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

Theorem ocsh 31303
Description: The orthogonal complement of a subspace is a subspace. Part of Remark 3.12 of [Beran] p. 107. (Contributed by NM, 7-Aug-2000.) (New usage is discouraged.)
Assertion
Ref Expression
ocsh (𝐴 ⊆ ℋ → (⊥‘𝐴) ∈ S )

Proof of Theorem ocsh
Dummy variables 𝑥 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 ocval 31300 . . . 4 (𝐴 ⊆ ℋ → (⊥‘𝐴) = {𝑥 ∈ ℋ ∣ ∀𝑦𝐴 (𝑥 ·ih 𝑦) = 0})
2 ssrab2 4079 . . . 4 {𝑥 ∈ ℋ ∣ ∀𝑦𝐴 (𝑥 ·ih 𝑦) = 0} ⊆ ℋ
31, 2eqsstrdi 4027 . . 3 (𝐴 ⊆ ℋ → (⊥‘𝐴) ⊆ ℋ)
4 ssel 3976 . . . . . . 7 (𝐴 ⊆ ℋ → (𝑦𝐴𝑦 ∈ ℋ))
5 hi01 31116 . . . . . . 7 (𝑦 ∈ ℋ → (0 ·ih 𝑦) = 0)
64, 5syl6 35 . . . . . 6 (𝐴 ⊆ ℋ → (𝑦𝐴 → (0 ·ih 𝑦) = 0))
76ralrimiv 3144 . . . . 5 (𝐴 ⊆ ℋ → ∀𝑦𝐴 (0 ·ih 𝑦) = 0)
8 ax-hv0cl 31023 . . . . 5 0 ∈ ℋ
97, 8jctil 519 . . . 4 (𝐴 ⊆ ℋ → (0 ∈ ℋ ∧ ∀𝑦𝐴 (0 ·ih 𝑦) = 0))
10 ocel 31301 . . . 4 (𝐴 ⊆ ℋ → (0 ∈ (⊥‘𝐴) ↔ (0 ∈ ℋ ∧ ∀𝑦𝐴 (0 ·ih 𝑦) = 0)))
119, 10mpbird 257 . . 3 (𝐴 ⊆ ℋ → 0 ∈ (⊥‘𝐴))
123, 11jca 511 . 2 (𝐴 ⊆ ℋ → ((⊥‘𝐴) ⊆ ℋ ∧ 0 ∈ (⊥‘𝐴)))
13 ssel2 3977 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ⊆ ℋ ∧ 𝑧𝐴) → 𝑧 ∈ ℋ)
14 ax-his2 31103 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → ((𝑥 + 𝑦) ·ih 𝑧) = ((𝑥 ·ih 𝑧) + (𝑦 ·ih 𝑧)))
15143expa 1118 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → ((𝑥 + 𝑦) ·ih 𝑧) = ((𝑥 ·ih 𝑧) + (𝑦 ·ih 𝑧)))
16 oveq12 7441 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑥 ·ih 𝑧) = 0 ∧ (𝑦 ·ih 𝑧) = 0) → ((𝑥 ·ih 𝑧) + (𝑦 ·ih 𝑧)) = (0 + 0))
17 00id 11437 . . . . . . . . . . . . . 14 (0 + 0) = 0
1816, 17eqtrdi 2792 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑥 ·ih 𝑧) = 0 ∧ (𝑦 ·ih 𝑧) = 0) → ((𝑥 ·ih 𝑧) + (𝑦 ·ih 𝑧)) = 0)
1915, 18sylan9eq 2796 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ) ∧ ((𝑥 ·ih 𝑧) = 0 ∧ (𝑦 ·ih 𝑧) = 0)) → ((𝑥 + 𝑦) ·ih 𝑧) = 0)
2019ex 412 . . . . . . . . . . 11 (((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → (((𝑥 ·ih 𝑧) = 0 ∧ (𝑦 ·ih 𝑧) = 0) → ((𝑥 + 𝑦) ·ih 𝑧) = 0))
2120ancoms 458 . . . . . . . . . 10 ((𝑧 ∈ ℋ ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → (((𝑥 ·ih 𝑧) = 0 ∧ (𝑦 ·ih 𝑧) = 0) → ((𝑥 + 𝑦) ·ih 𝑧) = 0))
2213, 21sylan 580 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ⊆ ℋ ∧ 𝑧𝐴) ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → (((𝑥 ·ih 𝑧) = 0 ∧ (𝑦 ·ih 𝑧) = 0) → ((𝑥 + 𝑦) ·ih 𝑧) = 0))
2322an32s 652 . . . . . . . 8 (((𝐴 ⊆ ℋ ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) ∧ 𝑧𝐴) → (((𝑥 ·ih 𝑧) = 0 ∧ (𝑦 ·ih 𝑧) = 0) → ((𝑥 + 𝑦) ·ih 𝑧) = 0))
2423ralimdva 3166 . . . . . . 7 ((𝐴 ⊆ ℋ ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → (∀𝑧𝐴 ((𝑥 ·ih 𝑧) = 0 ∧ (𝑦 ·ih 𝑧) = 0) → ∀𝑧𝐴 ((𝑥 + 𝑦) ·ih 𝑧) = 0))
2524imdistanda 571 . . . . . 6 (𝐴 ⊆ ℋ → (((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ ∀𝑧𝐴 ((𝑥 ·ih 𝑧) = 0 ∧ (𝑦 ·ih 𝑧) = 0)) → ((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ ∀𝑧𝐴 ((𝑥 + 𝑦) ·ih 𝑧) = 0)))
26 hvaddcl 31032 . . . . . . 7 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑥 + 𝑦) ∈ ℋ)
2726anim1i 615 . . . . . 6 (((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ ∀𝑧𝐴 ((𝑥 + 𝑦) ·ih 𝑧) = 0) → ((𝑥 + 𝑦) ∈ ℋ ∧ ∀𝑧𝐴 ((𝑥 + 𝑦) ·ih 𝑧) = 0))
2825, 27syl6 35 . . . . 5 (𝐴 ⊆ ℋ → (((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ ∀𝑧𝐴 ((𝑥 ·ih 𝑧) = 0 ∧ (𝑦 ·ih 𝑧) = 0)) → ((𝑥 + 𝑦) ∈ ℋ ∧ ∀𝑧𝐴 ((𝑥 + 𝑦) ·ih 𝑧) = 0)))
29 ocel 31301 . . . . . . 7 (𝐴 ⊆ ℋ → (𝑥 ∈ (⊥‘𝐴) ↔ (𝑥 ∈ ℋ ∧ ∀𝑧𝐴 (𝑥 ·ih 𝑧) = 0)))
30 ocel 31301 . . . . . . 7 (𝐴 ⊆ ℋ → (𝑦 ∈ (⊥‘𝐴) ↔ (𝑦 ∈ ℋ ∧ ∀𝑧𝐴 (𝑦 ·ih 𝑧) = 0)))
3129, 30anbi12d 632 . . . . . 6 (𝐴 ⊆ ℋ → ((𝑥 ∈ (⊥‘𝐴) ∧ 𝑦 ∈ (⊥‘𝐴)) ↔ ((𝑥 ∈ ℋ ∧ ∀𝑧𝐴 (𝑥 ·ih 𝑧) = 0) ∧ (𝑦 ∈ ℋ ∧ ∀𝑧𝐴 (𝑦 ·ih 𝑧) = 0))))
32 an4 656 . . . . . . 7 (((𝑥 ∈ ℋ ∧ ∀𝑧𝐴 (𝑥 ·ih 𝑧) = 0) ∧ (𝑦 ∈ ℋ ∧ ∀𝑧𝐴 (𝑦 ·ih 𝑧) = 0)) ↔ ((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ (∀𝑧𝐴 (𝑥 ·ih 𝑧) = 0 ∧ ∀𝑧𝐴 (𝑦 ·ih 𝑧) = 0)))
33 r19.26 3110 . . . . . . . 8 (∀𝑧𝐴 ((𝑥 ·ih 𝑧) = 0 ∧ (𝑦 ·ih 𝑧) = 0) ↔ (∀𝑧𝐴 (𝑥 ·ih 𝑧) = 0 ∧ ∀𝑧𝐴 (𝑦 ·ih 𝑧) = 0))
3433anbi2i 623 . . . . . . 7 (((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ ∀𝑧𝐴 ((𝑥 ·ih 𝑧) = 0 ∧ (𝑦 ·ih 𝑧) = 0)) ↔ ((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ (∀𝑧𝐴 (𝑥 ·ih 𝑧) = 0 ∧ ∀𝑧𝐴 (𝑦 ·ih 𝑧) = 0)))
3532, 34bitr4i 278 . . . . . 6 (((𝑥 ∈ ℋ ∧ ∀𝑧𝐴 (𝑥 ·ih 𝑧) = 0) ∧ (𝑦 ∈ ℋ ∧ ∀𝑧𝐴 (𝑦 ·ih 𝑧) = 0)) ↔ ((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ ∀𝑧𝐴 ((𝑥 ·ih 𝑧) = 0 ∧ (𝑦 ·ih 𝑧) = 0)))
3631, 35bitrdi 287 . . . . 5 (𝐴 ⊆ ℋ → ((𝑥 ∈ (⊥‘𝐴) ∧ 𝑦 ∈ (⊥‘𝐴)) ↔ ((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ ∀𝑧𝐴 ((𝑥 ·ih 𝑧) = 0 ∧ (𝑦 ·ih 𝑧) = 0))))
37 ocel 31301 . . . . 5 (𝐴 ⊆ ℋ → ((𝑥 + 𝑦) ∈ (⊥‘𝐴) ↔ ((𝑥 + 𝑦) ∈ ℋ ∧ ∀𝑧𝐴 ((𝑥 + 𝑦) ·ih 𝑧) = 0)))
3828, 36, 373imtr4d 294 . . . 4 (𝐴 ⊆ ℋ → ((𝑥 ∈ (⊥‘𝐴) ∧ 𝑦 ∈ (⊥‘𝐴)) → (𝑥 + 𝑦) ∈ (⊥‘𝐴)))
3938ralrimivv 3199 . . 3 (𝐴 ⊆ ℋ → ∀𝑥 ∈ (⊥‘𝐴)∀𝑦 ∈ (⊥‘𝐴)(𝑥 + 𝑦) ∈ (⊥‘𝐴))
40 mul01 11441 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 ∈ ℂ → (𝑥 · 0) = 0)
41 oveq2 7440 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑦 ·ih 𝑧) = 0 → (𝑥 · (𝑦 ·ih 𝑧)) = (𝑥 · 0))
4241eqeq1d 2738 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑦 ·ih 𝑧) = 0 → ((𝑥 · (𝑦 ·ih 𝑧)) = 0 ↔ (𝑥 · 0) = 0))
4340, 42syl5ibrcom 247 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 ∈ ℂ → ((𝑦 ·ih 𝑧) = 0 → (𝑥 · (𝑦 ·ih 𝑧)) = 0))
4443ad2antrl 728 . . . . . . . . . . 11 ((𝑧 ∈ ℋ ∧ (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → ((𝑦 ·ih 𝑧) = 0 → (𝑥 · (𝑦 ·ih 𝑧)) = 0))
45 ax-his3 31104 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → ((𝑥 · 𝑦) ·ih 𝑧) = (𝑥 · (𝑦 ·ih 𝑧)))
4645eqeq1d 2738 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → (((𝑥 · 𝑦) ·ih 𝑧) = 0 ↔ (𝑥 · (𝑦 ·ih 𝑧)) = 0))
47463expa 1118 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → (((𝑥 · 𝑦) ·ih 𝑧) = 0 ↔ (𝑥 · (𝑦 ·ih 𝑧)) = 0))
4847ancoms 458 . . . . . . . . . . 11 ((𝑧 ∈ ℋ ∧ (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → (((𝑥 · 𝑦) ·ih 𝑧) = 0 ↔ (𝑥 · (𝑦 ·ih 𝑧)) = 0))
4944, 48sylibrd 259 . . . . . . . . . 10 ((𝑧 ∈ ℋ ∧ (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → ((𝑦 ·ih 𝑧) = 0 → ((𝑥 · 𝑦) ·ih 𝑧) = 0))
5013, 49sylan 580 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ⊆ ℋ ∧ 𝑧𝐴) ∧ (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → ((𝑦 ·ih 𝑧) = 0 → ((𝑥 · 𝑦) ·ih 𝑧) = 0))
5150an32s 652 . . . . . . . 8 (((𝐴 ⊆ ℋ ∧ (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) ∧ 𝑧𝐴) → ((𝑦 ·ih 𝑧) = 0 → ((𝑥 · 𝑦) ·ih 𝑧) = 0))
5251ralimdva 3166 . . . . . . 7 ((𝐴 ⊆ ℋ ∧ (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → (∀𝑧𝐴 (𝑦 ·ih 𝑧) = 0 → ∀𝑧𝐴 ((𝑥 · 𝑦) ·ih 𝑧) = 0))
5352imdistanda 571 . . . . . 6 (𝐴 ⊆ ℋ → (((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ ∀𝑧𝐴 (𝑦 ·ih 𝑧) = 0) → ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ ∀𝑧𝐴 ((𝑥 · 𝑦) ·ih 𝑧) = 0)))
54 hvmulcl 31033 . . . . . . 7 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑥 · 𝑦) ∈ ℋ)
5554anim1i 615 . . . . . 6 (((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ ∀𝑧𝐴 ((𝑥 · 𝑦) ·ih 𝑧) = 0) → ((𝑥 · 𝑦) ∈ ℋ ∧ ∀𝑧𝐴 ((𝑥 · 𝑦) ·ih 𝑧) = 0))
5653, 55syl6 35 . . . . 5 (𝐴 ⊆ ℋ → (((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ ∀𝑧𝐴 (𝑦 ·ih 𝑧) = 0) → ((𝑥 · 𝑦) ∈ ℋ ∧ ∀𝑧𝐴 ((𝑥 · 𝑦) ·ih 𝑧) = 0)))
5730anbi2d 630 . . . . . 6 (𝐴 ⊆ ℋ → ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ (⊥‘𝐴)) ↔ (𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑦 ∈ ℋ ∧ ∀𝑧𝐴 (𝑦 ·ih 𝑧) = 0))))
58 anass 468 . . . . . 6 (((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ ∀𝑧𝐴 (𝑦 ·ih 𝑧) = 0) ↔ (𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑦 ∈ ℋ ∧ ∀𝑧𝐴 (𝑦 ·ih 𝑧) = 0)))
5957, 58bitr4di 289 . . . . 5 (𝐴 ⊆ ℋ → ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ (⊥‘𝐴)) ↔ ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) ∧ ∀𝑧𝐴 (𝑦 ·ih 𝑧) = 0)))
60 ocel 31301 . . . . 5 (𝐴 ⊆ ℋ → ((𝑥 · 𝑦) ∈ (⊥‘𝐴) ↔ ((𝑥 · 𝑦) ∈ ℋ ∧ ∀𝑧𝐴 ((𝑥 · 𝑦) ·ih 𝑧) = 0)))
6156, 59, 603imtr4d 294 . . . 4 (𝐴 ⊆ ℋ → ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ (⊥‘𝐴)) → (𝑥 · 𝑦) ∈ (⊥‘𝐴)))
6261ralrimivv 3199 . . 3 (𝐴 ⊆ ℋ → ∀𝑥 ∈ ℂ ∀𝑦 ∈ (⊥‘𝐴)(𝑥 · 𝑦) ∈ (⊥‘𝐴))
6339, 62jca 511 . 2 (𝐴 ⊆ ℋ → (∀𝑥 ∈ (⊥‘𝐴)∀𝑦 ∈ (⊥‘𝐴)(𝑥 + 𝑦) ∈ (⊥‘𝐴) ∧ ∀𝑥 ∈ ℂ ∀𝑦 ∈ (⊥‘𝐴)(𝑥 · 𝑦) ∈ (⊥‘𝐴)))
64 issh2 31229 . 2 ((⊥‘𝐴) ∈ S ↔ (((⊥‘𝐴) ⊆ ℋ ∧ 0 ∈ (⊥‘𝐴)) ∧ (∀𝑥 ∈ (⊥‘𝐴)∀𝑦 ∈ (⊥‘𝐴)(𝑥 + 𝑦) ∈ (⊥‘𝐴) ∧ ∀𝑥 ∈ ℂ ∀𝑦 ∈ (⊥‘𝐴)(𝑥 · 𝑦) ∈ (⊥‘𝐴))))
6512, 63, 64sylanbrc 583 1 (𝐴 ⊆ ℋ → (⊥‘𝐴) ∈ S )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 206  wa 395  w3a 1086   = wceq 1539  wcel 2107  wral 3060  {crab 3435  wss 3950  cfv 6560  (class class class)co 7432  cc 11154  0cc0 11156   + caddc 11159   · cmul 11161  chba 30939   + cva 30940   · csm 30941   ·ih csp 30942  0c0v 30944   S csh 30948  cort 30950
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1794  ax-4 1808  ax-5 1909  ax-6 1966  ax-7 2006  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2140  ax-11 2156  ax-12 2176  ax-ext 2707  ax-sep 5295  ax-nul 5305  ax-pow 5364  ax-pr 5431  ax-un 7756  ax-resscn 11213  ax-1cn 11214  ax-icn 11215  ax-addcl 11216  ax-addrcl 11217  ax-mulcl 11218  ax-mulrcl 11219  ax-mulcom 11220  ax-addass 11221  ax-mulass 11222  ax-distr 11223  ax-i2m1 11224  ax-1ne0 11225  ax-1rid 11226  ax-rnegex 11227  ax-rrecex 11228  ax-cnre 11229  ax-pre-lttri 11230  ax-pre-lttrn 11231  ax-pre-ltadd 11232  ax-hilex 31019  ax-hfvadd 31020  ax-hv0cl 31023  ax-hfvmul 31025  ax-hvmul0 31030  ax-hfi 31099  ax-his2 31103  ax-his3 31104
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1779  df-nf 1783  df-sb 2064  df-mo 2539  df-eu 2568  df-clab 2714  df-cleq 2728  df-clel 2815  df-nfc 2891  df-ne 2940  df-nel 3046  df-ral 3061  df-rex 3070  df-rab 3436  df-v 3481  df-sbc 3788  df-csb 3899  df-dif 3953  df-un 3955  df-in 3957  df-ss 3967  df-nul 4333  df-if 4525  df-pw 4601  df-sn 4626  df-pr 4628  df-op 4632  df-uni 4907  df-iun 4992  df-br 5143  df-opab 5205  df-mpt 5225  df-id 5577  df-po 5591  df-so 5592  df-xp 5690  df-rel 5691  df-cnv 5692  df-co 5693  df-dm 5694  df-rn 5695  df-res 5696  df-ima 5697  df-iota 6513  df-fun 6562  df-fn 6563  df-f 6564  df-f1 6565  df-fo 6566  df-f1o 6567  df-fv 6568  df-ov 7435  df-er 8746  df-en 8987  df-dom 8988  df-sdom 8989  df-pnf 11298  df-mnf 11299  df-ltxr 11301  df-sh 31227  df-oc 31272
This theorem is referenced by:  shocsh  31304  ocss  31305  occl  31324  spanssoc  31369  ssjo  31467  chscllem2  31658
  Copyright terms: Public domain W3C validator