Metamath Proof Explorer


Theorem nmopleid

Description: A nonzero, bounded Hermitian operator divided by its norm is less than or equal to the identity operator. (Contributed by NM, 12-Aug-2006) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Assertion nmopleid ⊢ T ∈ HrmOp ∧ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ T ≠ 0 hop → 1 norm op ⁡ T · op T ≤ op I op

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 hmoplin ⊢ T ∈ HrmOp → T ∈ LinOp
2 nmlnopne0 ⊢ T ∈ LinOp → norm op ⁡ T ≠ 0 ↔ T ≠ 0 hop
3 2 biimpar ⊢ T ∈ LinOp ∧ T ≠ 0 hop → norm op ⁡ T ≠ 0
4 1 3 sylan ⊢ T ∈ HrmOp ∧ T ≠ 0 hop → norm op ⁡ T ≠ 0
5 4 adantlr ⊢ T ∈ HrmOp ∧ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ T ≠ 0 hop → norm op ⁡ T ≠ 0
6 rereccl ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → 1 norm op ⁡ T ∈ ℝ
7 6 adantll ⊢ T ∈ HrmOp ∧ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → 1 norm op ⁡ T ∈ ℝ
8 simpll ⊢ T ∈ HrmOp ∧ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → T ∈ HrmOp
9 idhmop ⊢ I op ∈ HrmOp
10 hmopm ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ I op ∈ HrmOp → norm op ⁡ T · op I op ∈ HrmOp
11 9 10 mpan2 ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℝ → norm op ⁡ T · op I op ∈ HrmOp
12 11 ad2antlr ⊢ T ∈ HrmOp ∧ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → norm op ⁡ T · op I op ∈ HrmOp
13 simplr ⊢ T ∈ HrmOp ∧ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → norm op ⁡ T ∈ ℝ
14 hmopf ⊢ T ∈ HrmOp → T : ℋ ⟶ ℋ
15 nmopgt0 ⊢ T : ℋ ⟶ ℋ → norm op ⁡ T ≠ 0 ↔ 0 < norm op ⁡ T
16 15 biimpa ⊢ T : ℋ ⟶ ℋ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → 0 < norm op ⁡ T
17 14 16 sylan ⊢ T ∈ HrmOp ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → 0 < norm op ⁡ T
18 17 adantlr ⊢ T ∈ HrmOp ∧ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → 0 < norm op ⁡ T
19 13 18 recgt0d ⊢ T ∈ HrmOp ∧ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → 0 < 1 norm op ⁡ T
20 0re ⊢ 0 ∈ ℝ
21 ltle ⊢ 0 ∈ ℝ ∧ 1 norm op ⁡ T ∈ ℝ → 0 < 1 norm op ⁡ T → 0 ≤ 1 norm op ⁡ T
22 20 6 21 sylancr ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → 0 < 1 norm op ⁡ T → 0 ≤ 1 norm op ⁡ T
23 22 adantll ⊢ T ∈ HrmOp ∧ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → 0 < 1 norm op ⁡ T → 0 ≤ 1 norm op ⁡ T
24 19 23 mpd ⊢ T ∈ HrmOp ∧ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → 0 ≤ 1 norm op ⁡ T
25 leopnmid ⊢ T ∈ HrmOp ∧ norm op ⁡ T ∈ ℝ → T ≤ op norm op ⁡ T · op I op
26 25 adantr ⊢ T ∈ HrmOp ∧ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → T ≤ op norm op ⁡ T · op I op
27 leopmul2i ⊢ 1 norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ T ∈ HrmOp ∧ norm op ⁡ T · op I op ∈ HrmOp ∧ 0 ≤ 1 norm op ⁡ T ∧ T ≤ op norm op ⁡ T · op I op → 1 norm op ⁡ T · op T ≤ op 1 norm op ⁡ T · op norm op ⁡ T · op I op
28 7 8 12 24 26 27 syl32anc ⊢ T ∈ HrmOp ∧ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → 1 norm op ⁡ T · op T ≤ op 1 norm op ⁡ T · op norm op ⁡ T · op I op
29 recn ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℝ → norm op ⁡ T ∈ ℂ
30 reccl ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℂ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → 1 norm op ⁡ T ∈ ℂ
31 simpl ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℂ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → norm op ⁡ T ∈ ℂ
32 hoif ⊢ I op : ℋ ⟶ 1-1 onto ℋ
33 f1of ⊢ I op : ℋ ⟶ 1-1 onto ℋ → I op : ℋ ⟶ ℋ
34 32 33 ax-mp ⊢ I op : ℋ ⟶ ℋ
35 homulass ⊢ 1 norm op ⁡ T ∈ ℂ ∧ norm op ⁡ T ∈ ℂ ∧ I op : ℋ ⟶ ℋ → 1 norm op ⁡ T ⁢ norm op ⁡ T · op I op = 1 norm op ⁡ T · op norm op ⁡ T · op I op
36 34 35 mp3an3 ⊢ 1 norm op ⁡ T ∈ ℂ ∧ norm op ⁡ T ∈ ℂ → 1 norm op ⁡ T ⁢ norm op ⁡ T · op I op = 1 norm op ⁡ T · op norm op ⁡ T · op I op
37 30 31 36 syl2anc ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℂ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → 1 norm op ⁡ T ⁢ norm op ⁡ T · op I op = 1 norm op ⁡ T · op norm op ⁡ T · op I op
38 recid2 ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℂ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → 1 norm op ⁡ T ⁢ norm op ⁡ T = 1
39 38 oveq1d ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℂ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → 1 norm op ⁡ T ⁢ norm op ⁡ T · op I op = 1 · op I op
40 37 39 eqtr3d ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℂ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → 1 norm op ⁡ T · op norm op ⁡ T · op I op = 1 · op I op
41 homullid ⊢ I op : ℋ ⟶ ℋ → 1 · op I op = I op
42 34 41 ax-mp ⊢ 1 · op I op = I op
43 40 42 eqtrdi ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℂ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → 1 norm op ⁡ T · op norm op ⁡ T · op I op = I op
44 29 43 sylan ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → 1 norm op ⁡ T · op norm op ⁡ T · op I op = I op
45 44 adantll ⊢ T ∈ HrmOp ∧ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → 1 norm op ⁡ T · op norm op ⁡ T · op I op = I op
46 28 45 breqtrd ⊢ T ∈ HrmOp ∧ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ norm op ⁡ T ≠ 0 → 1 norm op ⁡ T · op T ≤ op I op
47 5 46 syldan ⊢ T ∈ HrmOp ∧ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ T ≠ 0 hop → 1 norm op ⁡ T · op T ≤ op I op
48 47 3impa ⊢ T ∈ HrmOp ∧ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ T ≠ 0 hop → 1 norm op ⁡ T · op T ≤ op I op