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

Theorem unopf1o 32575
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⟶1-1onto ℋ)

Proof of Theorem unopf1o
Dummy variables 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 elunop 32531 . . . . 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 6826 . . . 4 (𝑇: ℋ⟶onto ℋ → 𝑇: ℋ⟶ ℋ)
42, 3syl 18 . . 3 (𝑇 ∈ UniOp → 𝑇: ℋ⟶ ℋ)
5 unop 32574 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → ((𝑇‘𝑥) ·ih (𝑇‘𝑥)) = (𝑥 ·ih 𝑥))
653anidm23 1449 . . . . . . . . . . . 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 32574 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑦 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑇‘𝑦) ·ih (𝑇‘𝑦)) = (𝑦 ·ih 𝑦))
983anidm23 1449 . . . . . . . . . . . 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 7469 . . . . . . . . . 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 32574 . . . . . . . . . . 11 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑇‘𝑥) ·ih (𝑇‘𝑦)) = (𝑥 ·ih 𝑦))
13 unop 32574 . . . . . . . . . . . 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 7469 . . . . . . . . . 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 7469 . . . . . . . . 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 7113 . . . . . . . . . . 11 ((𝑇: ℋ⟶ ℋ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → (𝑇‘𝑥) ∈ ℋ)
19 ffvelcdm 7113 . . . . . . . . . . 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 31780 . . . . . . . . 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 31780 . . . . . . . . 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 2809 . . . . . . 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 2765 . . . . . 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 31676 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑥 −ℎ 𝑦) ∈ ℋ)
29 his6 31758 . . . . . . . . 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 31727 . . . . . . . 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 31676 . . . . . . . . 9 (((𝑇‘𝑥) ∈ ℋ ∧ (𝑇‘𝑦) ∈ ℋ) → ((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦)) ∈ ℋ)
35 his6 31758 . . . . . . . . 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 31727 . . . . . . . 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 3209 . . 3 (𝑇 ∈ UniOp → ∀𝑥 ∈ ℋ ∀𝑦 ∈ ℋ ((𝑇‘𝑥) = (𝑇‘𝑦) → 𝑥 = 𝑦))
43 dff13 7289 . . 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 6573 . 2 (𝑇: ℋ⟶1-1onto ℋ ↔ (𝑇: ℋ⟶1-1 ℋ ∧ 𝑇: ℋ⟶onto ℋ))
4644, 2, 45sylanbrc 595 1 (𝑇 ∈ UniOp → 𝑇: ℋ⟶1-1onto ℋ)
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2147  ∀wral 3080  ⟶wf 6562  ⟶1-1wf1 6563  ⟶ontowfo 6564  ⟶1-1ontowf1o 6565  ‘cfv 6566  (class class class)co 7451  0cc0 11239   + caddc 11242   − cmin 11580   ℋchba 31578   ·ih csp 31581  0ℎc0v 31583   −ℎ cmv 31584  UniOpcuo 31608
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 5238  ax-sep 5255  ax-nul 5266  ax-pow 5334  ax-pr 5398  ax-un 7783  ax-resscn 11296  ax-1cn 11297  ax-icn 11298  ax-addcl 11299  ax-addrcl 11300  ax-mulcl 11301  ax-mulrcl 11302  ax-mulcom 11303  ax-addass 11304  ax-mulass 11305  ax-distr 11306  ax-i2m1 11307  ax-1ne0 11308  ax-1rid 11309  ax-rnegex 11310  ax-rrecex 11311  ax-cnre 11312  ax-pre-lttri 11313  ax-pre-lttrn 11314  ax-pre-ltadd 11315  ax-pre-mulgt0 11316  ax-hilex 31658  ax-hfvadd 31659  ax-hvcom 31660  ax-hvass 31661  ax-hv0cl 31662  ax-hvaddid 31663  ax-hfvmul 31664  ax-hvmulid 31665  ax-hvdistr2 31668  ax-hvmul0 31669  ax-hfi 31738  ax-his1 31741  ax-his2 31742  ax-his3 31743  ax-his4 31744
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 4841  df-uni 4873  df-iun 4958  df-br 5109  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5553  df-eprel 5558  df-po 5566  df-so 5567  df-fr 5611  df-we 5613  df-xp 5664  df-rel 5665  df-cnv 5666  df-co 5667  df-dm 5668  df-rn 5669  df-res 5670  df-ima 5671  df-pred 6330  df-ord 6391  df-on 6392  df-lim 6393  df-suc 6394  df-iota 6520  df-fun 6568  df-fn 6569  df-f 6570  df-f1 6571  df-fo 6572  df-f1o 6573  df-fv 6574  df-riota 7408  df-ov 7454  df-oprab 7455  df-mpo 7456  df-om 7912  df-2nd 8036  df-frecs 8337  df-wrecs 8368  df-recs 8417  df-rdg 8456  df-er 8755  df-en 9012  df-dom 9013  df-sdom 9014  df-pnf 11384  df-mnf 11385  df-xr 11386  df-ltxr 11387  df-le 11388  df-sub 11582  df-neg 11583  df-div 12014  df-nn 12376  df-2 12445  df-cj 15309  df-re 15310  df-im 15311  df-hvsub 31630  df-unop 32502
This theorem is used by:  unopnorm  32576  cnvunop  32577  unopadj  32578  unoplin  32579  counop  32580  unopbd  32674
  Copyright terms: Public domain W3C validator