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Theorem minveclem4

Description: Lemma for minvec . The convergent point of the Cauchy sequence F attains the minimum distance, and so is closer to A than any other point in Y . (Contributed by Mario Carneiro, 7-May-2014) (Revised 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
minvec.p P = J fLim X filGen F
minvec.t T = A D P + S 2 2 S 2
Assertion minveclem4 φ x Y y Y N A - ˙ x N A - ˙ 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 minvec.p P = J fLim X filGen F
14 minvec.t T = A D P + S 2 2 S 2
15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 minveclem4a φ P J fLim X filGen F Y
16 15 elin2d φ P Y
17 11 oveqi A D P = A dist U X × X P
18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 minveclem4b φ P X
19 7 18 ovresd φ A dist U X × X P = A dist U P
20 17 19 eqtrid φ A D P = A dist U P
21 cphngp U CPreHil U NrmGrp
22 4 21 syl φ U NrmGrp
23 eqid dist U = dist U
24 3 1 2 23 ngpds U NrmGrp A X P X A dist U P = N A - ˙ P
25 22 7 18 24 syl3anc φ A dist U P = N A - ˙ P
26 20 25 eqtrd φ A D P = N A - ˙ P
27 26 adantr φ y Y A D P = N A - ˙ P
28 ngpms U NrmGrp U MetSp
29 1 11 msmet U MetSp D Met X
30 22 28 29 3syl φ D Met X
31 metcl D Met X A X P X A D P
32 30 7 18 31 syl3anc φ A D P
33 32 adantr φ y Y A D P
34 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 minveclem4c φ S
35 34 adantr φ y Y S
36 22 adantr φ y Y U NrmGrp
37 cphlmod U CPreHil U LMod
38 4 37 syl φ U LMod
39 38 adantr φ y Y U LMod
40 7 adantr φ y Y A X
41 eqid LSubSp U = LSubSp U
42 1 41 lssss Y LSubSp U Y X
43 5 42 syl φ Y X
44 43 sselda φ y Y y X
45 1 2 lmodvsubcl U LMod A X y X A - ˙ y X
46 39 40 44 45 syl3anc φ y Y A - ˙ y X
47 1 3 nmcl U NrmGrp A - ˙ y X N A - ˙ y
48 36 46 47 syl2anc φ y Y N A - ˙ y
49 34 32 ltnled φ S < A D P ¬ A D P S
50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 minveclem3b φ F fBas Y
51 fbsspw F fBas Y F 𝒫 Y
52 50 51 syl φ F 𝒫 Y
53 43 sspwd φ 𝒫 Y 𝒫 X
54 52 53 sstrd φ F 𝒫 X
55 1 fvexi X V
56 55 a1i φ X V
57 fbasweak F fBas Y F 𝒫 X X V F fBas X
58 50 54 56 57 syl3anc φ F fBas X
59 58 adantr φ S < A D P F fBas X
60 fgcl F fBas X X filGen F Fil X
61 59 60 syl φ S < A D P X filGen F Fil X
62 ssfg F fBas X F X filGen F
63 59 62 syl φ S < A D P F X filGen F
64 32 34 readdcld φ A D P + S
65 64 rehalfcld φ A D P + S 2
66 65 resqcld φ A D P + S 2 2
67 34 resqcld φ S 2
68 66 67 resubcld φ A D P + S 2 2 S 2
69 68 adantr φ S < A D P A D P + S 2 2 S 2
70 34 32 34 ltadd1d φ S < A D P S + S < A D P + S
71 34 recnd φ S
72 71 2timesd φ 2 S = S + S
73 72 breq1d φ 2 S < A D P + S S + S < A D P + S
74 2re 2
75 2pos 0 < 2
76 74 75 pm3.2i 2 0 < 2
77 76 a1i φ 2 0 < 2
78 ltmuldiv2 S A D P + S 2 0 < 2 2 S < A D P + S S < A D P + S 2
79 34 64 77 78 syl3anc φ 2 S < A D P + S S < A D P + S 2
80 70 73 79 3bitr2d φ S < A D P S < A D P + S 2
81 1 2 3 4 5 6 7 8 9 minveclem1 φ R R w R 0 w
82 81 simp3d φ w R 0 w
83 81 simp1d φ R
84 81 simp2d φ R
85 0re 0
86 breq1 x = 0 x w 0 w
87 86 ralbidv x = 0 w R x w w R 0 w
88 87 rspcev 0 w R 0 w x w R x w
89 85 82 88 sylancr φ x w R x w
90 85 a1i φ 0
91 infregelb R R x w R x w 0 0 sup R < w R 0 w
92 83 84 89 90 91 syl31anc φ 0 sup R < w R 0 w
93 82 92 mpbird φ 0 sup R <
94 93 10 breqtrrdi φ 0 S
95 metge0 D Met X A X P X 0 A D P
96 30 7 18 95 syl3anc φ 0 A D P
97 32 34 96 94 addge0d φ 0 A D P + S
98 divge0 A D P + S 0 A D P + S 2 0 < 2 0 A D P + S 2
99 64 97 77 98 syl21anc φ 0 A D P + S 2
100 34 65 94 99 lt2sqd φ S < A D P + S 2 S 2 < A D P + S 2 2
101 67 66 posdifd φ S 2 < A D P + S 2 2 0 < A D P + S 2 2 S 2
102 80 100 101 3bitrd φ S < A D P 0 < A D P + S 2 2 S 2
103 102 biimpa φ S < A D P 0 < A D P + S 2 2 S 2
104 69 103 elrpd φ S < A D P A D P + S 2 2 S 2 +
105 14 104 eqeltrid φ S < A D P T +
106 5 adantr φ S < A D P Y LSubSp U
107 rabexg Y LSubSp U y Y | A D y 2 S 2 + T V
108 106 107 syl φ S < A D P y Y | A D y 2 S 2 + T V
109 eqid r + y Y | A D y 2 S 2 + r = r + y Y | A D y 2 S 2 + r
110 oveq2 r = T S 2 + r = S 2 + T
111 110 breq2d r = T A D y 2 S 2 + r A D y 2 S 2 + T
112 111 rabbidv r = T y Y | A D y 2 S 2 + r = y Y | A D y 2 S 2 + T
113 109 112 elrnmpt1s T + y Y | A D y 2 S 2 + T V y Y | A D y 2 S 2 + T ran r + y Y | A D y 2 S 2 + r
114 105 108 113 syl2anc φ S < A D P y Y | A D y 2 S 2 + T ran r + y Y | A D y 2 S 2 + r
115 114 12 eleqtrrdi φ S < A D P y Y | A D y 2 S 2 + T F
116 63 115 sseldd φ S < A D P y Y | A D y 2 S 2 + T X filGen F
117 ssrab2 y X | A D y A D P + S 2 X
118 117 a1i φ S < A D P y X | A D y A D P + S 2 X
119 14 oveq2i S 2 + T = S 2 + A D P + S 2 2 - S 2
120 67 ad2antrr φ S < A D P y Y S 2
121 120 recnd φ S < A D P y Y S 2
122 65 ad2antrr φ S < A D P y Y A D P + S 2
123 122 resqcld φ S < A D P y Y A D P + S 2 2
124 123 recnd φ S < A D P y Y A D P + S 2 2
125 121 124 pncan3d φ S < A D P y Y S 2 + A D P + S 2 2 - S 2 = A D P + S 2 2
126 119 125 eqtrid φ S < A D P y Y S 2 + T = A D P + S 2 2
127 126 breq2d φ S < A D P y Y A D y 2 S 2 + T A D y 2 A D P + S 2 2
128 30 ad2antrr φ S < A D P y Y D Met X
129 7 ad2antrr φ S < A D P y Y A X
130 44 adantlr φ S < A D P y Y y X
131 metcl D Met X A X y X A D y
132 128 129 130 131 syl3anc φ S < A D P y Y A D y
133 metge0 D Met X A X y X 0 A D y
134 128 129 130 133 syl3anc φ S < A D P y Y 0 A D y
135 99 ad2antrr φ S < A D P y Y 0 A D P + S 2
136 132 122 134 135 le2sqd φ S < A D P y Y A D y A D P + S 2 A D y 2 A D P + S 2 2
137 127 136 bitr4d φ S < A D P y Y A D y 2 S 2 + T A D y A D P + S 2
138 137 rabbidva φ S < A D P y Y | A D y 2 S 2 + T = y Y | A D y A D P + S 2
139 43 adantr φ S < A D P Y X
140 rabss2 Y X y Y | A D y A D P + S 2 y X | A D y A D P + S 2
141 139 140 syl φ S < A D P y Y | A D y A D P + S 2 y X | A D y A D P + S 2
142 138 141 eqsstrd φ S < A D P y Y | A D y 2 S 2 + T y X | A D y A D P + S 2
143 filss X filGen F Fil X y Y | A D y 2 S 2 + T X filGen F y X | A D y A D P + S 2 X y Y | A D y 2 S 2 + T y X | A D y A D P + S 2 y X | A D y A D P + S 2 X filGen F
144 61 116 118 142 143 syl13anc φ S < A D P y X | A D y A D P + S 2 X filGen F
145 flimclsi y X | A D y A D P + S 2 X filGen F J fLim X filGen F cls J y X | A D y A D P + S 2
146 144 145 syl φ S < A D P J fLim X filGen F cls J y X | A D y A D P + S 2
147 15 elin1d φ P J fLim X filGen F
148 147 adantr φ S < A D P P J fLim X filGen F
149 146 148 sseldd φ S < A D P P cls J y X | A D y A D P + S 2
150 ngpxms U NrmGrp U ∞MetSp
151 1 11 xmsxmet U ∞MetSp D ∞Met X
152 22 150 151 3syl φ D ∞Met X
153 152 adantr φ S < A D P D ∞Met X
154 7 adantr φ S < A D P A X
155 65 adantr φ S < A D P A D P + S 2
156 155 rexrd φ S < A D P A D P + S 2 *
157 eqid MetOpen D = MetOpen D
158 eqid y X | A D y A D P + S 2 = y X | A D y A D P + S 2
159 157 158 blcld D ∞Met X A X A D P + S 2 * y X | A D y A D P + S 2 Clsd MetOpen D
160 153 154 156 159 syl3anc φ S < A D P y X | A D y A D P + S 2 Clsd MetOpen D
161 8 1 11 xmstopn U ∞MetSp J = MetOpen D
162 22 150 161 3syl φ J = MetOpen D
163 162 adantr φ S < A D P J = MetOpen D
164 163 fveq2d φ S < A D P Clsd J = Clsd MetOpen D
165 160 164 eleqtrrd φ S < A D P y X | A D y A D P + S 2 Clsd J
166 cldcls y X | A D y A D P + S 2 Clsd J cls J y X | A D y A D P + S 2 = y X | A D y A D P + S 2
167 165 166 syl φ S < A D P cls J y X | A D y A D P + S 2 = y X | A D y A D P + S 2
168 149 167 eleqtrd φ S < A D P P y X | A D y A D P + S 2
169 oveq2 y = P A D y = A D P
170 169 breq1d y = P A D y A D P + S 2 A D P A D P + S 2
171 170 elrab P y X | A D y A D P + S 2 P X A D P A D P + S 2
172 171 simprbi P y X | A D y A D P + S 2 A D P A D P + S 2
173 168 172 syl φ S < A D P A D P A D P + S 2
174 32 34 32 leadd2d φ A D P S A D P + A D P A D P + S
175 32 recnd φ A D P
176 175 2timesd φ 2 A D P = A D P + A D P
177 176 breq1d φ 2 A D P A D P + S A D P + A D P A D P + S
178 lemuldiv2 A D P A D P + S 2 0 < 2 2 A D P A D P + S A D P A D P + S 2
179 76 178 mp3an3 A D P A D P + S 2 A D P A D P + S A D P A D P + S 2
180 32 64 179 syl2anc φ 2 A D P A D P + S A D P A D P + S 2
181 174 177 180 3bitr2d φ A D P S A D P A D P + S 2
182 181 biimpar φ A D P A D P + S 2 A D P S
183 173 182 syldan φ S < A D P A D P S
184 183 ex φ S < A D P A D P S
185 49 184 sylbird φ ¬ A D P S A D P S
186 185 pm2.18d φ A D P S
187 186 adantr φ y Y A D P S
188 83 adantr φ y Y R
189 89 adantr φ y Y x w R x w
190 simpr φ y Y y Y
191 fvex N A - ˙ y V
192 eqid y Y N A - ˙ y = y Y N A - ˙ y
193 192 elrnmpt1 y Y N A - ˙ y V N A - ˙ y ran y Y N A - ˙ y
194 190 191 193 sylancl φ y Y N A - ˙ y ran y Y N A - ˙ y
195 194 9 eleqtrrdi φ y Y N A - ˙ y R
196 infrelb R x w R x w N A - ˙ y R sup R < N A - ˙ y
197 188 189 195 196 syl3anc φ y Y sup R < N A - ˙ y
198 10 197 eqbrtrid φ y Y S N A - ˙ y
199 33 35 48 187 198 letrd φ y Y A D P N A - ˙ y
200 27 199 eqbrtrrd φ y Y N A - ˙ P N A - ˙ y
201 200 ralrimiva φ y Y N A - ˙ P N A - ˙ y
202 oveq2 x = P A - ˙ x = A - ˙ P
203 202 fveq2d x = P N A - ˙ x = N A - ˙ P
204 203 breq1d x = P N A - ˙ x N A - ˙ y N A - ˙ P N A - ˙ y
205 204 ralbidv x = P y Y N A - ˙ x N A - ˙ y y Y N A - ˙ P N A - ˙ y
206 205 rspcev P Y y Y N A - ˙ P N A - ˙ y x Y y Y N A - ˙ x N A - ˙ y
207 16 201 206 syl2anc φ x Y y Y N A - ˙ x N A - ˙ y