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Theorem isobs

Description: The predicate "is an orthonormal basis" (over a pre-Hilbert space). (Contributed by Mario Carneiro, 23-Oct-2015)

Ref Expression
Hypotheses isobs.v ⊢ V = Base W
isobs.h ⊢ , ˙ = ⋅ 𝑖 ⁡ W
isobs.f ⊢ F = Scalar ⁡ W
isobs.u ⊢ 1 ˙ = 1 F
isobs.z ⊢ 0 ˙ = 0 F
isobs.o ⊢ ⊥ ˙ = ocv ⁡ W
isobs.y ⊢ Y = 0 W
Assertion isobs ⊢ B ∈ OBasis ⁡ W ↔ W ∈ PreHil ∧ B ⊆ V ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙ ∧ ⊥ ˙ ⁡ B = Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 isobs.v ⊢ V = Base W
2 isobs.h ⊢ , ˙ = ⋅ 𝑖 ⁡ W
3 isobs.f ⊢ F = Scalar ⁡ W
4 isobs.u ⊢ 1 ˙ = 1 F
5 isobs.z ⊢ 0 ˙ = 0 F
6 isobs.o ⊢ ⊥ ˙ = ocv ⁡ W
7 isobs.y ⊢ Y = 0 W
8 df-obs ⊢ OBasis = h ∈ PreHil ⟼ b ∈ 𝒫 Base h | ∀ x ∈ b ∀ y ∈ b x ⋅ 𝑖 ⁡ h y = if x = y 1 Scalar ⁡ h 0 Scalar ⁡ h ∧ ocv ⁡ h ⁡ b = 0 h
9 8 mptrcl ⊢ B ∈ OBasis ⁡ W → W ∈ PreHil
10 fveq2 ⊢ h = W → Base h = Base W
11 10 1 eqtr4di ⊢ h = W → Base h = V
12 11 pweqd ⊢ h = W → 𝒫 Base h = 𝒫 V
13 fveq2 ⊢ h = W → ⋅ 𝑖 ⁡ h = ⋅ 𝑖 ⁡ W
14 13 2 eqtr4di ⊢ h = W → ⋅ 𝑖 ⁡ h = , ˙
15 14 oveqd ⊢ h = W → x ⋅ 𝑖 ⁡ h y = x , ˙ y
16 fveq2 ⊢ h = W → Scalar ⁡ h = Scalar ⁡ W
17 16 3 eqtr4di ⊢ h = W → Scalar ⁡ h = F
18 17 fveq2d ⊢ h = W → 1 Scalar ⁡ h = 1 F
19 18 4 eqtr4di ⊢ h = W → 1 Scalar ⁡ h = 1 ˙
20 17 fveq2d ⊢ h = W → 0 Scalar ⁡ h = 0 F
21 20 5 eqtr4di ⊢ h = W → 0 Scalar ⁡ h = 0 ˙
22 19 21 ifeq12d ⊢ h = W → if x = y 1 Scalar ⁡ h 0 Scalar ⁡ h = if x = y 1 ˙ 0 ˙
23 15 22 eqeq12d ⊢ h = W → x ⋅ 𝑖 ⁡ h y = if x = y 1 Scalar ⁡ h 0 Scalar ⁡ h ↔ x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙
24 23 2ralbidv ⊢ h = W → ∀ x ∈ b ∀ y ∈ b x ⋅ 𝑖 ⁡ h y = if x = y 1 Scalar ⁡ h 0 Scalar ⁡ h ↔ ∀ x ∈ b ∀ y ∈ b x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙
25 fveq2 ⊢ h = W → ocv ⁡ h = ocv ⁡ W
26 25 6 eqtr4di ⊢ h = W → ocv ⁡ h = ⊥ ˙
27 26 fveq1d ⊢ h = W → ocv ⁡ h ⁡ b = ⊥ ˙ ⁡ b
28 fveq2 ⊢ h = W → 0 h = 0 W
29 28 7 eqtr4di ⊢ h = W → 0 h = Y
30 29 sneqd ⊢ h = W → 0 h = Y
31 27 30 eqeq12d ⊢ h = W → ocv ⁡ h ⁡ b = 0 h ↔ ⊥ ˙ ⁡ b = Y
32 24 31 anbi12d ⊢ h = W → ∀ x ∈ b ∀ y ∈ b x ⋅ 𝑖 ⁡ h y = if x = y 1 Scalar ⁡ h 0 Scalar ⁡ h ∧ ocv ⁡ h ⁡ b = 0 h ↔ ∀ x ∈ b ∀ y ∈ b x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙ ∧ ⊥ ˙ ⁡ b = Y
33 12 32 rabeqbidv ⊢ h = W → b ∈ 𝒫 Base h | ∀ x ∈ b ∀ y ∈ b x ⋅ 𝑖 ⁡ h y = if x = y 1 Scalar ⁡ h 0 Scalar ⁡ h ∧ ocv ⁡ h ⁡ b = 0 h = b ∈ 𝒫 V | ∀ x ∈ b ∀ y ∈ b x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙ ∧ ⊥ ˙ ⁡ b = Y
34 1 fvexi ⊢ V ∈ V
35 34 pwex ⊢ 𝒫 V ∈ V
36 35 rabex ⊢ b ∈ 𝒫 V | ∀ x ∈ b ∀ y ∈ b x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙ ∧ ⊥ ˙ ⁡ b = Y ∈ V
37 33 8 36 fvmpt ⊢ W ∈ PreHil → OBasis ⁡ W = b ∈ 𝒫 V | ∀ x ∈ b ∀ y ∈ b x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙ ∧ ⊥ ˙ ⁡ b = Y
38 37 eleq2d ⊢ W ∈ PreHil → B ∈ OBasis ⁡ W ↔ B ∈ b ∈ 𝒫 V | ∀ x ∈ b ∀ y ∈ b x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙ ∧ ⊥ ˙ ⁡ b = Y
39 raleq ⊢ b = B → ∀ y ∈ b x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙ ↔ ∀ y ∈ B x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙
40 39 raleqbi1dv ⊢ b = B → ∀ x ∈ b ∀ y ∈ b x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙ ↔ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙
41 fveqeq2 ⊢ b = B → ⊥ ˙ ⁡ b = Y ↔ ⊥ ˙ ⁡ B = Y
42 40 41 anbi12d ⊢ b = B → ∀ x ∈ b ∀ y ∈ b x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙ ∧ ⊥ ˙ ⁡ b = Y ↔ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙ ∧ ⊥ ˙ ⁡ B = Y
43 42 elrab ⊢ B ∈ b ∈ 𝒫 V | ∀ x ∈ b ∀ y ∈ b x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙ ∧ ⊥ ˙ ⁡ b = Y ↔ B ∈ 𝒫 V ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙ ∧ ⊥ ˙ ⁡ B = Y
44 34 elpw2 ⊢ B ∈ 𝒫 V ↔ B ⊆ V
45 44 anbi1i ⊢ B ∈ 𝒫 V ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙ ∧ ⊥ ˙ ⁡ B = Y ↔ B ⊆ V ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙ ∧ ⊥ ˙ ⁡ B = Y
46 43 45 bitri ⊢ B ∈ b ∈ 𝒫 V | ∀ x ∈ b ∀ y ∈ b x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙ ∧ ⊥ ˙ ⁡ b = Y ↔ B ⊆ V ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙ ∧ ⊥ ˙ ⁡ B = Y
47 38 46 bitrdi ⊢ W ∈ PreHil → B ∈ OBasis ⁡ W ↔ B ⊆ V ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙ ∧ ⊥ ˙ ⁡ B = Y
48 9 47 biadanii ⊢ B ∈ OBasis ⁡ W ↔ W ∈ PreHil ∧ B ⊆ V ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙ ∧ ⊥ ˙ ⁡ B = Y
49 3anass ⊢ W ∈ PreHil ∧ B ⊆ V ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙ ∧ ⊥ ˙ ⁡ B = Y ↔ W ∈ PreHil ∧ B ⊆ V ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙ ∧ ⊥ ˙ ⁡ B = Y
50 48 49 bitr4i ⊢ B ∈ OBasis ⁡ W ↔ W ∈ PreHil ∧ B ⊆ V ∧ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B x , ˙ y = if x = y 1 ˙ 0 ˙ ∧ ⊥ ˙ ⁡ B = Y