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

Theorem unopf1o 31935
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 31891 . . . . 5 (𝑇 ∈ UniOp ↔ (𝑇: ℋ–onto→ ℋ ∧ ∀𝑥 ∈ ℋ ∀𝑦 ∈ ℋ ((𝑇𝑥) ·ih (𝑇𝑦)) = (𝑥 ·ih 𝑦)))
21simplbi 497 . . . 4 (𝑇 ∈ UniOp → 𝑇: ℋ–onto→ ℋ)
3 fof 6820 . . . 4 (𝑇: ℋ–onto→ ℋ → 𝑇: ℋ⟶ ℋ)
42, 3syl 17 . . 3 (𝑇 ∈ UniOp → 𝑇: ℋ⟶ ℋ)
5 unop 31934 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → ((𝑇𝑥) ·ih (𝑇𝑥)) = (𝑥 ·ih 𝑥))
653anidm23 1423 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → ((𝑇𝑥) ·ih (𝑇𝑥)) = (𝑥 ·ih 𝑥))
763adant3 1133 . . . . . . . . . . 11 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑇𝑥) ·ih (𝑇𝑥)) = (𝑥 ·ih 𝑥))
8 unop 31934 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑦 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑇𝑦) ·ih (𝑇𝑦)) = (𝑦 ·ih 𝑦))
983anidm23 1423 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑇𝑦) ·ih (𝑇𝑦)) = (𝑦 ·ih 𝑦))
1093adant2 1132 . . . . . . . . . . 11 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑇𝑦) ·ih (𝑇𝑦)) = (𝑦 ·ih 𝑦))
117, 10oveq12d 7449 . . . . . . . . . 10 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (((𝑇𝑥) ·ih (𝑇𝑥)) + ((𝑇𝑦) ·ih (𝑇𝑦))) = ((𝑥 ·ih 𝑥) + (𝑦 ·ih 𝑦)))
12 unop 31934 . . . . . . . . . . 11 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑇𝑥) ·ih (𝑇𝑦)) = (𝑥 ·ih 𝑦))
13 unop 31934 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑦 ∈ ℋ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → ((𝑇𝑦) ·ih (𝑇𝑥)) = (𝑦 ·ih 𝑥))
14133com23 1127 . . . . . . . . . . 11 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑇𝑦) ·ih (𝑇𝑥)) = (𝑦 ·ih 𝑥))
1512, 14oveq12d 7449 . . . . . . . . . 10 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (((𝑇𝑥) ·ih (𝑇𝑦)) + ((𝑇𝑦) ·ih (𝑇𝑥))) = ((𝑥 ·ih 𝑦) + (𝑦 ·ih 𝑥)))
1611, 15oveq12d 7449 . . . . . . . . 9 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((((𝑇𝑥) ·ih (𝑇𝑥)) + ((𝑇𝑦) ·ih (𝑇𝑦))) − (((𝑇𝑥) ·ih (𝑇𝑦)) + ((𝑇𝑦) ·ih (𝑇𝑥)))) = (((𝑥 ·ih 𝑥) + (𝑦 ·ih 𝑦)) − ((𝑥 ·ih 𝑦) + (𝑦 ·ih 𝑥))))
17163expb 1121 . . . . . . . 8 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → ((((𝑇𝑥) ·ih (𝑇𝑥)) + ((𝑇𝑦) ·ih (𝑇𝑦))) − (((𝑇𝑥) ·ih (𝑇𝑦)) + ((𝑇𝑦) ·ih (𝑇𝑥)))) = (((𝑥 ·ih 𝑥) + (𝑦 ·ih 𝑦)) − ((𝑥 ·ih 𝑦) + (𝑦 ·ih 𝑥))))
18 ffvelcdm 7101 . . . . . . . . . . 11 ((𝑇: ℋ⟶ ℋ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → (𝑇𝑥) ∈ ℋ)
19 ffvelcdm 7101 . . . . . . . . . . 11 ((𝑇: ℋ⟶ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑇𝑦) ∈ ℋ)
2018, 19anim12dan 619 . . . . . . . . . 10 ((𝑇: ℋ⟶ ℋ ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → ((𝑇𝑥) ∈ ℋ ∧ (𝑇𝑦) ∈ ℋ))
214, 20sylan 580 . . . . . . . . 9 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → ((𝑇𝑥) ∈ ℋ ∧ (𝑇𝑦) ∈ ℋ))
22 normlem9at 31140 . . . . . . . . 9 (((𝑇𝑥) ∈ ℋ ∧ (𝑇𝑦) ∈ ℋ) → (((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦)) ·ih ((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦))) = ((((𝑇𝑥) ·ih (𝑇𝑥)) + ((𝑇𝑦) ·ih (𝑇𝑦))) − (((𝑇𝑥) ·ih (𝑇𝑦)) + ((𝑇𝑦) ·ih (𝑇𝑥)))))
2321, 22syl 17 . . . . . . . 8 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → (((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦)) ·ih ((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦))) = ((((𝑇𝑥) ·ih (𝑇𝑥)) + ((𝑇𝑦) ·ih (𝑇𝑦))) − (((𝑇𝑥) ·ih (𝑇𝑦)) + ((𝑇𝑦) ·ih (𝑇𝑥)))))
24 normlem9at 31140 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑥 𝑦) ·ih (𝑥 𝑦)) = (((𝑥 ·ih 𝑥) + (𝑦 ·ih 𝑦)) − ((𝑥 ·ih 𝑦) + (𝑦 ·ih 𝑥))))
2524adantl 481 . . . . . . . 8 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → ((𝑥 𝑦) ·ih (𝑥 𝑦)) = (((𝑥 ·ih 𝑥) + (𝑦 ·ih 𝑦)) − ((𝑥 ·ih 𝑦) + (𝑦 ·ih 𝑥))))
2617, 23, 253eqtr4rd 2788 . . . . . . 7 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → ((𝑥 𝑦) ·ih (𝑥 𝑦)) = (((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦)) ·ih ((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦))))
2726eqeq1d 2739 . . . . . 6 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → (((𝑥 𝑦) ·ih (𝑥 𝑦)) = 0 ↔ (((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦)) ·ih ((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦))) = 0))
28 hvsubcl 31036 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑥 𝑦) ∈ ℋ)
29 his6 31118 . . . . . . . . 9 ((𝑥 𝑦) ∈ ℋ → (((𝑥 𝑦) ·ih (𝑥 𝑦)) = 0 ↔ (𝑥 𝑦) = 0))
3028, 29syl 17 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (((𝑥 𝑦) ·ih (𝑥 𝑦)) = 0 ↔ (𝑥 𝑦) = 0))
31 hvsubeq0 31087 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑥 𝑦) = 0𝑥 = 𝑦))
3230, 31bitrd 279 . . . . . . 7 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (((𝑥 𝑦) ·ih (𝑥 𝑦)) = 0 ↔ 𝑥 = 𝑦))
3332adantl 481 . . . . . 6 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → (((𝑥 𝑦) ·ih (𝑥 𝑦)) = 0 ↔ 𝑥 = 𝑦))
34 hvsubcl 31036 . . . . . . . . 9 (((𝑇𝑥) ∈ ℋ ∧ (𝑇𝑦) ∈ ℋ) → ((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦)) ∈ ℋ)
35 his6 31118 . . . . . . . . 9 (((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦)) ∈ ℋ → ((((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦)) ·ih ((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦))) = 0 ↔ ((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦)) = 0))
3634, 35syl 17 . . . . . . . 8 (((𝑇𝑥) ∈ ℋ ∧ (𝑇𝑦) ∈ ℋ) → ((((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦)) ·ih ((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦))) = 0 ↔ ((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦)) = 0))
37 hvsubeq0 31087 . . . . . . . 8 (((𝑇𝑥) ∈ ℋ ∧ (𝑇𝑦) ∈ ℋ) → (((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦)) = 0 ↔ (𝑇𝑥) = (𝑇𝑦)))
3836, 37bitrd 279 . . . . . . 7 (((𝑇𝑥) ∈ ℋ ∧ (𝑇𝑦) ∈ ℋ) → ((((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦)) ·ih ((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦))) = 0 ↔ (𝑇𝑥) = (𝑇𝑦)))
3921, 38syl 17 . . . . . 6 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → ((((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦)) ·ih ((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦))) = 0 ↔ (𝑇𝑥) = (𝑇𝑦)))
4027, 33, 393bitr3rd 310 . . . . 5 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → ((𝑇𝑥) = (𝑇𝑦) ↔ 𝑥 = 𝑦))
4140biimpd 229 . . . 4 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → ((𝑇𝑥) = (𝑇𝑦) → 𝑥 = 𝑦))
4241ralrimivva 3202 . . 3 (𝑇 ∈ UniOp → ∀𝑥 ∈ ℋ ∀𝑦 ∈ ℋ ((𝑇𝑥) = (𝑇𝑦) → 𝑥 = 𝑦))
43 dff13 7275 . . 3 (𝑇: ℋ–1-1→ ℋ ↔ (𝑇: ℋ⟶ ℋ ∧ ∀𝑥 ∈ ℋ ∀𝑦 ∈ ℋ ((𝑇𝑥) = (𝑇𝑦) → 𝑥 = 𝑦)))
444, 42, 43sylanbrc 583 . 2 (𝑇 ∈ UniOp → 𝑇: ℋ–1-1→ ℋ)
45 df-f1o 6568 . 2 (𝑇: ℋ–1-1-onto→ ℋ ↔ (𝑇: ℋ–1-1→ ℋ ∧ 𝑇: ℋ–onto→ ℋ))
4644, 2, 45sylanbrc 583 1 (𝑇 ∈ UniOp → 𝑇: ℋ–1-1-onto→ ℋ)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 206  wa 395  w3a 1087   = wceq 1540  wcel 2108  wral 3061  wf 6557  1-1wf1 6558  ontowfo 6559  1-1-ontowf1o 6560  cfv 6561  (class class class)co 7431  0cc0 11155   + caddc 11158  cmin 11492  chba 30938   ·ih csp 30941  0c0v 30943   cmv 30944  UniOpcuo 30968
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 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2157  ax-12 2177  ax-ext 2708  ax-rep 5279  ax-sep 5296  ax-nul 5306  ax-pow 5365  ax-pr 5432  ax-un 7755  ax-resscn 11212  ax-1cn 11213  ax-icn 11214  ax-addcl 11215  ax-addrcl 11216  ax-mulcl 11217  ax-mulrcl 11218  ax-mulcom 11219  ax-addass 11220  ax-mulass 11221  ax-distr 11222  ax-i2m1 11223  ax-1ne0 11224  ax-1rid 11225  ax-rnegex 11226  ax-rrecex 11227  ax-cnre 11228  ax-pre-lttri 11229  ax-pre-lttrn 11230  ax-pre-ltadd 11231  ax-pre-mulgt0 11232  ax-hilex 31018  ax-hfvadd 31019  ax-hvcom 31020  ax-hvass 31021  ax-hv0cl 31022  ax-hvaddid 31023  ax-hfvmul 31024  ax-hvmulid 31025  ax-hvdistr2 31028  ax-hvmul0 31029  ax-hfi 31098  ax-his1 31101  ax-his2 31102  ax-his3 31103  ax-his4 31104
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2065  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2729  df-clel 2816  df-nfc 2892  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3062  df-rex 3071  df-rmo 3380  df-reu 3381  df-rab 3437  df-v 3482  df-sbc 3789  df-csb 3900  df-dif 3954  df-un 3956  df-in 3958  df-ss 3968  df-nul 4334  df-if 4526  df-pw 4602  df-sn 4627  df-pr 4629  df-op 4633  df-uni 4908  df-iun 4993  df-br 5144  df-opab 5206  df-mpt 5226  df-id 5578  df-po 5592  df-so 5593  df-xp 5691  df-rel 5692  df-cnv 5693  df-co 5694  df-dm 5695  df-rn 5696  df-res 5697  df-ima 5698  df-iota 6514  df-fun 6563  df-fn 6564  df-f 6565  df-f1 6566  df-fo 6567  df-f1o 6568  df-fv 6569  df-riota 7388  df-ov 7434  df-oprab 7435  df-mpo 7436  df-er 8745  df-en 8986  df-dom 8987  df-sdom 8988  df-pnf 11297  df-mnf 11298  df-xr 11299  df-ltxr 11300  df-le 11301  df-sub 11494  df-neg 11495  df-div 11921  df-2 12329  df-cj 15138  df-re 15139  df-im 15140  df-hvsub 30990  df-unop 31862
This theorem is referenced by:  unopnorm  31936  cnvunop  31937  unopadj  31938  unoplin  31939  counop  31940  unopbd  32034
  Copyright terms: Public domain W3C validator