-pre-lttrn 11189  ax-pre-ltadd 11190  ax-pre-mulgt0 11191  ax-pre-sup 11192  ax-hilex 30520  ax-hfvadd 30521  ax-hvcom 30522  ax-hvass 30523  ax-hv0cl 30524  ax-hvaddid 30525  ax-hfvmul 30526  ax-hvmulid 30527  ax-hvmulass 30528  ax-hvdistr1 30529  ax-hvdistr2 30530  ax-hvmul0 30531  ax-hfi 30600  ax-his1 30603  ax-his2 30604  ax-his3 30605  ax-his4 30606
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2067  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2709  df-cleq 2723  df-clel 2809  df-nfc 2884  df-ne 2940  df-nel 3046  df-ral 3061  df-rex 3070  df-rmo 3375  df-reu 3376  df-rab 3432  df-v 3475  df-sbc 3778  df-csb 3894  df-dif 3951  df-un 3953  df-in 3955  df-ss 3965  df-pss 3967  df-nul 4323  df-if 4529  df-pw 4604  df-sn 4629  df-pr 4631  df-op 4635  df-uni 4909  df-iun 4999  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-tr 5266  df-id 5574  df-eprel 5580  df-po 5588  df-so 5589  df-fr 5631  df-we 5633  df-xp 5682  df-rel 5683  df-cnv 5684  df-co 5685  df-dm 5686  df-rn 5687  df-res 5688  df-ima 5689  df-pred 6300  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6495  df-fun 6545  df-fn 6546  df-f 6547  df-f1 6548  df-fo 6549  df-f1o 6550  df-fv 6551  df-riota 7368  df-ov 7415  df-oprab 7416  df-mpo 7417  df-om 7860  df-1st 7979  df-2nd 7980  df-frecs 8270  df-wrecs 8301  df-recs 8375  df-rdg 8414  df-er 8707  df-map 8826  df-en 8944  df-dom 8945  df-sdom 8946  df-sup 9441  df-pnf 11255  df-mnf 11256  df-xr 11257  df-ltxr 11258  df-le 11259  df-sub 11451  df-neg 11452  df-div 11877  df-nn 12218  df-2 12280  df-3 12281  df-4 12282  df-n0 12478  df-z 12564  df-uz 12828  df-rp 12980  df-seq 13972  df-exp 14033  df-cj 15051  df-re 15052  df-im 15053  df-sqrt 15187  df-abs 15188  df-grpo 30014  df-gid 30015  df-ablo 30066  df-vc 30080  df-nv 30113  df-va 30116  df-ba 30117  df-sm 30118  df-0v 30119  df-nmcv 30121  df-hnorm 30489  df-hba 30490  df-hvsub 30492  df-hosum 31251  df-nmop 31360  df-lnop 31362  df-bdop 31363
This theorem is referenced by:  bdophsi  31617  nmoptri2i  31620  unierri  31625
  Copyright terms: Public domain W3C validator