Metamath Proof Explorer


Theorem leopmul

Description: The scalar product of a positive real and a positive operator is a positive operator. Exercise 1(ii) of Retherford p. 49. (Contributed by NM, 23-Aug-2006) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Assertion leopmul ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 < A → 0 hop ≤ op T ↔ 0 hop ≤ op A · op T

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 3simpa ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 < A → A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp
2 1 adantr ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 < A ∧ 0 hop ≤ op T → A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp
3 0re ⊢ 0 ∈ ℝ
4 ltle ⊢ 0 ∈ ℝ ∧ A ∈ ℝ → 0 < A → 0 ≤ A
5 4 3impia ⊢ 0 ∈ ℝ ∧ A ∈ ℝ ∧ 0 < A → 0 ≤ A
6 3 5 mp3an1 ⊢ A ∈ ℝ ∧ 0 < A → 0 ≤ A
7 6 3adant2 ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 < A → 0 ≤ A
8 7 anim1i ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 < A ∧ 0 hop ≤ op T → 0 ≤ A ∧ 0 hop ≤ op T
9 leopmuli ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 ≤ A ∧ 0 hop ≤ op T → 0 hop ≤ op A · op T
10 2 8 9 syl2anc ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 < A ∧ 0 hop ≤ op T → 0 hop ≤ op A · op T
11 gt0ne0 ⊢ A ∈ ℝ ∧ 0 < A → A ≠ 0
12 rereccl ⊢ A ∈ ℝ ∧ A ≠ 0 → 1 A ∈ ℝ
13 11 12 syldan ⊢ A ∈ ℝ ∧ 0 < A → 1 A ∈ ℝ
14 13 3adant2 ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 < A → 1 A ∈ ℝ
15 hmopm ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp → A · op T ∈ HrmOp
16 15 3adant3 ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 < A → A · op T ∈ HrmOp
17 recgt0 ⊢ A ∈ ℝ ∧ 0 < A → 0 < 1 A
18 ltle ⊢ 0 ∈ ℝ ∧ 1 A ∈ ℝ → 0 < 1 A → 0 ≤ 1 A
19 3 13 18 sylancr ⊢ A ∈ ℝ ∧ 0 < A → 0 < 1 A → 0 ≤ 1 A
20 17 19 mpd ⊢ A ∈ ℝ ∧ 0 < A → 0 ≤ 1 A
21 20 3adant2 ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 < A → 0 ≤ 1 A
22 14 16 21 jca31 ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 < A → 1 A ∈ ℝ ∧ A · op T ∈ HrmOp ∧ 0 ≤ 1 A
23 leopmuli ⊢ 1 A ∈ ℝ ∧ A · op T ∈ HrmOp ∧ 0 ≤ 1 A ∧ 0 hop ≤ op A · op T → 0 hop ≤ op 1 A · op A · op T
24 23 anassrs ⊢ 1 A ∈ ℝ ∧ A · op T ∈ HrmOp ∧ 0 ≤ 1 A ∧ 0 hop ≤ op A · op T → 0 hop ≤ op 1 A · op A · op T
25 22 24 sylan ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 < A ∧ 0 hop ≤ op A · op T → 0 hop ≤ op 1 A · op A · op T
26 recn ⊢ A ∈ ℝ → A ∈ ℂ
27 26 adantr ⊢ A ∈ ℝ ∧ 0 < A → A ∈ ℂ
28 27 11 recid2d ⊢ A ∈ ℝ ∧ 0 < A → 1 A ⁢ A = 1
29 28 oveq1d ⊢ A ∈ ℝ ∧ 0 < A → 1 A ⁢ A · op T = 1 · op T
30 29 3adant2 ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 < A → 1 A ⁢ A · op T = 1 · op T
31 27 11 reccld ⊢ A ∈ ℝ ∧ 0 < A → 1 A ∈ ℂ
32 31 3adant2 ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 < A → 1 A ∈ ℂ
33 26 3ad2ant1 ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 < A → A ∈ ℂ
34 hmopf ⊢ T ∈ HrmOp → T : ℋ ⟶ ℋ
35 34 3ad2ant2 ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 < A → T : ℋ ⟶ ℋ
36 homulass ⊢ 1 A ∈ ℂ ∧ A ∈ ℂ ∧ T : ℋ ⟶ ℋ → 1 A ⁢ A · op T = 1 A · op A · op T
37 32 33 35 36 syl3anc ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 < A → 1 A ⁢ A · op T = 1 A · op A · op T
38 homullid ⊢ T : ℋ ⟶ ℋ → 1 · op T = T
39 34 38 syl ⊢ T ∈ HrmOp → 1 · op T = T
40 39 3ad2ant2 ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 < A → 1 · op T = T
41 30 37 40 3eqtr3d ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 < A → 1 A · op A · op T = T
42 41 adantr ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 < A ∧ 0 hop ≤ op A · op T → 1 A · op A · op T = T
43 25 42 breqtrd ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 < A ∧ 0 hop ≤ op A · op T → 0 hop ≤ op T
44 10 43 impbida ⊢ A ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ 0 < A → 0 hop ≤ op T ↔ 0 hop ≤ op A · op T