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

Theorem unopf1o 31945
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 31901 . . . . 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 6821 . . . 4 (𝑇: ℋ–onto→ ℋ → 𝑇: ℋ⟶ ℋ)
42, 3syl 17 . . 3 (𝑇 ∈ UniOp → 𝑇: ℋ⟶ ℋ)
5 unop 31944 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → ((𝑇𝑥) ·ih (𝑇𝑥)) = (𝑥 ·ih 𝑥))
653anidm23 1420 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → ((𝑇𝑥) ·ih (𝑇𝑥)) = (𝑥 ·ih 𝑥))
763adant3 1131 . . . . . . . . . . 11 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑇𝑥) ·ih (𝑇𝑥)) = (𝑥 ·ih 𝑥))
8 unop 31944 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑦 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑇𝑦) ·ih (𝑇𝑦)) = (𝑦 ·ih 𝑦))
983anidm23 1420 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑇𝑦) ·ih (𝑇𝑦)) = (𝑦 ·ih 𝑦))
1093adant2 1130 . . . . . . . . . . 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 31944 . . . . . . . . . . 11 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → ((𝑇𝑥) ·ih (𝑇𝑦)) = (𝑥 ·ih 𝑦))
13 unop 31944 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ 𝑦 ∈ ℋ ∧ 𝑥 ∈ ℋ) → ((𝑇𝑦) ·ih (𝑇𝑥)) = (𝑦 ·ih 𝑥))
14133com23 1125 . . . . . . . . . . 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 1119 . . . . . . . 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 31150 . . . . . . . . 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 31150 . . . . . . . . 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 2786 . . . . . . 7 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → ((𝑥 𝑦) ·ih (𝑥 𝑦)) = (((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦)) ·ih ((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦))))
2726eqeq1d 2737 . . . . . 6 ((𝑇 ∈ UniOp ∧ (𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ)) → (((𝑥 𝑦) ·ih (𝑥 𝑦)) = 0 ↔ (((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦)) ·ih ((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦))) = 0))
28 hvsubcl 31046 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑥 𝑦) ∈ ℋ)
29 his6 31128 . . . . . . . . 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 31097 . . . . . . . 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 31046 . . . . . . . . 9 (((𝑇𝑥) ∈ ℋ ∧ (𝑇𝑦) ∈ ℋ) → ((𝑇𝑥) − (𝑇𝑦)) ∈ ℋ)
35 his6 31128 . . . . . . . . 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 31097 . . . . . . . 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 3200 . . 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 6570 . 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 1086   = wceq 1537  wcel 2106  wral 3059  wf 6559  1-1wf1 6560  ontowfo 6561  1-1-ontowf1o 6562  cfv 6563  (class class class)co 7431  0cc0 11153   + caddc 11156  cmin 11490  chba 30948   ·ih csp 30951  0c0v 30953   cmv 30954  UniOpcuo 30978
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1792  ax-4 1806  ax-5 1908  ax-6 1965  ax-7 2005  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2139  ax-11 2155  ax-12 2175  ax-ext 2706  ax-rep 5285  ax-sep 5302  ax-nul 5312  ax-pow 5371  ax-pr 5438  ax-un 7754  ax-resscn 11210  ax-1cn 11211  ax-icn 11212  ax-addcl 11213  ax-addrcl 11214  ax-mulcl 11215  ax-mulrcl 11216  ax-mulcom 11217  ax-addass 11218  ax-mulass 11219  ax-distr 11220  ax-i2m1 11221  ax-1ne0 11222  ax-1rid 11223  ax-rnegex 11224  ax-rrecex 11225  ax-cnre 11226  ax-pre-lttri 11227  ax-pre-lttrn 11228  ax-pre-ltadd 11229  ax-pre-mulgt0 11230  ax-hilex 31028  ax-hfvadd 31029  ax-hvcom 31030  ax-hvass 31031  ax-hv0cl 31032  ax-hvaddid 31033  ax-hfvmul 31034  ax-hvmulid 31035  ax-hvdistr2 31038  ax-hvmul0 31039  ax-hfi 31108  ax-his1 31111  ax-his2 31112  ax-his3 31113  ax-his4 31114
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1777  df-nf 1781  df-sb 2063  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2713  df-cleq 2727  df-clel 2814  df-nfc 2890  df-ne 2939  df-nel 3045  df-ral 3060  df-rex 3069  df-rmo 3378  df-reu 3379  df-rab 3434  df-v 3480  df-sbc 3792  df-csb 3909  df-dif 3966  df-un 3968  df-in 3970  df-ss 3980  df-nul 4340  df-if 4532  df-pw 4607  df-sn 4632  df-pr 4634  df-op 4638  df-uni 4913  df-iun 4998  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-id 5583  df-po 5597  df-so 5598  df-xp 5695  df-rel 5696  df-cnv 5697  df-co 5698  df-dm 5699  df-rn 5700  df-res 5701  df-ima 5702  df-iota 6516  df-fun 6565  df-fn 6566  df-f 6567  df-f1 6568  df-fo 6569  df-f1o 6570  df-fv 6571  df-riota 7388  df-ov 7434  df-oprab 7435  df-mpo 7436  df-er 8744  df-en 8985  df-dom 8986  df-sdom 8987  df-pnf 11295  df-mnf 11296  df-xr 11297  df-ltxr 11298  df-le 11299  df-sub 11492  df-neg 11493  df-div 11919  df-2 12327  df-cj 15135  df-re 15136  df-im 15137  df-hvsub 31000  df-unop 31872
This theorem is referenced by:  unopnorm  31946  cnvunop  31947  unopadj  31948  unoplin  31949  counop  31950  unopbd  32044
  Copyright terms: Public domain W3C validator