MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  pjth Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem pjth 23428
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.)
Hypotheses
Ref Expression
pjth.v 𝑉 = (Base‘𝑊)
pjth.s = (LSSum‘𝑊)
pjth.o 𝑂 = (ocv‘𝑊)
pjth.j 𝐽 = (TopOpen‘𝑊)
pjth.l 𝐿 = (LSubSp‘𝑊)
Assertion
Ref Expression
pjth ((𝑊 ∈ ℂHil ∧ 𝑈𝐿𝑈 ∈ (Clsd‘𝐽)) → (𝑈 (𝑂𝑈)) = 𝑉)

Proof of Theorem pjth
Dummy variable 𝑥 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 hlphl 23379 . . . . . 6 (𝑊 ∈ ℂHil → 𝑊 ∈ PreHil)
213ad2ant1 1127 . . . . 5 ((𝑊 ∈ ℂHil ∧ 𝑈𝐿𝑈 ∈ (Clsd‘𝐽)) → 𝑊 ∈ PreHil)
3 phllmod 20191 . . . . 5 (𝑊 ∈ PreHil → 𝑊 ∈ LMod)
42, 3syl 17 . . . 4 ((𝑊 ∈ ℂHil ∧ 𝑈𝐿𝑈 ∈ (Clsd‘𝐽)) → 𝑊 ∈ LMod)
5 simp2 1131 . . . 4 ((𝑊 ∈ ℂHil ∧ 𝑈𝐿𝑈 ∈ (Clsd‘𝐽)) → 𝑈𝐿)
6 pjth.v . . . . . . 7 𝑉 = (Base‘𝑊)
7 pjth.l . . . . . . 7 𝐿 = (LSubSp‘𝑊)
86, 7lssss 19146 . . . . . 6 (𝑈𝐿𝑈𝑉)
983ad2ant2 1128 . . . . 5 ((𝑊 ∈ ℂHil ∧ 𝑈𝐿𝑈 ∈ (Clsd‘𝐽)) → 𝑈𝑉)
10 pjth.o . . . . . 6 𝑂 = (ocv‘𝑊)
116, 10, 7ocvlss 20232 . . . . 5 ((𝑊 ∈ PreHil ∧ 𝑈𝑉) → (𝑂𝑈) ∈ 𝐿)
122, 9, 11syl2anc 573 . . . 4 ((𝑊 ∈ ℂHil ∧ 𝑈𝐿𝑈 ∈ (Clsd‘𝐽)) → (𝑂𝑈) ∈ 𝐿)
13 pjth.s . . . . 5 = (LSSum‘𝑊)
147, 13lsmcl 19295 . . . 4 ((𝑊 ∈ LMod ∧ 𝑈𝐿 ∧ (𝑂𝑈) ∈ 𝐿) → (𝑈 (𝑂𝑈)) ∈ 𝐿)
154, 5, 12, 14syl3anc 1476 . . 3 ((𝑊 ∈ ℂHil ∧ 𝑈𝐿𝑈 ∈ (Clsd‘𝐽)) → (𝑈 (𝑂𝑈)) ∈ 𝐿)
166, 7lssss 19146 . . 3 ((𝑈 (𝑂𝑈)) ∈ 𝐿 → (𝑈 (𝑂𝑈)) ⊆ 𝑉)
1715, 16syl 17 . 2 ((𝑊 ∈ ℂHil ∧ 𝑈𝐿𝑈 ∈ (Clsd‘𝐽)) → (𝑈 (𝑂𝑈)) ⊆ 𝑉)
18 eqid 2771 . . . . 5 (norm‘𝑊) = (norm‘𝑊)
19 eqid 2771 . . . . 5 (+g𝑊) = (+g𝑊)
20 eqid 2771 . . . . 5 (-g𝑊) = (-g𝑊)
21 eqid 2771 . . . . 5 (·𝑖𝑊) = (·𝑖𝑊)
22 simpl1 1227 . . . . 5 (((𝑊 ∈ ℂHil ∧ 𝑈𝐿𝑈 ∈ (Clsd‘𝐽)) ∧ 𝑥𝑉) → 𝑊 ∈ ℂHil)
23 simpl2 1229 . . . . 5 (((𝑊 ∈ ℂHil ∧ 𝑈𝐿𝑈 ∈ (Clsd‘𝐽)) ∧ 𝑥𝑉) → 𝑈𝐿)
24 simpr 471 . . . . 5 (((𝑊 ∈ ℂHil ∧ 𝑈𝐿𝑈 ∈ (Clsd‘𝐽)) ∧ 𝑥𝑉) → 𝑥𝑉)
25 pjth.j . . . . 5 𝐽 = (TopOpen‘𝑊)
26 simpl3 1231 . . . . 5 (((𝑊 ∈ ℂHil ∧ 𝑈𝐿𝑈 ∈ (Clsd‘𝐽)) ∧ 𝑥𝑉) → 𝑈 ∈ (Clsd‘𝐽))
276, 18, 19, 20, 21, 7, 22, 23, 24, 25, 13, 10, 26pjthlem2 23427 . . . 4 (((𝑊 ∈ ℂHil ∧ 𝑈𝐿𝑈 ∈ (Clsd‘𝐽)) ∧ 𝑥𝑉) → 𝑥 ∈ (𝑈 (𝑂𝑈)))
2827ex 397 . . 3 ((𝑊 ∈ ℂHil ∧ 𝑈𝐿𝑈 ∈ (Clsd‘𝐽)) → (𝑥𝑉𝑥 ∈ (𝑈 (𝑂𝑈))))
2928ssrdv 3758 . 2 ((𝑊 ∈ ℂHil ∧ 𝑈𝐿𝑈 ∈ (Clsd‘𝐽)) → 𝑉 ⊆ (𝑈 (𝑂𝑈)))
3017, 29eqssd 3769 1 ((𝑊 ∈ ℂHil ∧ 𝑈𝐿𝑈 ∈ (Clsd‘𝐽)) → (𝑈 (𝑂𝑈)) = 𝑉)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 382  w3a 1071   = wceq 1631  wcel 2145  wss 3723  cfv 6030  (class class class)co 6795  Basecbs 16063  +gcplusg 16148  ·𝑖cip 16153  TopOpenctopn 16289  -gcsg 17631  LSSumclsm 18255  LModclmod 19072  LSubSpclss 19141  PreHilcphl 20185  ocvcocv 20220  Clsdccld 21040  normcnm 22600  ℂHilchl 23349
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1870  ax-4 1885  ax-5 1991  ax-6 2057  ax-7 2093  ax-8 2147  ax-9 2154  ax-10 2174  ax-11 2190  ax-12 2203  ax-13 2408  ax-ext 2751  ax-rep 4905  ax-sep 4916  ax-nul 4924  ax-pow 4975  ax-pr 5035  ax-un 7099  ax-inf2 8705  ax-cnex 10197  ax-resscn 10198  ax-1cn 10199  ax-icn 10200  ax-addcl 10201  ax-addrcl 10202  ax-mulcl 10203  ax-mulrcl 10204  ax-mulcom 10205  ax-addass 10206  ax-mulass 10207  ax-distr 10208  ax-i2m1 10209  ax-1ne0 10210  ax-1rid 10211  ax-rnegex 10212  ax-rrecex 10213  ax-cnre 10214  ax-pre-lttri 10215  ax-pre-lttrn 10216  ax-pre-ltadd 10217  ax-pre-mulgt0 10218  ax-pre-sup 10219  ax-addf 10220  ax-mulf 10221
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-an 383  df-or 837  df-3or 1072  df-3an 1073  df-tru 1634  df-ex 1853  df-nf 1858  df-sb 2050  df-eu 2622  df-mo 2623  df-clab 2758  df-cleq 2764  df-clel 2767  df-nfc 2902  df-ne 2944  df-nel 3047  df-ral 3066  df-rex 3067  df-reu 3068  df-rmo 3069  df-rab 3070  df-v 3353  df-sbc 3588  df-csb 3683  df-dif 3726  df-un 3728  df-in 3730  df-ss 3737  df-pss 3739  df-nul 4064  df-if 4227  df-pw 4300  df-sn 4318  df-pr 4320  df-tp 4322  df-op 4324  df-uni 4576  df-int 4613  df-iun 4657  df-iin 4658  df-br 4788  df-opab 4848  df-mpt 4865  df-tr 4888  df-id 5158  df-eprel 5163  df-po 5171  df-so 5172  df-fr 5209  df-se 5210  df-we 5211  df-xp 5256  df-rel 5257  df-cnv 5258  df-co 5259  df-dm 5260  df-rn 5261  df-res 5262  df-ima 5263  df-pred 5822  df-ord 5868  df-on 5869  df-lim 5870  df-suc 5871  df-iota 5993  df-fun 6032  df-fn 6033  df-f 6034  df-f1 6035  df-fo 6036  df-f1o 6037  df-fv 6038  df-isom 6039  df-riota 6756  df-ov 6798  df-oprab 6799  df-mpt2 6800  df-of 7047  df-om 7216  df-1st 7318  df-2nd 7319  df-supp 7450  df-tpos 7507  df-wrecs 7562  df-recs 7624  df-rdg 7662  df-1o 7716  df-2o 7717  df-oadd 7720  df-er 7899  df-map 8014  df-ixp 8066  df-en 8113  df-dom 8114  df-sdom 8115  df-fin 8116  df-fsupp 8435  df-fi 8476  df-sup 8507  df-inf 8508  df-oi 8574  df-card 8968  df-cda 9195  df-pnf 10281  df-mnf 10282  df-xr 10283  df-ltxr 10284  df-le 10285  df-sub 10473  df-neg 10474  df-div 10890  df-nn 11226  df-2 11284  df-3 11285  df-4 11286  df-5 11287  df-6 11288  df-7 11289  df-8 11290  df-9 11291  df-n0 11499  df-z 11584  df-dec 11700  df-uz 11893  df-q 11996  df-rp 12035  df-xneg 12150  df-xadd 12151  df-xmul 12152  df-ioo 12383  df-ico 12385  df-icc 12386  df-fz 12533  df-fzo 12673  df-seq 13008  df-exp 13067  df-hash 13321  df-cj 14046  df-re 14047  df-im 14048  df-sqrt 14182  df-abs 14183  df-struct 16065  df-ndx 16066  df-slot 16067  df-base 16069  df-sets 16070  df-ress 16071  df-plusg 16161  df-mulr 16162  df-starv 16163  df-sca 16164  df-vsca 16165  df-ip 16166  df-tset 16167  df-ple 16168  df-ds 16171  df-unif 16172  df-hom 16173  df-cco 16174  df-rest 16290  df-topn 16291  df-0g 16309  df-gsum 16310  df-topgen 16311  df-pt 16312  df-prds 16315  df-xrs 16369  df-qtop 16374  df-imas 16375  df-xps 16377  df-mre 16453  df-mrc 16454  df-acs 16456  df-mgm 17449  df-sgrp 17491  df-mnd 17502  df-mhm 17542  df-submnd 17543  df-grp 17632  df-minusg 17633  df-sbg 17634  df-mulg 17748  df-subg 17798  df-ghm 17865  df-cntz 17956  df-lsm 18257  df-cmn 18401  df-abl 18402  df-mgp 18697  df-ur 18709  df-ring 18756  df-cring 18757  df-oppr 18830  df-dvdsr 18848  df-unit 18849  df-invr 18879  df-dvr 18890  df-rnghom 18924  df-drng 18958  df-subrg 18987  df-staf 19054  df-srng 19055  df-lmod 19074  df-lss 19142  df-lmhm 19234  df-lvec 19315  df-sra 19386  df-rgmod 19387  df-psmet 19952  df-xmet 19953  df-met 19954  df-bl 19955  df-mopn 19956  df-fbas 19957  df-fg 19958  df-cnfld 19961  df-phl 20187  df-ocv 20223  df-top 20918  df-topon 20935  df-topsp 20957  df-bases 20970  df-cld 21043  df-ntr 21044  df-cls 21045  df-nei 21122  df-cn 21251  df-cnp 21252  df-haus 21339  df-cmp 21410  df-tx 21585  df-hmeo 21778  df-fil 21869  df-flim 21962  df-fcls 21964  df-xms 22344  df-ms 22345  df-tms 22346  df-nm 22606  df-ngp 22607  df-nlm 22610  df-cncf 22900  df-clm 23081  df-cph 23186  df-cfil 23271  df-cmet 23273  df-cms 23350  df-bn 23351  df-hl 23352
This theorem is referenced by:  pjth2  23429
  Copyright terms: Public domain W3C validator