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

Theorem ocsh 31307
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 31304 . . . 4 (𝐴 ⊆ ℋ → (⊥‘𝐴) = {𝑥 ∈ ℋ ∣ ∀𝑦𝐴 (𝑥 ·ih 𝑦) = 0})
2 ssrab2 4030 . . . 4 {𝑥 ∈ ℋ ∣ ∀𝑦𝐴 (𝑥 ·ih 𝑦) = 0} ⊆ ℋ
31, 2eqsstrdi 3976 . . 3 (𝐴 ⊆ ℋ → (⊥‘𝐴) ⊆ ℋ)
4 ssel 3925 . . . . . . 7 (𝐴 ⊆ ℋ → (𝑦𝐴𝑦 ∈ ℋ))
5 hi01 31120 . . . . . . 7 (𝑦 ∈ ℋ → (0 ·ih 𝑦) = 0)
64, 5syl6 35 . . . . . 6 (𝐴 ⊆ ℋ → (𝑦𝐴 → (0 ·ih 𝑦) = 0))
76ralrimiv 3125 . . . . 5 (𝐴 ⊆ ℋ → ∀𝑦𝐴 (0 ·ih 𝑦) = 0)
8 ax-hv0cl 31027 . . . . 5 0 ∈ ℋ
97, 8jctil 519 . . . 4 (𝐴 ⊆ ℋ → (0 ∈ ℋ ∧ ∀𝑦𝐴 (0 ·ih 𝑦) = 0))
10 ocel 31305 . . . 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 3926 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ⊆ ℋ ∧ 𝑧𝐴) → 𝑧 ∈ ℋ)
14 ax-his2 31107 . . . . . . . . . . . . . 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 7365 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑥 ·ih 𝑧) = 0 ∧ (𝑦 ·ih 𝑧) = 0) → ((𝑥 ·ih 𝑧) + (𝑦 ·ih 𝑧)) = (0 + 0))
17 00id 11306 . . . . . . . . . . . . . 14 (0 + 0) = 0
1816, 17eqtrdi 2785 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑥 ·ih 𝑧) = 0 ∧ (𝑦 ·ih 𝑧) = 0) → ((𝑥 ·ih 𝑧) + (𝑦 ·ih 𝑧)) = 0)
1915, 18sylan9eq 2789 . . . . . . . . . . . 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 3146 . . . . . . 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 31036 . . . . . . 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 31305 . . . . . . 7 (𝐴 ⊆ ℋ → (𝑥 ∈ (⊥‘𝐴) ↔ (𝑥 ∈ ℋ ∧ ∀𝑧𝐴 (𝑥 ·ih 𝑧) = 0)))
30 ocel 31305 . . . . . . 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 3094 . . . . . . . 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 31305 . . . . 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 3175 . . 3 (𝐴 ⊆ ℋ → ∀𝑥 ∈ (⊥‘𝐴)∀𝑦 ∈ (⊥‘𝐴)(𝑥 + 𝑦) ∈ (⊥‘𝐴))
40 mul01 11310 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 ∈ ℂ → (𝑥 · 0) = 0)
41 oveq2 7364 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑦 ·ih 𝑧) = 0 → (𝑥 · (𝑦 ·ih 𝑧)) = (𝑥 · 0))
4241eqeq1d 2736 . . . . . . . . . . . . 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 31108 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → ((𝑥 · 𝑦) ·ih 𝑧) = (𝑥 · (𝑦 ·ih 𝑧)))
4645eqeq1d 2736 . . . . . . . . . . . . 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 3146 . . . . . . 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 31037 . . . . . . 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 31305 . . . . 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 3175 . . 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 31233 . 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 1541  wcel 2113  wral 3049  {crab 3397  wss 3899  cfv 6490  (class class class)co 7356  cc 11022  0cc0 11024   + caddc 11027   · cmul 11029  chba 30943   + cva 30944   · csm 30945   ·ih csp 30946  0c0v 30948   S csh 30952  cort 30954
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 1911  ax-6 1968  ax-7 2009  ax-8 2115  ax-9 2123  ax-10 2146  ax-11 2162  ax-12 2182  ax-ext 2706  ax-sep 5239  ax-nul 5249  ax-pow 5308  ax-pr 5375  ax-un 7678  ax-resscn 11081  ax-1cn 11082  ax-icn 11083  ax-addcl 11084  ax-addrcl 11085  ax-mulcl 11086  ax-mulrcl 11087  ax-mulcom 11088  ax-addass 11089  ax-mulass 11090  ax-distr 11091  ax-i2m1 11092  ax-1ne0 11093  ax-1rid 11094  ax-rnegex 11095  ax-rrecex 11096  ax-cnre 11097  ax-pre-lttri 11098  ax-pre-lttrn 11099  ax-pre-ltadd 11100  ax-hilex 31023  ax-hfvadd 31024  ax-hv0cl 31027  ax-hfvmul 31029  ax-hvmul0 31034  ax-hfi 31103  ax-his2 31107  ax-his3 31108
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2068  df-mo 2537  df-eu 2567  df-clab 2713  df-cleq 2726  df-clel 2809  df-nfc 2883  df-ne 2931  df-nel 3035  df-ral 3050  df-rex 3059  df-rab 3398  df-v 3440  df-sbc 3739  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-nul 4284  df-if 4478  df-pw 4554  df-sn 4579  df-pr 4581  df-op 4585  df-uni 4862  df-iun 4946  df-br 5097  df-opab 5159  df-mpt 5178  df-id 5517  df-po 5530  df-so 5531  df-xp 5628  df-rel 5629  df-cnv 5630  df-co 5631  df-dm 5632  df-rn 5633  df-res 5634  df-ima 5635  df-iota 6446  df-fun 6492  df-fn 6493  df-f 6494  df-f1 6495  df-fo 6496  df-f1o 6497  df-fv 6498  df-ov 7359  df-er 8633  df-en 8882  df-dom 8883  df-sdom 8884  df-pnf 11166  df-mnf 11167  df-ltxr 11169  df-sh 31231  df-oc 31276
This theorem is referenced by:  shocsh  31308  ocss  31309  occl  31328  spanssoc  31373  ssjo  31471  chscllem2  31662
  Copyright terms: Public domain W3C validator