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

Theorem ocsh 31227
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 31224 . . . 4 (𝐴 ⊆ ℋ → (⊥‘𝐴) = {𝑥 ∈ ℋ ∣ ∀𝑦𝐴 (𝑥 ·ih 𝑦) = 0})
2 ssrab2 4031 . . . 4 {𝑥 ∈ ℋ ∣ ∀𝑦𝐴 (𝑥 ·ih 𝑦) = 0} ⊆ ℋ
31, 2eqsstrdi 3980 . . 3 (𝐴 ⊆ ℋ → (⊥‘𝐴) ⊆ ℋ)
4 ssel 3929 . . . . . . 7 (𝐴 ⊆ ℋ → (𝑦𝐴𝑦 ∈ ℋ))
5 hi01 31040 . . . . . . 7 (𝑦 ∈ ℋ → (0 ·ih 𝑦) = 0)
64, 5syl6 35 . . . . . 6 (𝐴 ⊆ ℋ → (𝑦𝐴 → (0 ·ih 𝑦) = 0))
76ralrimiv 3120 . . . . 5 (𝐴 ⊆ ℋ → ∀𝑦𝐴 (0 ·ih 𝑦) = 0)
8 ax-hv0cl 30947 . . . . 5 0 ∈ ℋ
97, 8jctil 519 . . . 4 (𝐴 ⊆ ℋ → (0 ∈ ℋ ∧ ∀𝑦𝐴 (0 ·ih 𝑦) = 0))
10 ocel 31225 . . . 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 3930 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ⊆ ℋ ∧ 𝑧𝐴) → 𝑧 ∈ ℋ)
14 ax-his2 31027 . . . . . . . . . . . . . 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 7358 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑥 ·ih 𝑧) = 0 ∧ (𝑦 ·ih 𝑧) = 0) → ((𝑥 ·ih 𝑧) + (𝑦 ·ih 𝑧)) = (0 + 0))
17 00id 11291 . . . . . . . . . . . . . 14 (0 + 0) = 0
1816, 17eqtrdi 2780 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑥 ·ih 𝑧) = 0 ∧ (𝑦 ·ih 𝑧) = 0) → ((𝑥 ·ih 𝑧) + (𝑦 ·ih 𝑧)) = 0)
1915, 18sylan9eq 2784 . . . . . . . . . . . 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 3141 . . . . . . 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 30956 . . . . . . 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 31225 . . . . . . 7 (𝐴 ⊆ ℋ → (𝑥 ∈ (⊥‘𝐴) ↔ (𝑥 ∈ ℋ ∧ ∀𝑧𝐴 (𝑥 ·ih 𝑧) = 0)))
30 ocel 31225 . . . . . . 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 3089 . . . . . . . 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 31225 . . . . 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 3170 . . 3 (𝐴 ⊆ ℋ → ∀𝑥 ∈ (⊥‘𝐴)∀𝑦 ∈ (⊥‘𝐴)(𝑥 + 𝑦) ∈ (⊥‘𝐴))
40 mul01 11295 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 ∈ ℂ → (𝑥 · 0) = 0)
41 oveq2 7357 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑦 ·ih 𝑧) = 0 → (𝑥 · (𝑦 ·ih 𝑧)) = (𝑥 · 0))
4241eqeq1d 2731 . . . . . . . . . . . . 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 31028 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ ∧ 𝑧 ∈ ℋ) → ((𝑥 · 𝑦) ·ih 𝑧) = (𝑥 · (𝑦 ·ih 𝑧)))
4645eqeq1d 2731 . . . . . . . . . . . . 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 3141 . . . . . . 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 30957 . . . . . . 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 31225 . . . . 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 3170 . . 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 31153 . 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 1540  wcel 2109  wral 3044  {crab 3394  wss 3903  cfv 6482  (class class class)co 7349  cc 11007  0cc0 11009   + caddc 11012   · cmul 11014  chba 30863   + cva 30864   · csm 30865   ·ih csp 30866  0c0v 30868   S csh 30872  cort 30874
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 2008  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2701  ax-sep 5235  ax-nul 5245  ax-pow 5304  ax-pr 5371  ax-un 7671  ax-resscn 11066  ax-1cn 11067  ax-icn 11068  ax-addcl 11069  ax-addrcl 11070  ax-mulcl 11071  ax-mulrcl 11072  ax-mulcom 11073  ax-addass 11074  ax-mulass 11075  ax-distr 11076  ax-i2m1 11077  ax-1ne0 11078  ax-1rid 11079  ax-rnegex 11080  ax-rrecex 11081  ax-cnre 11082  ax-pre-lttri 11083  ax-pre-lttrn 11084  ax-pre-ltadd 11085  ax-hilex 30943  ax-hfvadd 30944  ax-hv0cl 30947  ax-hfvmul 30949  ax-hvmul0 30954  ax-hfi 31023  ax-his2 31027  ax-his3 31028
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 2066  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2708  df-cleq 2721  df-clel 2803  df-nfc 2878  df-ne 2926  df-nel 3030  df-ral 3045  df-rex 3054  df-rab 3395  df-v 3438  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-dif 3906  df-un 3908  df-in 3910  df-ss 3920  df-nul 4285  df-if 4477  df-pw 4553  df-sn 4578  df-pr 4580  df-op 4584  df-uni 4859  df-iun 4943  df-br 5093  df-opab 5155  df-mpt 5174  df-id 5514  df-po 5527  df-so 5528  df-xp 5625  df-rel 5626  df-cnv 5627  df-co 5628  df-dm 5629  df-rn 5630  df-res 5631  df-ima 5632  df-iota 6438  df-fun 6484  df-fn 6485  df-f 6486  df-f1 6487  df-fo 6488  df-f1o 6489  df-fv 6490  df-ov 7352  df-er 8625  df-en 8873  df-dom 8874  df-sdom 8875  df-pnf 11151  df-mnf 11152  df-ltxr 11154  df-sh 31151  df-oc 31196
This theorem is referenced by:  shocsh  31228  ocss  31229  occl  31248  spanssoc  31293  ssjo  31391  chscllem2  31582
  Copyright terms: Public domain W3C validator