Metamath Proof Explorer


Theorem ncvspi

Description: The norm of a vector plus the imaginary scalar product of another. (Contributed by NM, 2-Feb-2007) (Revised by AV, 8-Oct-2021)

Ref Expression
Hypotheses ncvsprp.v ⊢ V = Base W
ncvsprp.n ⊢ N = norm ⁡ W
ncvsprp.s ⊢ · ˙ = ⋅ W
ncvsdif.p ⊢ + ˙ = + W
ncvspi.f ⊢ F = Scalar ⁡ W
ncvspi.k ⊢ K = Base F
Assertion ncvspi ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → N ⁡ A + ˙ i · ˙ B = N ⁡ B + ˙ − i · ˙ A

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ncvsprp.v ⊢ V = Base W
2 ncvsprp.n ⊢ N = norm ⁡ W
3 ncvsprp.s ⊢ · ˙ = ⋅ W
4 ncvsdif.p ⊢ + ˙ = + W
5 ncvspi.f ⊢ F = Scalar ⁡ W
6 ncvspi.k ⊢ K = Base F
7 elin ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ↔ W ∈ NrmVec ∧ W ∈ ℂVec
8 nvcnlm ⊢ W ∈ NrmVec → W ∈ NrmMod
9 nlmngp ⊢ W ∈ NrmMod → W ∈ NrmGrp
10 8 9 syl ⊢ W ∈ NrmVec → W ∈ NrmGrp
11 10 adantr ⊢ W ∈ NrmVec ∧ W ∈ ℂVec → W ∈ NrmGrp
12 7 11 sylbi ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec → W ∈ NrmGrp
13 12 3ad2ant1 ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → W ∈ NrmGrp
14 nvclmod ⊢ W ∈ NrmVec → W ∈ LMod
15 lmodgrp ⊢ W ∈ LMod → W ∈ Grp
16 14 15 syl ⊢ W ∈ NrmVec → W ∈ Grp
17 16 adantr ⊢ W ∈ NrmVec ∧ W ∈ ℂVec → W ∈ Grp
18 7 17 sylbi ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec → W ∈ Grp
19 18 3ad2ant1 ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → W ∈ Grp
20 simp2l ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → A ∈ V
21 id ⊢ W ∈ ℂVec → W ∈ ℂVec
22 21 cvsclm ⊢ W ∈ ℂVec → W ∈ CMod
23 7 22 simplbiim ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec → W ∈ CMod
24 23 3ad2ant1 ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → W ∈ CMod
25 simp3 ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → i ∈ K
26 simp2r ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → B ∈ V
27 1 5 3 6 clmvscl ⊢ W ∈ CMod ∧ i ∈ K ∧ B ∈ V → i · ˙ B ∈ V
28 24 25 26 27 syl3anc ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → i · ˙ B ∈ V
29 1 4 grpcl ⊢ W ∈ Grp ∧ A ∈ V ∧ i · ˙ B ∈ V → A + ˙ i · ˙ B ∈ V
30 19 20 28 29 syl3anc ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → A + ˙ i · ˙ B ∈ V
31 1 2 nmcl ⊢ W ∈ NrmGrp ∧ A + ˙ i · ˙ B ∈ V → N ⁡ A + ˙ i · ˙ B ∈ ℝ
32 13 30 31 syl2anc ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → N ⁡ A + ˙ i · ˙ B ∈ ℝ
33 32 recnd ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → N ⁡ A + ˙ i · ˙ B ∈ ℂ
34 33 mullidd ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → 1 ⁢ N ⁡ A + ˙ i · ˙ B = N ⁡ A + ˙ i · ˙ B
35 ax-icn ⊢ i ∈ ℂ
36 35 absnegi ⊢ − i = i
37 absi ⊢ i = 1
38 36 37 eqtri ⊢ − i = 1
39 38 oveq1i ⊢ − i ⁢ N ⁡ A + ˙ i · ˙ B = 1 ⁢ N ⁡ A + ˙ i · ˙ B
40 simp1 ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → W ∈ NrmVec ∩ ℂVec
41 5 6 clmneg ⊢ W ∈ CMod ∧ i ∈ K → − i = inv g ⁡ F ⁡ i
42 22 41 sylan ⊢ W ∈ ℂVec ∧ i ∈ K → − i = inv g ⁡ F ⁡ i
43 5 clmfgrp ⊢ W ∈ CMod → F ∈ Grp
44 22 43 syl ⊢ W ∈ ℂVec → F ∈ Grp
45 eqid ⊢ inv g ⁡ F = inv g ⁡ F
46 6 45 grpinvcl ⊢ F ∈ Grp ∧ i ∈ K → inv g ⁡ F ⁡ i ∈ K
47 44 46 sylan ⊢ W ∈ ℂVec ∧ i ∈ K → inv g ⁡ F ⁡ i ∈ K
48 42 47 eqeltrd ⊢ W ∈ ℂVec ∧ i ∈ K → − i ∈ K
49 48 ex ⊢ W ∈ ℂVec → i ∈ K → − i ∈ K
50 7 49 simplbiim ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec → i ∈ K → − i ∈ K
51 50 imp ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ i ∈ K → − i ∈ K
52 51 3adant2 ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → − i ∈ K
53 1 2 3 5 6 ncvsprp ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ − i ∈ K ∧ A + ˙ i · ˙ B ∈ V → N ⁡ − i · ˙ A + ˙ i · ˙ B = − i ⁢ N ⁡ A + ˙ i · ˙ B
54 40 52 30 53 syl3anc ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → N ⁡ − i · ˙ A + ˙ i · ˙ B = − i ⁢ N ⁡ A + ˙ i · ˙ B
55 1 5 3 6 4 clmvsdi ⊢ W ∈ CMod ∧ − i ∈ K ∧ A ∈ V ∧ i · ˙ B ∈ V → − i · ˙ A + ˙ i · ˙ B = − i · ˙ A + ˙ − i · ˙ i · ˙ B
56 24 52 20 28 55 syl13anc ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → − i · ˙ A + ˙ i · ˙ B = − i · ˙ A + ˙ − i · ˙ i · ˙ B
57 35 35 mulneg1i ⊢ − i ⁢ i = − i ⁢ i
58 ixi ⊢ i ⁢ i = − 1
59 58 negeqi ⊢ − i ⁢ i = − -1
60 negneg1e1 ⊢ − -1 = 1
61 59 60 eqtri ⊢ − i ⁢ i = 1
62 57 61 eqtri ⊢ − i ⁢ i = 1
63 62 oveq1i ⊢ − i ⁢ i · ˙ B = 1 · ˙ B
64 1 5 3 6 clmvsass ⊢ W ∈ CMod ∧ − i ∈ K ∧ i ∈ K ∧ B ∈ V → − i ⁢ i · ˙ B = − i · ˙ i · ˙ B
65 24 52 25 26 64 syl13anc ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → − i ⁢ i · ˙ B = − i · ˙ i · ˙ B
66 simpr ⊢ A ∈ V ∧ B ∈ V → B ∈ V
67 23 66 anim12i ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V → W ∈ CMod ∧ B ∈ V
68 67 3adant3 ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → W ∈ CMod ∧ B ∈ V
69 1 3 clmvs1 ⊢ W ∈ CMod ∧ B ∈ V → 1 · ˙ B = B
70 68 69 syl ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → 1 · ˙ B = B
71 63 65 70 3eqtr3a ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → − i · ˙ i · ˙ B = B
72 71 oveq2d ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → − i · ˙ A + ˙ − i · ˙ i · ˙ B = − i · ˙ A + ˙ B
73 clmabl ⊢ W ∈ CMod → W ∈ Abel
74 22 73 syl ⊢ W ∈ ℂVec → W ∈ Abel
75 7 74 simplbiim ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec → W ∈ Abel
76 75 3ad2ant1 ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → W ∈ Abel
77 1 5 3 6 clmvscl ⊢ W ∈ CMod ∧ − i ∈ K ∧ A ∈ V → − i · ˙ A ∈ V
78 24 52 20 77 syl3anc ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → − i · ˙ A ∈ V
79 1 4 ablcom ⊢ W ∈ Abel ∧ − i · ˙ A ∈ V ∧ B ∈ V → − i · ˙ A + ˙ B = B + ˙ − i · ˙ A
80 76 78 26 79 syl3anc ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → − i · ˙ A + ˙ B = B + ˙ − i · ˙ A
81 56 72 80 3eqtrd ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → − i · ˙ A + ˙ i · ˙ B = B + ˙ − i · ˙ A
82 81 fveq2d ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → N ⁡ − i · ˙ A + ˙ i · ˙ B = N ⁡ B + ˙ − i · ˙ A
83 54 82 eqtr3d ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → − i ⁢ N ⁡ A + ˙ i · ˙ B = N ⁡ B + ˙ − i · ˙ A
84 39 83 eqtr3id ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → 1 ⁢ N ⁡ A + ˙ i · ˙ B = N ⁡ B + ˙ − i · ˙ A
85 34 84 eqtr3d ⊢ W ∈ NrmVec ∩ ℂVec ∧ A ∈ V ∧ B ∈ V ∧ i ∈ K → N ⁡ A + ˙ i · ˙ B = N ⁡ B + ˙ − i · ˙ A