HSE Home Hilbert Space Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  HSE Home  >  Th. List  >  unopf1o Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem unopf1o 32511
Description: A unitary operator in Hilbert space is one-to-one and onto. (Contributed by NM, 22-Jan-2006.) (New usage is discouraged.)
Assertion
Ref Expression
unopf1o (𝑇 ∈ UniOp → 𝑇: ℋ–1-1-onto→ ℋ)

Proof of Theorem unopf1o
Dummy variables 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 elunop 32467 . . . . 5 (𝑇 ∈ UniOp ↔ (𝑇: ℋ–onto→ ℋ ∧ ∀𝑥 ∈ ℋ ∀𝑦 ∈ ℋ ((𝑇‘𝑥) ·ih (𝑇‘𝑦)) = (𝑥 ·ih 𝑦)))
21simplbi 502 . . . 4 (𝑇 ∈ UniOp → 𝑇: ℋ–onto→ ℋ)
3 fof 6794 . . . 4 (𝑇: ℋ–onto→ ℋ → 𝑇: ℋ⟶ ℋ)
42, 3syl 18 . . 3 (𝑇 ∈ UniOp → 𝑇: ℋ⟶ ℋ)
5 unop 32510 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → ((𝑇‘𝑥) ·ih (𝑇‘𝑥)) = (𝑥 ·ih 𝑥))
653anidm23 1448 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → ((𝑇‘𝑥) ·ih (𝑇‘𝑥)) = (𝑥 ·ih 𝑥))
763adant3 1150 . . . . . . . . . . 11 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑇‘𝑥) ·ih (𝑇‘𝑥)) = (𝑥 ·ih 𝑥))
8 unop 32510 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑦 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑇‘𝑦) ·ih (𝑇‘𝑦)) = (𝑦 ·ih 𝑦))
983anidm23 1448 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑇‘𝑦) ·ih (𝑇‘𝑦)) = (𝑦 ·ih 𝑦))
1093adant2 1149 . . . . . . . . . . 11 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑇‘𝑦) ·ih (𝑇‘𝑦)) = (𝑦 ·ih 𝑦))
117, 10oveq12d 7436 . . . . . . . . . 10 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (((𝑇‘𝑥) ·ih (𝑇‘𝑥)) + ((𝑇‘𝑦) ·ih (𝑇‘𝑦))) = ((𝑥 ·ih 𝑥) + (𝑦 ·ih 𝑦)))
12 unop 32510 . . . . . . . . . . 11 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑇‘𝑥) ·ih (𝑇‘𝑦)) = (𝑥 ·ih 𝑦))
13 unop 32510 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑦 ∈ ℋ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → ((𝑇‘𝑦) ·ih (𝑇‘𝑥)) = (𝑦 ·ih 𝑥))
14133com23 1144 . . . . . . . . . . 11 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑇‘𝑦) ·ih (𝑇‘𝑥)) = (𝑦 ·ih 𝑥))
1512, 14oveq12d 7436 . . . . . . . . . 10 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (((𝑇‘𝑥) ·ih (𝑇‘𝑦)) + ((𝑇‘𝑦) ·ih (𝑇‘𝑥))) = ((𝑥 ·ih 𝑦) + (𝑦 ·ih 𝑥)))
1611, 15oveq12d 7436 . . . . . . . . 9 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((((𝑇‘𝑥) ·ih (𝑇‘𝑥)) + ((𝑇‘𝑦) ·ih (𝑇‘𝑦))) − (((𝑇‘𝑥) ·ih (𝑇‘𝑦)) + ((𝑇‘𝑦) ·ih (𝑇‘𝑥)))) = (((𝑥 ·ih 𝑥) + (𝑦 ·ih 𝑦)) − ((𝑥 ·ih 𝑦) + (𝑦 ·ih 𝑥))))
17163expb 1138 . . . . . . . 8 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → ((((𝑇‘𝑥) ·ih (𝑇‘𝑥)) + ((𝑇‘𝑦) ·ih (𝑇‘𝑦))) − (((𝑇‘𝑥) ·ih (𝑇‘𝑦)) + ((𝑇‘𝑦) ·ih (𝑇‘𝑥)))) = (((𝑥 ·ih 𝑥) + (𝑦 ·ih 𝑦)) − ((𝑥 ·ih 𝑦) + (𝑦 ·ih 𝑥))))
18 ffvelcdm 7079 . . . . . . . . . . 11 ((𝑇: ℋ⟶ ℋ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → (𝑇‘𝑥) ∈ ℋ)
19 ffvelcdm 7079 . . . . . . . . . . 11 ((𝑇: ℋ⟶ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑇‘𝑦) ∈ ℋ)
2018, 19anim12dan 631 . . . . . . . . . 10 ((𝑇: ℋ⟶ ℋ ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → ((𝑇‘𝑥) ∈ ℋ ∧ (𝑇‘𝑦) ∈ ℋ))
214, 20sylan 592 . . . . . . . . 9 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → ((𝑇‘𝑥) ∈ ℋ ∧ (𝑇‘𝑦) ∈ ℋ))
22 normlem9at 31716 . . . . . . . . 9 (((𝑇‘𝑥) ∈ ℋ ∧ (𝑇‘𝑦) ∈ ℋ) → (((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦)) ·ih ((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦))) = ((((𝑇‘𝑥) ·ih (𝑇‘𝑥)) + ((𝑇‘𝑦) ·ih (𝑇‘𝑦))) − (((𝑇‘𝑥) ·ih (𝑇‘𝑦)) + ((𝑇‘𝑦) ·ih (𝑇‘𝑥)))))
2321, 22syl 18 . . . . . . . 8 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → (((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦)) ·ih ((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦))) = ((((𝑇‘𝑥) ·ih (𝑇‘𝑥)) + ((𝑇‘𝑦) ·ih (𝑇‘𝑦))) − (((𝑇‘𝑥) ·ih (𝑇‘𝑦)) + ((𝑇‘𝑦) ·ih (𝑇‘𝑥)))))
24 normlem9at 31716 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑥 −ℎ 𝑦) ·ih (𝑥 −ℎ 𝑦)) = (((𝑥 ·ih 𝑥) + (𝑦 ·ih 𝑦)) − ((𝑥 ·ih 𝑦) + (𝑦 ·ih 𝑥))))
2524adantl 487 . . . . . . . 8 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → ((𝑥 −ℎ 𝑦) ·ih (𝑥 −ℎ 𝑦)) = (((𝑥 ·ih 𝑥) + (𝑦 ·ih 𝑦)) − ((𝑥 ·ih 𝑦) + (𝑦 ·ih 𝑥))))
2617, 23, 253eqtr4rd 2807 . . . . . . 7 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → ((𝑥 −ℎ 𝑦) ·ih (𝑥 −ℎ 𝑦)) = (((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦)) ·ih ((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦))))
2726eqeq1d 2763 . . . . . 6 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → (((𝑥 −ℎ 𝑦) ·ih (𝑥 −ℎ 𝑦)) = 0 ↔ (((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦)) ·ih ((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦))) = 0))
28 hvsubcl 31612 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑥 −ℎ 𝑦) ∈ ℋ)
29 his6 31694 . . . . . . . . 9 ((𝑥 −ℎ 𝑦) ∈ ℋ → (((𝑥 −ℎ 𝑦) ·ih (𝑥 −ℎ 𝑦)) = 0 ↔ (𝑥 −ℎ 𝑦) = 0ℎ))
3028, 29syl 18 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (((𝑥 −ℎ 𝑦) ·ih (𝑥 −ℎ 𝑦)) = 0 ↔ (𝑥 −ℎ 𝑦) = 0ℎ))
31 hvsubeq0 31663 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑥 −ℎ 𝑦) = 0ℎ ↔ 𝑥 = 𝑦))
3230, 31bitrd 282 . . . . . . 7 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (((𝑥 −ℎ 𝑦) ·ih (𝑥 −ℎ 𝑦)) = 0 ↔ 𝑥 = 𝑦))
3332adantl 487 . . . . . 6 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → (((𝑥 −ℎ 𝑦) ·ih (𝑥 −ℎ 𝑦)) = 0 ↔ 𝑥 = 𝑦))
34 hvsubcl 31612 . . . . . . . . 9 (((𝑇‘𝑥) ∈ ℋ ∧ (𝑇‘𝑦) ∈ ℋ) → ((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦)) ∈ ℋ)
35 his6 31694 . . . . . . . . 9 (((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦)) ∈ ℋ → ((((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦)) ·ih ((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦))) = 0 ↔ ((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦)) = 0ℎ))
3634, 35syl 18 . . . . . . . 8 (((𝑇‘𝑥) ∈ ℋ ∧ (𝑇‘𝑦) ∈ ℋ) → ((((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦)) ·ih ((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦))) = 0 ↔ ((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦)) = 0ℎ))
37 hvsubeq0 31663 . . . . . . . 8 (((𝑇‘𝑥) ∈ ℋ ∧ (𝑇‘𝑦) ∈ ℋ) → (((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦)) = 0ℎ ↔ (𝑇‘𝑥) = (𝑇‘𝑦)))
3836, 37bitrd 282 . . . . . . 7 (((𝑇‘𝑥) ∈ ℋ ∧ (𝑇‘𝑦) ∈ ℋ) → ((((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦)) ·ih ((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦))) = 0 ↔ (𝑇‘𝑥) = (𝑇‘𝑦)))
3921, 38syl 18 . . . . . 6 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → ((((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦)) ·ih ((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦))) = 0 ↔ (𝑇‘𝑥) = (𝑇‘𝑦)))
4027, 33, 393bitr3rd 313 . . . . 5 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → ((𝑇‘𝑥) = (𝑇‘𝑦) ↔ 𝑥 = 𝑦))
4140biimpd 232 . . . 4 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → ((𝑇‘𝑥) = (𝑇‘𝑦) → 𝑥 = 𝑦))
4241ralrimivva 3206 . . 3 (𝑇 ∈ UniOp → ∀𝑥 ∈ ℋ ∀𝑦 ∈ ℋ ((𝑇‘𝑥) = (𝑇‘𝑦) → 𝑥 = 𝑦))
43 dff13 7256 . . 3 (𝑇: ℋ–1-1→ ℋ ↔ (𝑇: ℋ⟶ ℋ ∧ ∀𝑥 ∈ ℋ ∀𝑦 ∈ ℋ ((𝑇‘𝑥) = (𝑇‘𝑦) → 𝑥 = 𝑦)))
444, 42, 43sylanbrc 595 . 2 (𝑇 ∈ UniOp → 𝑇: ℋ–1-1→ ℋ)
45 df-f1o 6544 . 2 (𝑇: ℋ–1-1-onto→ ℋ ↔ (𝑇: ℋ–1-1→ ℋ ∧ 𝑇: ℋ–onto→ ℋ))
4644, 2, 45sylanbrc 595 1 (𝑇 ∈ UniOp → 𝑇: ℋ–1-1-onto→ ℋ)
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2145  ∀wral 3077  ⟶wf 6533  –1-1→wf1 6534  –onto→wfo 6535  –1-1-onto→wf1o 6536  ‘cfv 6537  (class class class)co 7418  0cc0 11193   + caddc 11196   − cmin 11534   ℋchba 31514   ·ih csp 31517  0ℎc0v 31519   −ℎ cmv 31520  UniOpcuo 31544
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 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2733  ax-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7749  ax-resscn 11250  ax-1cn 11251  ax-icn 11252  ax-addcl 11253  ax-addrcl 11254  ax-mulcl 11255  ax-mulrcl 11256  ax-mulcom 11257  ax-addass 11258  ax-mulass 11259  ax-distr 11260  ax-i2m1 11261  ax-1ne0 11262  ax-1rid 11263  ax-rnegex 11264  ax-rrecex 11265  ax-cnre 11266  ax-pre-lttri 11267  ax-pre-lttrn 11268  ax-pre-ltadd 11269  ax-pre-mulgt0 11270  ax-hilex 31594  ax-hfvadd 31595  ax-hvcom 31596  ax-hvass 31597  ax-hv0cl 31598  ax-hvaddid 31599  ax-hfvmul 31600  ax-hvmulid 31601  ax-hvdistr2 31604  ax-hvmul0 31605  ax-hfi 31674  ax-his1 31677  ax-his2 31678  ax-his3 31679  ax-his4 31680
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 2100  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6303  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6493  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-riota 7375  df-ov 7421  df-oprab 7422  df-mpo 7423  df-om 7876  df-2nd 8000  df-frecs 8292  df-wrecs 8323  df-recs 8372  df-rdg 8411  df-er 8710  df-en 8967  df-dom 8968  df-sdom 8969  df-pnf 11338  df-mnf 11339  df-xr 11340  df-ltxr 11341  df-le 11342  df-sub 11536  df-neg 11537  df-div 11967  df-nn 12329  df-2 12398  df-cj 15259  df-re 15260  df-im 15261  df-hvsub 31566  df-unop 32438
This theorem is used by:  unopnorm  32512  cnvunop  32513  unopadj  32514  unoplin  32515  counop  32516  unopbd  32610
  Copyright terms: Public domain W3C validator