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Theorem norm-ii-i 31118
Description: Triangle inequality for norms. Theorem 3.3(ii) of [Beran] p. 97. (Contributed by NM, 11-Aug-1999.) (New usage is discouraged.)
Hypotheses
Ref Expression
norm-ii.1 𝐴 ∈ ℋ
norm-ii.2 𝐵 ∈ ℋ
Assertion
Ref Expression
norm-ii-i (norm‘(𝐴 + 𝐵)) ≤ ((norm𝐴) + (norm𝐵))

Proof of Theorem norm-ii-i
StepHypRef Expression
1 1re 11235 . . . . . . . . . . 11 1 ∈ ℝ
2 ax-1cn 11187 . . . . . . . . . . . 12 1 ∈ ℂ
32cjrebi 15193 . . . . . . . . . . 11 (1 ∈ ℝ ↔ (∗‘1) = 1)
41, 3mpbi 230 . . . . . . . . . 10 (∗‘1) = 1
54oveq1i 7415 . . . . . . . . 9 ((∗‘1) · (𝐵 ·ih 𝐴)) = (1 · (𝐵 ·ih 𝐴))
6 norm-ii.2 . . . . . . . . . . 11 𝐵 ∈ ℋ
7 norm-ii.1 . . . . . . . . . . 11 𝐴 ∈ ℋ
86, 7hicli 31062 . . . . . . . . . 10 (𝐵 ·ih 𝐴) ∈ ℂ
98mullidi 11240 . . . . . . . . 9 (1 · (𝐵 ·ih 𝐴)) = (𝐵 ·ih 𝐴)
105, 9eqtri 2758 . . . . . . . 8 ((∗‘1) · (𝐵 ·ih 𝐴)) = (𝐵 ·ih 𝐴)
117, 6hicli 31062 . . . . . . . . 9 (𝐴 ·ih 𝐵) ∈ ℂ
1211mullidi 11240 . . . . . . . 8 (1 · (𝐴 ·ih 𝐵)) = (𝐴 ·ih 𝐵)
1310, 12oveq12i 7417 . . . . . . 7 (((∗‘1) · (𝐵 ·ih 𝐴)) + (1 · (𝐴 ·ih 𝐵))) = ((𝐵 ·ih 𝐴) + (𝐴 ·ih 𝐵))
14 abs1 15316 . . . . . . . 8 (abs‘1) = 1
152, 6, 7, 14normlem7 31097 . . . . . . 7 (((∗‘1) · (𝐵 ·ih 𝐴)) + (1 · (𝐴 ·ih 𝐵))) ≤ (2 · ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) · (√‘(𝐵 ·ih 𝐵))))
1613, 15eqbrtrri 5142 . . . . . 6 ((𝐵 ·ih 𝐴) + (𝐴 ·ih 𝐵)) ≤ (2 · ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) · (√‘(𝐵 ·ih 𝐵))))
17 eqid 2735 . . . . . . . . . 10 -(((∗‘1) · (𝐵 ·ih 𝐴)) + (1 · (𝐴 ·ih 𝐵))) = -(((∗‘1) · (𝐵 ·ih 𝐴)) + (1 · (𝐴 ·ih 𝐵)))
182, 6, 7, 17normlem2 31092 . . . . . . . . 9 -(((∗‘1) · (𝐵 ·ih 𝐴)) + (1 · (𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℝ
192cjcli 15188 . . . . . . . . . . . 12 (∗‘1) ∈ ℂ
2019, 8mulcli 11242 . . . . . . . . . . 11 ((∗‘1) · (𝐵 ·ih 𝐴)) ∈ ℂ
212, 11mulcli 11242 . . . . . . . . . . 11 (1 · (𝐴 ·ih 𝐵)) ∈ ℂ
2220, 21addcli 11241 . . . . . . . . . 10 (((∗‘1) · (𝐵 ·ih 𝐴)) + (1 · (𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℂ
2322negrebi 11557 . . . . . . . . 9 (-(((∗‘1) · (𝐵 ·ih 𝐴)) + (1 · (𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℝ ↔ (((∗‘1) · (𝐵 ·ih 𝐴)) + (1 · (𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℝ)
2418, 23mpbi 230 . . . . . . . 8 (((∗‘1) · (𝐵 ·ih 𝐴)) + (1 · (𝐴 ·ih 𝐵))) ∈ ℝ
2513, 24eqeltrri 2831 . . . . . . 7 ((𝐵 ·ih 𝐴) + (𝐴 ·ih 𝐵)) ∈ ℝ
26 2re 12314 . . . . . . . 8 2 ∈ ℝ
27 hiidge0 31079 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∈ ℋ → 0 ≤ (𝐴 ·ih 𝐴))
287, 27ax-mp 5 . . . . . . . . . 10 0 ≤ (𝐴 ·ih 𝐴)
29 hiidrcl 31076 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴 ∈ ℋ → (𝐴 ·ih 𝐴) ∈ ℝ)
307, 29ax-mp 5 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ·ih 𝐴) ∈ ℝ
3130sqrtcli 15390 . . . . . . . . . 10 (0 ≤ (𝐴 ·ih 𝐴) → (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) ∈ ℝ)
3228, 31ax-mp 5 . . . . . . . . 9 (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) ∈ ℝ
33 hiidge0 31079 . . . . . . . . . . 11 (𝐵 ∈ ℋ → 0 ≤ (𝐵 ·ih 𝐵))
346, 33ax-mp 5 . . . . . . . . . 10 0 ≤ (𝐵 ·ih 𝐵)
35 hiidrcl 31076 . . . . . . . . . . . 12 (𝐵 ∈ ℋ → (𝐵 ·ih 𝐵) ∈ ℝ)
366, 35ax-mp 5 . . . . . . . . . . 11 (𝐵 ·ih 𝐵) ∈ ℝ
3736sqrtcli 15390 . . . . . . . . . 10 (0 ≤ (𝐵 ·ih 𝐵) → (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) ∈ ℝ)
3834, 37ax-mp 5 . . . . . . . . 9 (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) ∈ ℝ
3932, 38remulcli 11251 . . . . . . . 8 ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) · (√‘(𝐵 ·ih 𝐵))) ∈ ℝ
4026, 39remulcli 11251 . . . . . . 7 (2 · ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) · (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))) ∈ ℝ
4130, 36readdcli 11250 . . . . . . 7 ((𝐴 ·ih 𝐴) + (𝐵 ·ih 𝐵)) ∈ ℝ
4225, 40, 41leadd2i 11793 . . . . . 6 (((𝐵 ·ih 𝐴) + (𝐴 ·ih 𝐵)) ≤ (2 · ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) · (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))) ↔ (((𝐴 ·ih 𝐴) + (𝐵 ·ih 𝐵)) + ((𝐵 ·ih 𝐴) + (𝐴 ·ih 𝐵))) ≤ (((𝐴 ·ih 𝐴) + (𝐵 ·ih 𝐵)) + (2 · ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) · (√‘(𝐵 ·ih 𝐵))))))
4316, 42mpbi 230 . . . . 5 (((𝐴 ·ih 𝐴) + (𝐵 ·ih 𝐵)) + ((𝐵 ·ih 𝐴) + (𝐴 ·ih 𝐵))) ≤ (((𝐴 ·ih 𝐴) + (𝐵 ·ih 𝐵)) + (2 · ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) · (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))))
447, 6, 7, 6normlem8 31098 . . . . . 6 ((𝐴 + 𝐵) ·ih (𝐴 + 𝐵)) = (((𝐴 ·ih 𝐴) + (𝐵 ·ih 𝐵)) + ((𝐴 ·ih 𝐵) + (𝐵 ·ih 𝐴)))
4511, 8addcomi 11426 . . . . . . 7 ((𝐴 ·ih 𝐵) + (𝐵 ·ih 𝐴)) = ((𝐵 ·ih 𝐴) + (𝐴 ·ih 𝐵))
4645oveq2i 7416 . . . . . 6 (((𝐴 ·ih 𝐴) + (𝐵 ·ih 𝐵)) + ((𝐴 ·ih 𝐵) + (𝐵 ·ih 𝐴))) = (((𝐴 ·ih 𝐴) + (𝐵 ·ih 𝐵)) + ((𝐵 ·ih 𝐴) + (𝐴 ·ih 𝐵)))
4744, 46eqtri 2758 . . . . 5 ((𝐴 + 𝐵) ·ih (𝐴 + 𝐵)) = (((𝐴 ·ih 𝐴) + (𝐵 ·ih 𝐵)) + ((𝐵 ·ih 𝐴) + (𝐴 ·ih 𝐵)))
4832recni 11249 . . . . . . 7 (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) ∈ ℂ
4938recni 11249 . . . . . . 7 (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)) ∈ ℂ
5048, 49binom2i 14230 . . . . . 6 (((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) + (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))↑2) = ((((√‘(𝐴 ·ih 𝐴))↑2) + (2 · ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) · (√‘(𝐵 ·ih 𝐵))))) + ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵))↑2))
5148sqcli 14199 . . . . . . 7 ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴))↑2) ∈ ℂ
52 2cn 12315 . . . . . . . 8 2 ∈ ℂ
5348, 49mulcli 11242 . . . . . . . 8 ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) · (√‘(𝐵 ·ih 𝐵))) ∈ ℂ
5452, 53mulcli 11242 . . . . . . 7 (2 · ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) · (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))) ∈ ℂ
5549sqcli 14199 . . . . . . 7 ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵))↑2) ∈ ℂ
5651, 54, 55add32i 11459 . . . . . 6 ((((√‘(𝐴 ·ih 𝐴))↑2) + (2 · ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) · (√‘(𝐵 ·ih 𝐵))))) + ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵))↑2)) = ((((√‘(𝐴 ·ih 𝐴))↑2) + ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵))↑2)) + (2 · ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) · (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))))
5730sqsqrti 15394 . . . . . . . . 9 (0 ≤ (𝐴 ·ih 𝐴) → ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴))↑2) = (𝐴 ·ih 𝐴))
5828, 57ax-mp 5 . . . . . . . 8 ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴))↑2) = (𝐴 ·ih 𝐴)
5936sqsqrti 15394 . . . . . . . . 9 (0 ≤ (𝐵 ·ih 𝐵) → ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵))↑2) = (𝐵 ·ih 𝐵))
6034, 59ax-mp 5 . . . . . . . 8 ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵))↑2) = (𝐵 ·ih 𝐵)
6158, 60oveq12i 7417 . . . . . . 7 (((√‘(𝐴 ·ih 𝐴))↑2) + ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵))↑2)) = ((𝐴 ·ih 𝐴) + (𝐵 ·ih 𝐵))
6261oveq1i 7415 . . . . . 6 ((((√‘(𝐴 ·ih 𝐴))↑2) + ((√‘(𝐵 ·ih 𝐵))↑2)) + (2 · ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) · (√‘(𝐵 ·ih 𝐵))))) = (((𝐴 ·ih 𝐴) + (𝐵 ·ih 𝐵)) + (2 · ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) · (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))))
6350, 56, 623eqtri 2762 . . . . 5 (((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) + (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))↑2) = (((𝐴 ·ih 𝐴) + (𝐵 ·ih 𝐵)) + (2 · ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) · (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))))
6443, 47, 633brtr4i 5149 . . . 4 ((𝐴 + 𝐵) ·ih (𝐴 + 𝐵)) ≤ (((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) + (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))↑2)
657, 6hvaddcli 30999 . . . . . 6 (𝐴 + 𝐵) ∈ ℋ
66 hiidge0 31079 . . . . . 6 ((𝐴 + 𝐵) ∈ ℋ → 0 ≤ ((𝐴 + 𝐵) ·ih (𝐴 + 𝐵)))
6765, 66ax-mp 5 . . . . 5 0 ≤ ((𝐴 + 𝐵) ·ih (𝐴 + 𝐵))
6832, 38readdcli 11250 . . . . . 6 ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) + (√‘(𝐵 ·ih 𝐵))) ∈ ℝ
6968sqge0i 14206 . . . . 5 0 ≤ (((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) + (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))↑2)
70 hiidrcl 31076 . . . . . . 7 ((𝐴 + 𝐵) ∈ ℋ → ((𝐴 + 𝐵) ·ih (𝐴 + 𝐵)) ∈ ℝ)
7165, 70ax-mp 5 . . . . . 6 ((𝐴 + 𝐵) ·ih (𝐴 + 𝐵)) ∈ ℝ
7268resqcli 14204 . . . . . 6 (((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) + (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))↑2) ∈ ℝ
7371, 72sqrtlei 15407 . . . . 5 ((0 ≤ ((𝐴 + 𝐵) ·ih (𝐴 + 𝐵)) ∧ 0 ≤ (((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) + (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))↑2)) → (((𝐴 + 𝐵) ·ih (𝐴 + 𝐵)) ≤ (((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) + (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))↑2) ↔ (√‘((𝐴 + 𝐵) ·ih (𝐴 + 𝐵))) ≤ (√‘(((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) + (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))↑2))))
7467, 69, 73mp2an 692 . . . 4 (((𝐴 + 𝐵) ·ih (𝐴 + 𝐵)) ≤ (((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) + (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))↑2) ↔ (√‘((𝐴 + 𝐵) ·ih (𝐴 + 𝐵))) ≤ (√‘(((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) + (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))↑2)))
7564, 74mpbi 230 . . 3 (√‘((𝐴 + 𝐵) ·ih (𝐴 + 𝐵))) ≤ (√‘(((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) + (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))↑2))
7630sqrtge0i 15395 . . . . . 6 (0 ≤ (𝐴 ·ih 𝐴) → 0 ≤ (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))
7728, 76ax-mp 5 . . . . 5 0 ≤ (√‘(𝐴 ·ih 𝐴))
7836sqrtge0i 15395 . . . . . 6 (0 ≤ (𝐵 ·ih 𝐵) → 0 ≤ (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))
7934, 78ax-mp 5 . . . . 5 0 ≤ (√‘(𝐵 ·ih 𝐵))
8032, 38addge0i 11777 . . . . 5 ((0 ≤ (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) ∧ 0 ≤ (√‘(𝐵 ·ih 𝐵))) → 0 ≤ ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) + (√‘(𝐵 ·ih 𝐵))))
8177, 79, 80mp2an 692 . . . 4 0 ≤ ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) + (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))
8268sqrtsqi 15393 . . . 4 (0 ≤ ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) + (√‘(𝐵 ·ih 𝐵))) → (√‘(((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) + (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))↑2)) = ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) + (√‘(𝐵 ·ih 𝐵))))
8381, 82ax-mp 5 . . 3 (√‘(((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) + (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))↑2)) = ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) + (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))
8475, 83breqtri 5144 . 2 (√‘((𝐴 + 𝐵) ·ih (𝐴 + 𝐵))) ≤ ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) + (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))
85 normval 31105 . . 3 ((𝐴 + 𝐵) ∈ ℋ → (norm‘(𝐴 + 𝐵)) = (√‘((𝐴 + 𝐵) ·ih (𝐴 + 𝐵))))
8665, 85ax-mp 5 . 2 (norm‘(𝐴 + 𝐵)) = (√‘((𝐴 + 𝐵) ·ih (𝐴 + 𝐵)))
87 normval 31105 . . . 4 (𝐴 ∈ ℋ → (norm𝐴) = (√‘(𝐴 ·ih 𝐴)))
887, 87ax-mp 5 . . 3 (norm𝐴) = (√‘(𝐴 ·ih 𝐴))
89 normval 31105 . . . 4 (𝐵 ∈ ℋ → (norm𝐵) = (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))
906, 89ax-mp 5 . . 3 (norm𝐵) = (√‘(𝐵 ·ih 𝐵))
9188, 90oveq12i 7417 . 2 ((norm𝐴) + (norm𝐵)) = ((√‘(𝐴 ·ih 𝐴)) + (√‘(𝐵 ·ih 𝐵)))
9284, 86, 913brtr4i 5149 1 (norm‘(𝐴 + 𝐵)) ≤ ((norm𝐴) + (norm𝐵))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wb 206   = wceq 1540  wcel 2108   class class class wbr 5119  cfv 6531  (class class class)co 7405  cr 11128  0cc0 11129  1c1 11130   + caddc 11132   · cmul 11134  cle 11270  -cneg 11467  2c2 12295  cexp 14079  ccj 15115  csqrt 15252  chba 30900   + cva 30901   ·ih csp 30903  normcno 30904
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2157  ax-12 2177  ax-ext 2707  ax-sep 5266  ax-nul 5276  ax-pow 5335  ax-pr 5402  ax-un 7729  ax-cnex 11185  ax-resscn 11186  ax-1cn 11187  ax-icn 11188  ax-addcl 11189  ax-addrcl 11190  ax-mulcl 11191  ax-mulrcl 11192  ax-mulcom 11193  ax-addass 11194  ax-mulass 11195  ax-distr 11196  ax-i2m1 11197  ax-1ne0 11198  ax-1rid 11199  ax-rnegex 11200  ax-rrecex 11201  ax-cnre 11202  ax-pre-lttri 11203  ax-pre-lttrn 11204  ax-pre-ltadd 11205  ax-pre-mulgt0 11206  ax-pre-sup 11207  ax-hfvadd 30981  ax-hv0cl 30984  ax-hfvmul 30986  ax-hvmulass 30988  ax-hvmul0 30991  ax-hfi 31060  ax-his1 31063  ax-his2 31064  ax-his3 31065  ax-his4 31066
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2065  df-mo 2539  df-eu 2568  df-clab 2714  df-cleq 2727  df-clel 2809  df-nfc 2885  df-ne 2933  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3061  df-rmo 3359  df-reu 3360  df-rab 3416  df-v 3461  df-sbc 3766  df-csb 3875  df-dif 3929  df-un 3931  df-in 3933  df-ss 3943  df-pss 3946  df-nul 4309  df-if 4501  df-pw 4577  df-sn 4602  df-pr 4604  df-op 4608  df-uni 4884  df-iun 4969  df-br 5120  df-opab 5182  df-mpt 5202  df-tr 5230  df-id 5548  df-eprel 5553  df-po 5561  df-so 5562  df-fr 5606  df-we 5608  df-xp 5660  df-rel 5661  df-cnv 5662  df-co 5663  df-dm 5664  df-rn 5665  df-res 5666  df-ima 5667  df-pred 6290  df-ord 6355  df-on 6356  df-lim 6357  df-suc 6358  df-iota 6484  df-fun 6533  df-fn 6534  df-f 6535  df-f1 6536  df-fo 6537  df-f1o 6538  df-fv 6539  df-riota 7362  df-ov 7408  df-oprab 7409  df-mpo 7410  df-om 7862  df-2nd 7989  df-frecs 8280  df-wrecs 8311  df-recs 8385  df-rdg 8424  df-er 8719  df-en 8960  df-dom 8961  df-sdom 8962  df-sup 9454  df-pnf 11271  df-mnf 11272  df-xr 11273  df-ltxr 11274  df-le 11275  df-sub 11468  df-neg 11469  df-div 11895  df-nn 12241  df-2 12303  df-3 12304  df-4 12305  df-n0 12502  df-z 12589  df-uz 12853  df-rp 13009  df-seq 14020  df-exp 14080  df-cj 15118  df-re 15119  df-im 15120  df-sqrt 15254  df-abs 15255  df-hnorm 30949  df-hvsub 30952
This theorem is referenced by:  norm-ii  31119  norm3difi  31128
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