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

Theorem unopf1o 32525
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 32481 . . . . 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 6799 . . . 4 (𝑇: ℋ–onto→ ℋ → 𝑇: ℋ⟶ ℋ)
42, 3syl 18 . . 3 (𝑇 ∈ UniOp → 𝑇: ℋ⟶ ℋ)
5 unop 32524 . . . . . . . . . . . . 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 32524 . . . . . . . . . . . . 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 7440 . . . . . . . . . 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 32524 . . . . . . . . . . 11 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑇‘𝑥) ·ih (𝑇‘𝑦)) = (𝑥 ·ih 𝑦))
13 unop 32524 . . . . . . . . . . . 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 7440 . . . . . . . . . 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 7440 . . . . . . . . 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 7084 . . . . . . . . . . 11 ((𝑇: ℋ⟶ ℋ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → (𝑇‘𝑥) ∈ ℋ)
19 ffvelcdm 7084 . . . . . . . . . . 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 31730 . . . . . . . . 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 31730 . . . . . . . . 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 2806 . . . . . . 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 2762 . . . . . 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 31626 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑥 −ℎ 𝑦) ∈ ℋ)
29 his6 31708 . . . . . . . . 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 31677 . . . . . . . 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 31626 . . . . . . . . 9 (((𝑇‘𝑥) ∈ ℋ ∧ (𝑇‘𝑦) ∈ ℋ) → ((𝑇‘𝑥) −ℎ (𝑇‘𝑦)) ∈ ℋ)
35 his6 31708 . . . . . . . . 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 31677 . . . . . . . 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 3205 . . 3 (𝑇 ∈ UniOp → ∀𝑥 ∈ ℋ ∀𝑦 ∈ ℋ ((𝑇‘𝑥) = (𝑇‘𝑦) → 𝑥 = 𝑦))
43 dff13 7260 . . 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 6548 . 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 1569   ∈ wcel 2144  ∀wral 3076  ⟶wf 6537  –1-1→wf1 6538  –onto→wfo 6539  –1-1-onto→wf1o 6540  ‘cfv 6541  (class class class)co 7422  0cc0 11205   + caddc 11208   − cmin 11546   ℋchba 31528   ·ih csp 31531  0ℎc0v 31533   −ℎ cmv 31534  UniOpcuo 31558
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-rep 5231  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7753  ax-resscn 11262  ax-1cn 11263  ax-icn 11264  ax-addcl 11265  ax-addrcl 11266  ax-mulcl 11267  ax-mulrcl 11268  ax-mulcom 11269  ax-addass 11270  ax-mulass 11271  ax-distr 11272  ax-i2m1 11273  ax-1ne0 11274  ax-1rid 11275  ax-rnegex 11276  ax-rrecex 11277  ax-cnre 11278  ax-pre-lttri 11279  ax-pre-lttrn 11280  ax-pre-ltadd 11281  ax-pre-mulgt0 11282  ax-hilex 31608  ax-hfvadd 31609  ax-hvcom 31610  ax-hvass 31611  ax-hv0cl 31612  ax-hvaddid 31613  ax-hfvmul 31614  ax-hvmulid 31615  ax-hvdistr2 31618  ax-hvmul0 31619  ax-hfi 31688  ax-his1 31691  ax-his2 31692  ax-his3 31693  ax-his4 31694
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3848  df-ss 3897  df-pss 4013  df-dif 4046  df-in 4090  df-un 4150  df-nul 4278  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4835  df-uni 4867  df-iun 4952  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-we 5605  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  df-pred 6306  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6496  df-fun 6543  df-fn 6544  df-f 6545  df-f1 6546  df-fo 6547  df-f1o 6548  df-fv 6549  df-riota 7379  df-ov 7425  df-oprab 7426  df-mpo 7427  df-om 7880  df-2nd 8004  df-frecs 8304  df-wrecs 8335  df-recs 8384  df-rdg 8423  df-er 8722  df-en 8979  df-dom 8980  df-sdom 8981  df-pnf 11350  df-mnf 11351  df-xr 11352  df-ltxr 11353  df-le 11354  df-sub 11548  df-neg 11549  df-div 11979  df-nn 12341  df-2 12410  df-cj 15273  df-re 15274  df-im 15275  df-hvsub 31580  df-unop 32452
This theorem is used by:  unopnorm  32526  cnvunop  32527  unopadj  32528  unoplin  32529  counop  32530  unopbd  32624
  Copyright terms: Public domain W3C validator