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Theorem minveclem7

Description: Lemma for minvec . Since any two minimal points are distance zero away from each other, the minimal point is unique. (Contributed by Mario Carneiro, 9-May-2014) (Revised by Mario Carneiro, 15-Oct-2015)

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
Assertion minveclem7 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 minveclem5 φ x Y y Y N A - ˙ x N A - ˙ y
13 4 ad2antrr φ x Y w Y A D x 2 S 2 + 0 A D w 2 S 2 + 0 U CPreHil
14 5 ad2antrr φ x Y w Y A D x 2 S 2 + 0 A D w 2 S 2 + 0 Y LSubSp U
15 6 ad2antrr φ x Y w Y A D x 2 S 2 + 0 A D w 2 S 2 + 0 U 𝑠 Y CMetSp
16 7 ad2antrr φ x Y w Y A D x 2 S 2 + 0 A D w 2 S 2 + 0 A X
17 0re 0
18 17 a1i φ x Y w Y A D x 2 S 2 + 0 A D w 2 S 2 + 0 0
19 0le0 0 0
20 19 a1i φ x Y w Y A D x 2 S 2 + 0 A D w 2 S 2 + 0 0 0
21 simplrl φ x Y w Y A D x 2 S 2 + 0 A D w 2 S 2 + 0 x Y
22 simplrr φ x Y w Y A D x 2 S 2 + 0 A D w 2 S 2 + 0 w Y
23 simprl φ x Y w Y A D x 2 S 2 + 0 A D w 2 S 2 + 0 A D x 2 S 2 + 0
24 simprr φ x Y w Y A D x 2 S 2 + 0 A D w 2 S 2 + 0 A D w 2 S 2 + 0
25 1 2 3 13 14 15 16 8 9 10 11 18 20 21 22 23 24 minveclem2 φ x Y w Y A D x 2 S 2 + 0 A D w 2 S 2 + 0 x D w 2 4 0
26 25 ex φ x Y w Y A D x 2 S 2 + 0 A D w 2 S 2 + 0 x D w 2 4 0
27 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 minveclem6 φ x Y A D x 2 S 2 + 0 y Y N A - ˙ x N A - ˙ y
28 27 adantrr φ x Y w Y A D x 2 S 2 + 0 y Y N A - ˙ x N A - ˙ y
29 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 minveclem6 φ w Y A D w 2 S 2 + 0 y Y N A - ˙ w N A - ˙ y
30 29 adantrl φ x Y w Y A D w 2 S 2 + 0 y Y N A - ˙ w N A - ˙ y
31 28 30 anbi12d φ x Y w Y A D x 2 S 2 + 0 A D w 2 S 2 + 0 y Y N A - ˙ x N A - ˙ y y Y N A - ˙ w N A - ˙ y
32 4cn 4
33 32 mul01i 4 0 = 0
34 33 breq2i x D w 2 4 0 x D w 2 0
35 cphngp U CPreHil U NrmGrp
36 ngpms U NrmGrp U MetSp
37 4 35 36 3syl φ U MetSp
38 37 adantr φ x Y w Y U MetSp
39 1 11 msmet U MetSp D Met X
40 38 39 syl φ x Y w Y D Met 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 adantr φ x Y w Y Y X
45 simprl φ x Y w Y x Y
46 44 45 sseldd φ x Y w Y x X
47 simprr φ x Y w Y w Y
48 44 47 sseldd φ x Y w Y w X
49 metcl D Met X x X w X x D w
50 40 46 48 49 syl3anc φ x Y w Y x D w
51 50 sqge0d φ x Y w Y 0 x D w 2
52 51 biantrud φ x Y w Y x D w 2 0 x D w 2 0 0 x D w 2
53 50 resqcld φ x Y w Y x D w 2
54 letri3 x D w 2 0 x D w 2 = 0 x D w 2 0 0 x D w 2
55 53 17 54 sylancl φ x Y w Y x D w 2 = 0 x D w 2 0 0 x D w 2
56 50 recnd φ x Y w Y x D w
57 sqeq0 x D w x D w 2 = 0 x D w = 0
58 56 57 syl φ x Y w Y x D w 2 = 0 x D w = 0
59 meteq0 D Met X x X w X x D w = 0 x = w
60 40 46 48 59 syl3anc φ x Y w Y x D w = 0 x = w
61 58 60 bitrd φ x Y w Y x D w 2 = 0 x = w
62 52 55 61 3bitr2d φ x Y w Y x D w 2 0 x = w
63 34 62 syl5bb φ x Y w Y x D w 2 4 0 x = w
64 26 31 63 3imtr3d φ x Y w Y y Y N A - ˙ x N A - ˙ y y Y N A - ˙ w N A - ˙ y x = w
65 64 ralrimivva φ x Y w Y y Y N A - ˙ x N A - ˙ y y Y N A - ˙ w N A - ˙ y x = w
66 oveq2 x = w A - ˙ x = A - ˙ w
67 66 fveq2d x = w N A - ˙ x = N A - ˙ w
68 67 breq1d x = w N A - ˙ x N A - ˙ y N A - ˙ w N A - ˙ y
69 68 ralbidv x = w y Y N A - ˙ x N A - ˙ y y Y N A - ˙ w N A - ˙ y
70 69 reu4 ∃! x Y y Y N A - ˙ x N A - ˙ y x Y y Y N A - ˙ x N A - ˙ y x Y w Y y Y N A - ˙ x N A - ˙ y y Y N A - ˙ w N A - ˙ y x = w
71 12 65 70 sylanbrc φ ∃! x Y y Y N A - ˙ x N A - ˙ y