Metamath Proof Explorer


Theorem lsmcss

Description: A subset of a pre-Hilbert space whose double orthocomplement has a projection decomposition is a closed subspace. This is the core of the proof that a topologically closed subspace is algebraically closed in a Hilbert space. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Oct-2015)

Ref Expression
Hypotheses lsmcss.c C = ClSubSp W
lsmcss.j V = Base W
lsmcss.o ˙ = ocv W
lsmcss.p ˙ = LSSum W
lsmcss.1 φ W PreHil
lsmcss.2 φ S V
lsmcss.3 φ ˙ ˙ S S ˙ ˙ S
Assertion lsmcss φ S C

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lsmcss.c C = ClSubSp W
2 lsmcss.j V = Base W
3 lsmcss.o ˙ = ocv W
4 lsmcss.p ˙ = LSSum W
5 lsmcss.1 φ W PreHil
6 lsmcss.2 φ S V
7 lsmcss.3 φ ˙ ˙ S S ˙ ˙ S
8 7 sseld φ x ˙ ˙ S x S ˙ ˙ S
9 phllmod W PreHil W LMod
10 5 9 syl φ W LMod
11 2 3 ocvss ˙ S V
12 11 a1i φ ˙ S V
13 eqid + W = + W
14 2 13 4 lsmelvalx W LMod S V ˙ S V x S ˙ ˙ S y S z ˙ S x = y + W z
15 10 6 12 14 syl3anc φ x S ˙ ˙ S y S z ˙ S x = y + W z
16 8 15 sylibd φ x ˙ ˙ S y S z ˙ S x = y + W z
17 5 ad2antrr φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S W PreHil
18 6 ad2antrr φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S S V
19 simplrl φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S y S
20 18 19 sseldd φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S y V
21 simplrr φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S z ˙ S
22 11 21 sseldi φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S z V
23 eqid Scalar W = Scalar W
24 eqid 𝑖 W = 𝑖 W
25 eqid + Scalar W = + Scalar W
26 23 24 2 13 25 ipdir W PreHil y V z V z V y + W z 𝑖 W z = y 𝑖 W z + Scalar W z 𝑖 W z
27 17 20 22 22 26 syl13anc φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S y + W z 𝑖 W z = y 𝑖 W z + Scalar W z 𝑖 W z
28 eqid 0 Scalar W = 0 Scalar W
29 2 24 23 28 3 ocvi z ˙ S y S z 𝑖 W y = 0 Scalar W
30 21 19 29 syl2anc φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S z 𝑖 W y = 0 Scalar W
31 23 24 2 28 iporthcom W PreHil z V y V z 𝑖 W y = 0 Scalar W y 𝑖 W z = 0 Scalar W
32 17 22 20 31 syl3anc φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S z 𝑖 W y = 0 Scalar W y 𝑖 W z = 0 Scalar W
33 30 32 mpbid φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S y 𝑖 W z = 0 Scalar W
34 33 oveq1d φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S y 𝑖 W z + Scalar W z 𝑖 W z = 0 Scalar W + Scalar W z 𝑖 W z
35 17 9 syl φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S W LMod
36 23 lmodfgrp W LMod Scalar W Grp
37 35 36 syl φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S Scalar W Grp
38 eqid Base Scalar W = Base Scalar W
39 23 24 2 38 ipcl W PreHil z V z V z 𝑖 W z Base Scalar W
40 17 22 22 39 syl3anc φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S z 𝑖 W z Base Scalar W
41 38 25 28 grplid Scalar W Grp z 𝑖 W z Base Scalar W 0 Scalar W + Scalar W z 𝑖 W z = z 𝑖 W z
42 37 40 41 syl2anc φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S 0 Scalar W + Scalar W z 𝑖 W z = z 𝑖 W z
43 27 34 42 3eqtrd φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S y + W z 𝑖 W z = z 𝑖 W z
44 simpr φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S y + W z ˙ ˙ S
45 2 24 23 28 3 ocvi y + W z ˙ ˙ S z ˙ S y + W z 𝑖 W z = 0 Scalar W
46 44 21 45 syl2anc φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S y + W z 𝑖 W z = 0 Scalar W
47 43 46 eqtr3d φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S z 𝑖 W z = 0 Scalar W
48 eqid 0 W = 0 W
49 23 24 2 28 48 ipeq0 W PreHil z V z 𝑖 W z = 0 Scalar W z = 0 W
50 17 22 49 syl2anc φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S z 𝑖 W z = 0 Scalar W z = 0 W
51 47 50 mpbid φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S z = 0 W
52 51 oveq2d φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S y + W z = y + W 0 W
53 lmodgrp W LMod W Grp
54 10 53 syl φ W Grp
55 54 ad2antrr φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S W Grp
56 2 13 48 grprid W Grp y V y + W 0 W = y
57 55 20 56 syl2anc φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S y + W 0 W = y
58 52 57 eqtrd φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S y + W z = y
59 58 19 eqeltrd φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S y + W z S
60 59 ex φ y S z ˙ S y + W z ˙ ˙ S y + W z S
61 eleq1 x = y + W z x ˙ ˙ S y + W z ˙ ˙ S
62 eleq1 x = y + W z x S y + W z S
63 61 62 imbi12d x = y + W z x ˙ ˙ S x S y + W z ˙ ˙ S y + W z S
64 60 63 syl5ibrcom φ y S z ˙ S x = y + W z x ˙ ˙ S x S
65 64 rexlimdvva φ y S z ˙ S x = y + W z x ˙ ˙ S x S
66 16 65 syld φ x ˙ ˙ S x ˙ ˙ S x S
67 66 pm2.43d φ x ˙ ˙ S x S
68 67 ssrdv φ ˙ ˙ S S
69 2 1 3 iscss2 W PreHil S V S C ˙ ˙ S S
70 5 6 69 syl2anc φ S C ˙ ˙ S S
71 68 70 mpbird φ S C