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Theorem minvecolem7

Description: Lemma for minveco . Since any two minimal points are distance zero away from each other, the minimal point is unique. (Contributed by Mario Carneiro, 9-May-2014) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypotheses minveco.x ⊢ X = BaseSet ⁡ U
minveco.m ⊢ M = - v ⁡ U
minveco.n ⊢ N = norm CV ⁡ U
minveco.y ⊢ Y = BaseSet ⁡ W
minveco.u ⊢ φ → U ∈ CPreHil OLD
minveco.w ⊢ φ → W ∈ SubSp ⁡ U ∩ CBan
minveco.a ⊢ φ → A ∈ X
minveco.d ⊢ D = IndMet ⁡ U
minveco.j ⊢ J = MetOpen ⁡ D
minveco.r ⊢ R = ran ⁡ y ∈ Y ⟼ N ⁡ A M y
minveco.s ⊢ S = inf R ℝ <
Assertion minvecolem7 ⊢ φ → ∃! x ∈ Y ∀ y ∈ Y N ⁡ A M x ≤ N ⁡ A M y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 minveco.x ⊢ X = BaseSet ⁡ U
2 minveco.m ⊢ M = - v ⁡ U
3 minveco.n ⊢ N = norm CV ⁡ U
4 minveco.y ⊢ Y = BaseSet ⁡ W
5 minveco.u ⊢ φ → U ∈ CPreHil OLD
6 minveco.w ⊢ φ → W ∈ SubSp ⁡ U ∩ CBan
7 minveco.a ⊢ φ → A ∈ X
8 minveco.d ⊢ D = IndMet ⁡ U
9 minveco.j ⊢ J = MetOpen ⁡ D
10 minveco.r ⊢ R = ran ⁡ y ∈ Y ⟼ N ⁡ A M y
11 minveco.s ⊢ S = inf R ℝ <
12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 minvecolem5 ⊢ φ → ∃ x ∈ Y ∀ y ∈ Y N ⁡ A M x ≤ N ⁡ A M y
13 5 ad2antrr ⊢ φ ∧ x ∈ Y ∧ w ∈ Y ∧ A D x 2 ≤ S 2 + 0 ∧ A D w 2 ≤ S 2 + 0 → U ∈ CPreHil OLD
14 6 ad2antrr ⊢ φ ∧ x ∈ Y ∧ w ∈ Y ∧ A D x 2 ≤ S 2 + 0 ∧ A D w 2 ≤ S 2 + 0 → W ∈ SubSp ⁡ U ∩ CBan
15 7 ad2antrr ⊢ φ ∧ x ∈ Y ∧ w ∈ Y ∧ A D x 2 ≤ S 2 + 0 ∧ A D w 2 ≤ S 2 + 0 → A ∈ X
16 0re ⊢ 0 ∈ ℝ
17 16 a1i ⊢ φ ∧ x ∈ Y ∧ w ∈ Y ∧ A D x 2 ≤ S 2 + 0 ∧ A D w 2 ≤ S 2 + 0 → 0 ∈ ℝ
18 0le0 ⊢ 0 ≤ 0
19 18 a1i ⊢ φ ∧ x ∈ Y ∧ w ∈ Y ∧ A D x 2 ≤ S 2 + 0 ∧ A D w 2 ≤ S 2 + 0 → 0 ≤ 0
20 simplrl ⊢ φ ∧ x ∈ Y ∧ w ∈ Y ∧ A D x 2 ≤ S 2 + 0 ∧ A D w 2 ≤ S 2 + 0 → x ∈ Y
21 simplrr ⊢ φ ∧ x ∈ Y ∧ w ∈ Y ∧ A D x 2 ≤ S 2 + 0 ∧ A D w 2 ≤ S 2 + 0 → w ∈ Y
22 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
23 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
24 1 2 3 4 13 14 15 8 9 10 11 17 19 20 21 22 23 minvecolem2 ⊢ 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
25 24 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
26 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 minvecolem6 ⊢ φ ∧ x ∈ Y → A D x 2 ≤ S 2 + 0 ↔ ∀ y ∈ Y N ⁡ A M x ≤ N ⁡ A M y
27 26 adantrr ⊢ φ ∧ x ∈ Y ∧ w ∈ Y → A D x 2 ≤ S 2 + 0 ↔ ∀ y ∈ Y N ⁡ A M x ≤ N ⁡ A M y
28 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 minvecolem6 ⊢ φ ∧ w ∈ Y → A D w 2 ≤ S 2 + 0 ↔ ∀ y ∈ Y N ⁡ A M w ≤ N ⁡ A M y
29 28 adantrl ⊢ φ ∧ x ∈ Y ∧ w ∈ Y → A D w 2 ≤ S 2 + 0 ↔ ∀ y ∈ Y N ⁡ A M w ≤ N ⁡ A M y
30 27 29 anbi12d ⊢ φ ∧ x ∈ Y ∧ w ∈ Y → A D x 2 ≤ S 2 + 0 ∧ A D w 2 ≤ S 2 + 0 ↔ ∀ y ∈ Y N ⁡ A M x ≤ N ⁡ A M y ∧ ∀ y ∈ Y N ⁡ A M w ≤ N ⁡ A M y
31 4cn ⊢ 4 ∈ ℂ
32 31 mul01i ⊢ 4 ⋅ 0 = 0
33 32 breq2i ⊢ x D w 2 ≤ 4 ⋅ 0 ↔ x D w 2 ≤ 0
34 phnv ⊢ U ∈ CPreHil OLD → U ∈ NrmCVec
35 5 34 syl ⊢ φ → U ∈ NrmCVec
36 35 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ Y ∧ w ∈ Y → U ∈ NrmCVec
37 1 8 imsmet ⊢ U ∈ NrmCVec → D ∈ Met ⁡ X
38 36 37 syl ⊢ φ ∧ x ∈ Y ∧ w ∈ Y → D ∈ Met ⁡ X
39 inss1 ⊢ SubSp ⁡ U ∩ CBan ⊆ SubSp ⁡ U
40 39 6 sselid ⊢ φ → W ∈ SubSp ⁡ U
41 eqid ⊢ SubSp ⁡ U = SubSp ⁡ U
42 1 4 41 sspba ⊢ U ∈ NrmCVec ∧ W ∈ SubSp ⁡ U → Y ⊆ X
43 35 40 42 syl2anc ⊢ 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 ∈ ℝ
50 38 46 48 49 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ Y ∧ w ∈ Y → x D w ∈ ℝ
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 ∈ ℝ
54 letri3 ⊢ x D w 2 ∈ ℝ ∧ 0 ∈ ℝ → x D w 2 = 0 ↔ x D w 2 ≤ 0 ∧ 0 ≤ x D w 2
55 53 16 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 ∈ ℂ
57 sqeq0 ⊢ x D w ∈ ℂ → 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 38 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 33 62 bitrid ⊢ φ ∧ x ∈ Y ∧ w ∈ Y → x D w 2 ≤ 4 ⋅ 0 ↔ x = w
64 25 30 63 3imtr3d ⊢ φ ∧ x ∈ Y ∧ w ∈ Y → ∀ y ∈ Y N ⁡ A M x ≤ N ⁡ A M y ∧ ∀ y ∈ Y N ⁡ A M w ≤ N ⁡ A M y → x = w
65 64 ralrimivva ⊢ φ → ∀ x ∈ Y ∀ w ∈ Y ∀ y ∈ Y N ⁡ A M x ≤ N ⁡ A M y ∧ ∀ y ∈ Y N ⁡ A M w ≤ N ⁡ A M y → x = w
66 oveq2 ⊢ x = w → A M x = A M w
67 66 fveq2d ⊢ x = w → N ⁡ A M x = N ⁡ A M w
68 67 breq1d ⊢ x = w → N ⁡ A M x ≤ N ⁡ A M y ↔ N ⁡ A M w ≤ N ⁡ A M y
69 68 ralbidv ⊢ x = w → ∀ y ∈ Y N ⁡ A M x ≤ N ⁡ A M y ↔ ∀ y ∈ Y N ⁡ A M w ≤ N ⁡ A M y
70 69 reu4 ⊢ ∃! x ∈ Y ∀ y ∈ Y N ⁡ A M x ≤ N ⁡ A M y ↔ ∃ x ∈ Y ∀ y ∈ Y N ⁡ A M x ≤ N ⁡ A M y ∧ ∀ x ∈ Y ∀ w ∈ Y ∀ y ∈ Y N ⁡ A M x ≤ N ⁡ A M y ∧ ∀ y ∈ Y N ⁡ A M w ≤ N ⁡ A M y → x = w
71 12 65 70 sylanbrc ⊢ φ → ∃! x ∈ Y ∀ y ∈ Y N ⁡ A M x ≤ N ⁡ A M y