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Theorem minveclem3b

Description: Lemma for minvec . The set of vectors within a fixed distance of the infimum forms a filter base. (Contributed by Mario Carneiro, 15-Oct-2015) (Revised by AV, 3-Oct-2020)

Ref Expression
Hypotheses minvec.x X = Base U
minvec.m - ˙ = - U
minvec.n N = norm U
minvec.u φ U CPreHil
minvec.y φ Y LSubSp U
minvec.w φ U 𝑠 Y CMetSp
minvec.a φ A X
minvec.j J = TopOpen U
minvec.r R = ran y Y N A - ˙ y
minvec.s S = sup R <
minvec.d D = dist U X × X
minvec.f F = ran r + y Y | A D y 2 S 2 + r
Assertion minveclem3b φ F fBas Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 minvec.x X = Base U
2 minvec.m - ˙ = - U
3 minvec.n N = norm U
4 minvec.u φ U CPreHil
5 minvec.y φ Y LSubSp U
6 minvec.w φ U 𝑠 Y CMetSp
7 minvec.a φ A X
8 minvec.j J = TopOpen U
9 minvec.r R = ran y Y N A - ˙ y
10 minvec.s S = sup R <
11 minvec.d D = dist U X × X
12 minvec.f F = ran r + y Y | A D y 2 S 2 + r
13 ssrab2 y Y | A D y 2 S 2 + r Y
14 5 adantr φ r + Y LSubSp U
15 elpw2g Y LSubSp U y Y | A D y 2 S 2 + r 𝒫 Y y Y | A D y 2 S 2 + r Y
16 14 15 syl φ r + y Y | A D y 2 S 2 + r 𝒫 Y y Y | A D y 2 S 2 + r Y
17 13 16 mpbiri φ r + y Y | A D y 2 S 2 + r 𝒫 Y
18 17 fmpttd φ r + y Y | A D y 2 S 2 + r : + 𝒫 Y
19 18 frnd φ ran r + y Y | A D y 2 S 2 + r 𝒫 Y
20 12 19 eqsstrid φ F 𝒫 Y
21 1rp 1 +
22 eqid r + y Y | A D y 2 S 2 + r = r + y Y | A D y 2 S 2 + r
23 22 17 dmmptd φ dom r + y Y | A D y 2 S 2 + r = +
24 21 23 eleqtrrid φ 1 dom r + y Y | A D y 2 S 2 + r
25 24 ne0d φ dom r + y Y | A D y 2 S 2 + r
26 dm0rn0 dom r + y Y | A D y 2 S 2 + r = ran r + y Y | A D y 2 S 2 + r =
27 12 eqeq1i F = ran r + y Y | A D y 2 S 2 + r =
28 26 27 bitr4i dom r + y Y | A D y 2 S 2 + r = F =
29 28 necon3bii dom r + y Y | A D y 2 S 2 + r F
30 25 29 sylib φ F
31 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 minveclem4c φ S
32 31 resqcld φ S 2
33 ltaddrp S 2 r + S 2 < S 2 + r
34 32 33 sylan φ r + S 2 < S 2 + r
35 32 adantr φ r + S 2
36 rpre r + r
37 36 adantl φ r + r
38 35 37 readdcld φ r + S 2 + r
39 38 recnd φ r + S 2 + r
40 39 sqsqrtd φ r + S 2 + r 2 = S 2 + r
41 34 40 breqtrrd φ r + S 2 < S 2 + r 2
42 1 2 3 4 5 6 7 8 9 minveclem1 φ R R w R 0 w
43 42 simp1d φ R
44 43 adantr φ r + R
45 42 simp2d φ R
46 45 adantr φ r + R
47 0re 0
48 42 simp3d φ w R 0 w
49 breq1 y = 0 y w 0 w
50 49 ralbidv y = 0 w R y w w R 0 w
51 50 rspcev 0 w R 0 w y w R y w
52 47 48 51 sylancr φ y w R y w
53 52 adantr φ r + y w R y w
54 infrecl R R y w R y w sup R <
55 44 46 53 54 syl3anc φ r + sup R <
56 10 55 eqeltrid φ r + S
57 0red φ r + 0
58 56 sqge0d φ r + 0 S 2
59 57 35 38 58 34 lelttrd φ r + 0 < S 2 + r
60 57 38 59 ltled φ r + 0 S 2 + r
61 38 60 resqrtcld φ r + S 2 + r
62 48 adantr φ r + w R 0 w
63 infregelb R R y w R y w 0 0 sup R < w R 0 w
64 44 46 53 57 63 syl31anc φ r + 0 sup R < w R 0 w
65 62 64 mpbird φ r + 0 sup R <
66 65 10 breqtrrdi φ r + 0 S
67 38 60 sqrtge0d φ r + 0 S 2 + r
68 56 61 66 67 lt2sqd φ r + S < S 2 + r S 2 < S 2 + r 2
69 41 68 mpbird φ r + S < S 2 + r
70 56 61 ltnled φ r + S < S 2 + r ¬ S 2 + r S
71 69 70 mpbid φ r + ¬ S 2 + r S
72 10 breq2i S 2 + r S S 2 + r sup R <
73 infregelb R R y w R y w S 2 + r S 2 + r sup R < w R S 2 + r w
74 44 46 53 61 73 syl31anc φ r + S 2 + r sup R < w R S 2 + r w
75 9 raleqi w R S 2 + r w w ran y Y N A - ˙ y S 2 + r w
76 fvex N A - ˙ y V
77 76 rgenw y Y N A - ˙ y V
78 eqid y Y N A - ˙ y = y Y N A - ˙ y
79 breq2 w = N A - ˙ y S 2 + r w S 2 + r N A - ˙ y
80 78 79 ralrnmptw y Y N A - ˙ y V w ran y Y N A - ˙ y S 2 + r w y Y S 2 + r N A - ˙ y
81 77 80 ax-mp w ran y Y N A - ˙ y S 2 + r w y Y S 2 + r N A - ˙ y
82 75 81 bitri w R S 2 + r w y Y S 2 + r N A - ˙ y
83 74 82 bitrdi φ r + S 2 + r sup R < y Y S 2 + r N A - ˙ y
84 72 83 syl5bb φ r + S 2 + r S y Y S 2 + r N A - ˙ y
85 71 84 mtbid φ r + ¬ y Y S 2 + r N A - ˙ y
86 rexnal y Y ¬ S 2 + r N A - ˙ y ¬ y Y S 2 + r N A - ˙ y
87 85 86 sylibr φ r + y Y ¬ S 2 + r N A - ˙ y
88 61 adantr φ r + y Y S 2 + r
89 cphngp U CPreHil U NrmGrp
90 4 89 syl φ U NrmGrp
91 ngpms U NrmGrp U MetSp
92 1 11 msmet U MetSp D Met X
93 90 91 92 3syl φ D Met X
94 93 ad2antrr φ r + y Y D Met X
95 7 ad2antrr φ r + y Y A X
96 eqid LSubSp U = LSubSp U
97 1 96 lssss Y LSubSp U Y X
98 14 97 syl φ r + Y X
99 98 sselda φ r + y Y y X
100 metcl D Met X A X y X A D y
101 94 95 99 100 syl3anc φ r + y Y A D y
102 67 adantr φ r + y Y 0 S 2 + r
103 metge0 D Met X A X y X 0 A D y
104 94 95 99 103 syl3anc φ r + y Y 0 A D y
105 88 101 102 104 le2sqd φ r + y Y S 2 + r A D y S 2 + r 2 A D y 2
106 11 oveqi A D y = A dist U X × X y
107 95 99 ovresd φ r + y Y A dist U X × X y = A dist U y
108 106 107 eqtrid φ r + y Y A D y = A dist U y
109 90 ad2antrr φ r + y Y U NrmGrp
110 eqid dist U = dist U
111 3 1 2 110 ngpds U NrmGrp A X y X A dist U y = N A - ˙ y
112 109 95 99 111 syl3anc φ r + y Y A dist U y = N A - ˙ y
113 108 112 eqtrd φ r + y Y A D y = N A - ˙ y
114 113 breq2d φ r + y Y S 2 + r A D y S 2 + r N A - ˙ y
115 40 adantr φ r + y Y S 2 + r 2 = S 2 + r
116 115 breq1d φ r + y Y S 2 + r 2 A D y 2 S 2 + r A D y 2
117 105 114 116 3bitr3d φ r + y Y S 2 + r N A - ˙ y S 2 + r A D y 2
118 117 notbid φ r + y Y ¬ S 2 + r N A - ˙ y ¬ S 2 + r A D y 2
119 38 adantr φ r + y Y S 2 + r
120 101 resqcld φ r + y Y A D y 2
121 119 120 letrid φ r + y Y S 2 + r A D y 2 A D y 2 S 2 + r
122 121 ord φ r + y Y ¬ S 2 + r A D y 2 A D y 2 S 2 + r
123 118 122 sylbid φ r + y Y ¬ S 2 + r N A - ˙ y A D y 2 S 2 + r
124 123 reximdva φ r + y Y ¬ S 2 + r N A - ˙ y y Y A D y 2 S 2 + r
125 87 124 mpd φ r + y Y A D y 2 S 2 + r
126 rabn0 y Y | A D y 2 S 2 + r y Y A D y 2 S 2 + r
127 125 126 sylibr φ r + y Y | A D y 2 S 2 + r
128 127 necomd φ r + y Y | A D y 2 S 2 + r
129 128 neneqd φ r + ¬ = y Y | A D y 2 S 2 + r
130 129 nrexdv φ ¬ r + = y Y | A D y 2 S 2 + r
131 12 eleq2i F ran r + y Y | A D y 2 S 2 + r
132 0ex V
133 22 elrnmpt V ran r + y Y | A D y 2 S 2 + r r + = y Y | A D y 2 S 2 + r
134 132 133 ax-mp ran r + y Y | A D y 2 S 2 + r r + = y Y | A D y 2 S 2 + r
135 131 134 bitri F r + = y Y | A D y 2 S 2 + r
136 130 135 sylnibr φ ¬ F
137 df-nel F ¬ F
138 136 137 sylibr φ F
139 56 adantr φ r + y Y S
140 139 resqcld φ r + y Y S 2
141 37 adantr φ r + y Y r
142 120 140 141 lesubadd2d φ r + y Y A D y 2 S 2 r A D y 2 S 2 + r
143 142 rabbidva φ r + y Y | A D y 2 S 2 r = y Y | A D y 2 S 2 + r
144 143 mpteq2dva φ r + y Y | A D y 2 S 2 r = r + y Y | A D y 2 S 2 + r
145 144 rneqd φ ran r + y Y | A D y 2 S 2 r = ran r + y Y | A D y 2 S 2 + r
146 12 145 eqtr4id φ F = ran r + y Y | A D y 2 S 2 r
147 146 eleq2d φ u F u ran r + y Y | A D y 2 S 2 r
148 breq2 r = s A D y 2 S 2 r A D y 2 S 2 s
149 148 rabbidv r = s y Y | A D y 2 S 2 r = y Y | A D y 2 S 2 s
150 149 cbvmptv r + y Y | A D y 2 S 2 r = s + y Y | A D y 2 S 2 s
151 150 elrnmpt u V u ran r + y Y | A D y 2 S 2 r s + u = y Y | A D y 2 S 2 s
152 151 elv u ran r + y Y | A D y 2 S 2 r s + u = y Y | A D y 2 S 2 s
153 147 152 bitrdi φ u F s + u = y Y | A D y 2 S 2 s
154 146 eleq2d φ v F v ran r + y Y | A D y 2 S 2 r
155 breq2 r = t A D y 2 S 2 r A D y 2 S 2 t
156 155 rabbidv r = t y Y | A D y 2 S 2 r = y Y | A D y 2 S 2 t
157 156 cbvmptv r + y Y | A D y 2 S 2 r = t + y Y | A D y 2 S 2 t
158 157 elrnmpt v V v ran r + y Y | A D y 2 S 2 r t + v = y Y | A D y 2 S 2 t
159 158 elv v ran r + y Y | A D y 2 S 2 r t + v = y Y | A D y 2 S 2 t
160 154 159 bitrdi φ v F t + v = y Y | A D y 2 S 2 t
161 153 160 anbi12d φ u F v F s + u = y Y | A D y 2 S 2 s t + v = y Y | A D y 2 S 2 t
162 reeanv s + t + u = y Y | A D y 2 S 2 s v = y Y | A D y 2 S 2 t s + u = y Y | A D y 2 S 2 s t + v = y Y | A D y 2 S 2 t
163 93 ad2antrr φ s + t + y Y D Met X
164 7 ad2antrr φ s + t + y Y A X
165 5 97 syl φ Y X
166 165 adantr φ s + t + Y X
167 166 sselda φ s + t + y Y y X
168 163 164 167 100 syl3anc φ s + t + y Y A D y
169 168 resqcld φ s + t + y Y A D y 2
170 32 ad2antrr φ s + t + y Y S 2
171 169 170 resubcld φ s + t + y Y A D y 2 S 2
172 simplrl φ s + t + y Y s +
173 172 rpred φ s + t + y Y s
174 simplrr φ s + t + y Y t +
175 174 rpred φ s + t + y Y t
176 lemin A D y 2 S 2 s t A D y 2 S 2 if s t s t A D y 2 S 2 s A D y 2 S 2 t
177 171 173 175 176 syl3anc φ s + t + y Y A D y 2 S 2 if s t s t A D y 2 S 2 s A D y 2 S 2 t
178 177 rabbidva φ s + t + y Y | A D y 2 S 2 if s t s t = y Y | A D y 2 S 2 s A D y 2 S 2 t
179 ifcl s + t + if s t s t +
180 5 adantr φ s + t + Y LSubSp U
181 rabexg Y LSubSp U y Y | A D y 2 S 2 if s t s t V
182 180 181 syl φ s + t + y Y | A D y 2 S 2 if s t s t V
183 eqid r + y Y | A D y 2 S 2 r = r + y Y | A D y 2 S 2 r
184 breq2 r = if s t s t A D y 2 S 2 r A D y 2 S 2 if s t s t
185 184 rabbidv r = if s t s t y Y | A D y 2 S 2 r = y Y | A D y 2 S 2 if s t s t
186 183 185 elrnmpt1s if s t s t + y Y | A D y 2 S 2 if s t s t V y Y | A D y 2 S 2 if s t s t ran r + y Y | A D y 2 S 2 r
187 179 182 186 syl2an2 φ s + t + y Y | A D y 2 S 2 if s t s t ran r + y Y | A D y 2 S 2 r
188 146 adantr φ s + t + F = ran r + y Y | A D y 2 S 2 r
189 187 188 eleqtrrd φ s + t + y Y | A D y 2 S 2 if s t s t F
190 178 189 eqeltrrd φ s + t + y Y | A D y 2 S 2 s A D y 2 S 2 t F
191 ineq12 u = y Y | A D y 2 S 2 s v = y Y | A D y 2 S 2 t u v = y Y | A D y 2 S 2 s y Y | A D y 2 S 2 t
192 inrab y Y | A D y 2 S 2 s y Y | A D y 2 S 2 t = y Y | A D y 2 S 2 s A D y 2 S 2 t
193 191 192 eqtrdi u = y Y | A D y 2 S 2 s v = y Y | A D y 2 S 2 t u v = y Y | A D y 2 S 2 s A D y 2 S 2 t
194 193 eleq1d u = y Y | A D y 2 S 2 s v = y Y | A D y 2 S 2 t u v F y Y | A D y 2 S 2 s A D y 2 S 2 t F
195 190 194 syl5ibrcom φ s + t + u = y Y | A D y 2 S 2 s v = y Y | A D y 2 S 2 t u v F
196 vex u V
197 196 inex1 u v V
198 197 pwid u v 𝒫 u v
199 inelcm u v F u v 𝒫 u v F 𝒫 u v
200 198 199 mpan2 u v F F 𝒫 u v
201 195 200 syl6 φ s + t + u = y Y | A D y 2 S 2 s v = y Y | A D y 2 S 2 t F 𝒫 u v
202 201 rexlimdvva φ s + t + u = y Y | A D y 2 S 2 s v = y Y | A D y 2 S 2 t F 𝒫 u v
203 162 202 syl5bir φ s + u = y Y | A D y 2 S 2 s t + v = y Y | A D y 2 S 2 t F 𝒫 u v
204 161 203 sylbid φ u F v F F 𝒫 u v
205 204 ralrimivv φ u F v F F 𝒫 u v
206 30 138 205 3jca φ F F u F v F F 𝒫 u v
207 isfbas Y LSubSp U F fBas Y F 𝒫 Y F F u F v F F 𝒫 u v
208 5 207 syl φ F fBas Y F 𝒫 Y F F u F v F F 𝒫 u v
209 20 206 208 mpbir2and φ F fBas Y