Theorem pjhth 32025

Description: Projection Theorem: Any Hilbert space vector 𝐴 can be decomposed uniquely into a member 𝑥 of a closed subspace 𝐻 and a member 𝑦 of the complement of the subspace. Theorem 3.7(i) of [Beran] p. 102 (existence part). (Contributed by NM, 23-Oct-1999.) (Revised by Mario Carneiro, 14-May-2014.) (New usage is discouraged.)

Assertion

Ref	Expression
pjhth	⊢ (𝐻 ∈ Cℋ → (𝐻 +ℋ (⊥‘𝐻)) = ℋ)

Proof of Theorem pjhth

Dummy variables 𝑥 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		chsh 31856	. . 3 ⊢ (𝐻 ∈ Cℋ → 𝐻 ∈ Sℋ )
2		shocsh 31916	. . 3 ⊢ (𝐻 ∈ Sℋ → (⊥‘𝐻) ∈ Sℋ )
3		shsss 31945	. . 3 ⊢ ((𝐻 ∈ Sℋ ∧ (⊥‘𝐻) ∈ Sℋ ) → (𝐻 +ℋ (⊥‘𝐻)) ⊆ ℋ)
4	1, 2, 3	syl2anc2 597	. 2 ⊢ (𝐻 ∈ Cℋ → (𝐻 +ℋ (⊥‘𝐻)) ⊆ ℋ)
5		fveq2 6908	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐻 = if(𝐻 ∈ Cℋ , 𝐻, ℋ) → (⊥‘𝐻) = (⊥‘if(𝐻 ∈ Cℋ , 𝐻, ℋ)))
6	5	rexeqdv 3324	. . . . . . 7 ⊢ (𝐻 = if(𝐻 ∈ Cℋ , 𝐻, ℋ) → (∃𝑧 ∈ (⊥‘𝐻)𝑥 = (𝑦 +ℎ 𝑧) ↔ ∃𝑧 ∈ (⊥‘if(𝐻 ∈ Cℋ , 𝐻, ℋ))𝑥 = (𝑦 +ℎ 𝑧)))
7	6	rexeqbi1dv 3334	. . . . . 6 ⊢ (𝐻 = if(𝐻 ∈ Cℋ , 𝐻, ℋ) → (∃𝑦 ∈ 𝐻 ∃𝑧 ∈ (⊥‘𝐻)𝑥 = (𝑦 +ℎ 𝑧) ↔ ∃𝑦 ∈ if (𝐻 ∈ Cℋ , 𝐻, ℋ)∃𝑧 ∈ (⊥‘if(𝐻 ∈ Cℋ , 𝐻, ℋ))𝑥 = (𝑦 +ℎ 𝑧)))
8	7	imbi2d 343	. . . . 5 ⊢ (𝐻 = if(𝐻 ∈ Cℋ , 𝐻, ℋ) → ((𝑥 ∈ ℋ → ∃𝑦 ∈ 𝐻 ∃𝑧 ∈ (⊥‘𝐻)𝑥 = (𝑦 +ℎ 𝑧)) ↔ (𝑥 ∈ ℋ → ∃𝑦 ∈ if (𝐻 ∈ Cℋ , 𝐻, ℋ)∃𝑧 ∈ (⊥‘if(𝐻 ∈ Cℋ , 𝐻, ℋ))𝑥 = (𝑦 +ℎ 𝑧))))
9		ifchhv 31876	. . . . . 6 ⊢ if(𝐻 ∈ Cℋ , 𝐻, ℋ) ∈ Cℋ
10		id 23	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ ℋ → 𝑥 ∈ ℋ)
11	9, 10	pjhthlem2 32024	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ ℋ → ∃𝑦 ∈ if (𝐻 ∈ Cℋ , 𝐻, ℋ)∃𝑧 ∈ (⊥‘if(𝐻 ∈ Cℋ , 𝐻, ℋ))𝑥 = (𝑦 +ℎ 𝑧))
12	8, 11	dedth 4544	. . . 4 ⊢ (𝐻 ∈ Cℋ → (𝑥 ∈ ℋ → ∃𝑦 ∈ 𝐻 ∃𝑧 ∈ (⊥‘𝐻)𝑥 = (𝑦 +ℎ 𝑧)))
13		shsel 31946	. . . . 5 ⊢ ((𝐻 ∈ Sℋ ∧ (⊥‘𝐻) ∈ Sℋ ) → (𝑥 ∈ (𝐻 +ℋ (⊥‘𝐻)) ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐻 ∃𝑧 ∈ (⊥‘𝐻)𝑥 = (𝑦 +ℎ 𝑧)))
14	1, 2, 13	syl2anc2 597	. . . 4 ⊢ (𝐻 ∈ Cℋ → (𝑥 ∈ (𝐻 +ℋ (⊥‘𝐻)) ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐻 ∃𝑧 ∈ (⊥‘𝐻)𝑥 = (𝑦 +ℎ 𝑧)))
15	12, 14	sylibrd 262	. . 3 ⊢ (𝐻 ∈ Cℋ → (𝑥 ∈ ℋ → 𝑥 ∈ (𝐻 +ℋ (⊥‘𝐻))))
16	15	ssrdv 3919	. 2 ⊢ (𝐻 ∈ Cℋ → ℋ ⊆ (𝐻 +ℋ (⊥‘𝐻)))
17	4, 16	eqssd 3930	1 ⊢ (𝐻 ∈ Cℋ → (𝐻 +ℋ (⊥‘𝐻)) = ℋ)

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   = wceq 1570   ∈ wcel 2147  ∃wrex 3090   ⊆ wss 3900  ifcif 4485  ‘cfv 6558  (class class class)co 7443   ℋchba 31551   +_ℎ cva 31552   S_ℋ csh 31560   C_ℋ cch 31561  ⊥cort 31562   +_ℋ cph 31563

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5235  ax-sep 5252  ax-nul 5263  ax-pow 5331  ax-pr 5395  ax-un 7775  ax-inf2 9669  ax-cc 10540  ax-cnex 11283  ax-resscn 11284  ax-1cn 11285  ax-icn 11286  ax-addcl 11287  ax-addrcl 11288  ax-mulcl 11289  ax-mulrcl 11290  ax-mulcom 11291  ax-addass 11292  ax-mulass 11293  ax-distr 11294  ax-i2m1 11295  ax-1ne0 11296  ax-1rid 11297  ax-rnegex 11298  ax-rrecex 11299  ax-cnre 11300  ax-pre-lttri 11301  ax-pre-lttrn 11302  ax-pre-ltadd 11303  ax-pre-mulgt0 11304  ax-pre-sup 11305  ax-addf 11306  ax-mulf 11307  ax-hilex 31631  ax-hfvadd 31632  ax-hvcom 31633  ax-hvass 31634  ax-hv0cl 31635  ax-hvaddid 31636  ax-hfvmul 31637  ax-hvmulid 31638  ax-hvmulass 31639  ax-hvdistr1 31640  ax-hvdistr2 31641  ax-hvmul0 31642  ax-hfi 31711  ax-his1 31714  ax-his2 31715  ax-his3 31716  ax-his4 31717  ax-hcompl 31834

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-iin 4957  df-br 5107  df-opab 5171  df-mpt 5190  df-tr 5216  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-se 5609  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6322  df-ord 6383  df-on 6384  df-lim 6385  df-suc 6386  df-iota 6512  df-fun 6560  df-fn 6561  df-f 6562  df-f1 6563  df-fo 6564  df-f1o 6565  df-fv 6566  df-isom 6567  df-riota 7400  df-ov 7446  df-oprab 7447  df-mpo 7448  df-om 7902  df-1st 8025  df-2nd 8026  df-frecs 8327  df-wrecs 8358  df-recs 8407  df-rdg 8446  df-1o 8504  df-2o 8505  df-oadd 8508  df-omul 8509  df-er 8745  df-map 8877  df-pm 8878  df-en 9002  df-dom 9003  df-sdom 9004  df-fin 9005  df-fi 9430  df-sup 9461  df-inf 9462  df-oi 9531  df-card 10047  df-acn 10050  df-pnf 11372  df-mnf 11373  df-xr 11374  df-ltxr 11375  df-le 11376  df-sub 11570  df-neg 11571  df-div 12001  df-nn 12363  df-2 12432  df-3 12433  df-4 12434  df-n0 12634  df-z 12721  df-uz 12993  df-q 13103  df-rp 13148  df-xneg 13268  df-xadd 13269  df-xmul 13270  df-ico 13509  df-icc 13510  df-fz 13667  df-fl 13959  df-seq 14172  df-exp 14232  df-cj 15295  df-re 15296  df-im 15297  df-sqrt 15431  df-abs 15432  df-clim 15684  df-rlim 15685  df-rest 17622  df-topgen 17643  df-psmet 21700  df-xmet 21701  df-met 21702  df-bl 21703  df-mopn 21704  df-fbas 21705  df-fg 21706  df-top 23242  df-topon 23259  df-bases 23294  df-cld 23367  df-ntr 23368  df-cls 23369  df-nei 23446  df-lm 23577  df-haus 23663  df-fil 24195  df-fm 24287  df-flim 24288  df-flf 24289  df-cfil 25606  df-cau 25607  df-cmet 25608  df-grpo 31125  df-gid 31126  df-ginv 31127  df-gdiv 31128  df-ablo 31177  df-vc 31191  df-nv 31224  df-va 31227  df-ba 31228  df-sm 31229  df-0v 31230  df-vs 31231  df-nmcv 31232  df-ims 31233  df-ssp 31354  df-ph 31445  df-cbn 31495  df-hnorm 31600  df-hba 31601  df-hvsub 31603  df-hlim 31604  df-hcau 31605  df-sh 31839  df-ch 31853  df-oc 31884  df-ch0 31885  df-shs 31940

This theorem is used by:  pjhtheu  32026  pjeq  32031  axpjpj  32052