Metamath Proof Explorer


Theorem opsqrlem1

Description: Lemma for opsqri . (Contributed by NM, 9-Aug-2006) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypotheses opsqrlem1.1 ⊢ T ∈ HrmOp
opsqrlem1.2 ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℝ
opsqrlem1.3 ⊢ 0 hop ≤ op T
opsqrlem1.4 ⊢ R = 1 norm op ⁡ T · op T
opsqrlem1.5 ⊢ T ≠ 0 hop → ∃ u ∈ HrmOp 0 hop ≤ op u ∧ u ∘ u = R
Assertion opsqrlem1 ⊢ T ≠ 0 hop → ∃ v ∈ HrmOp 0 hop ≤ op v ∧ v ∘ v = T

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 opsqrlem1.1 ⊢ T ∈ HrmOp
2 opsqrlem1.2 ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℝ
3 opsqrlem1.3 ⊢ 0 hop ≤ op T
4 opsqrlem1.4 ⊢ R = 1 norm op ⁡ T · op T
5 opsqrlem1.5 ⊢ T ≠ 0 hop → ∃ u ∈ HrmOp 0 hop ≤ op u ∧ u ∘ u = R
6 hmopf ⊢ T ∈ HrmOp → T : ℋ ⟶ ℋ
7 1 6 ax-mp ⊢ T : ℋ ⟶ ℋ
8 nmopge0 ⊢ T : ℋ ⟶ ℋ → 0 ≤ norm op ⁡ T
9 7 8 ax-mp ⊢ 0 ≤ norm op ⁡ T
10 2 sqrtcli ⊢ 0 ≤ norm op ⁡ T → norm op ⁡ T ∈ ℝ
11 9 10 ax-mp ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℝ
12 hmopm ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ u ∈ HrmOp → norm op ⁡ T · op u ∈ HrmOp
13 11 12 mpan ⊢ u ∈ HrmOp → norm op ⁡ T · op u ∈ HrmOp
14 13 ad2antlr ⊢ T ≠ 0 hop ∧ u ∈ HrmOp ∧ 0 hop ≤ op u ∧ u ∘ u = R → norm op ⁡ T · op u ∈ HrmOp
15 2 sqrtge0i ⊢ 0 ≤ norm op ⁡ T → 0 ≤ norm op ⁡ T
16 9 15 ax-mp ⊢ 0 ≤ norm op ⁡ T
17 leopmuli ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ u ∈ HrmOp ∧ 0 ≤ norm op ⁡ T ∧ 0 hop ≤ op u → 0 hop ≤ op norm op ⁡ T · op u
18 16 17 mpanr1 ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℝ ∧ u ∈ HrmOp ∧ 0 hop ≤ op u → 0 hop ≤ op norm op ⁡ T · op u
19 11 18 mpanl1 ⊢ u ∈ HrmOp ∧ 0 hop ≤ op u → 0 hop ≤ op norm op ⁡ T · op u
20 19 ad2ant2lr ⊢ T ≠ 0 hop ∧ u ∈ HrmOp ∧ 0 hop ≤ op u ∧ u ∘ u = R → 0 hop ≤ op norm op ⁡ T · op u
21 hmopf ⊢ u ∈ HrmOp → u : ℋ ⟶ ℋ
22 11 recni ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℂ
23 homulcl ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℂ ∧ u : ℋ ⟶ ℋ → norm op ⁡ T · op u : ℋ ⟶ ℋ
24 22 23 mpan ⊢ u : ℋ ⟶ ℋ → norm op ⁡ T · op u : ℋ ⟶ ℋ
25 homco1 ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℂ ∧ u : ℋ ⟶ ℋ ∧ norm op ⁡ T · op u : ℋ ⟶ ℋ → norm op ⁡ T · op u ∘ norm op ⁡ T · op u = norm op ⁡ T · op u ∘ norm op ⁡ T · op u
26 22 25 mp3an1 ⊢ u : ℋ ⟶ ℋ ∧ norm op ⁡ T · op u : ℋ ⟶ ℋ → norm op ⁡ T · op u ∘ norm op ⁡ T · op u = norm op ⁡ T · op u ∘ norm op ⁡ T · op u
27 21 24 26 syl2anc2 ⊢ u ∈ HrmOp → norm op ⁡ T · op u ∘ norm op ⁡ T · op u = norm op ⁡ T · op u ∘ norm op ⁡ T · op u
28 hmoplin ⊢ u ∈ HrmOp → u ∈ LinOp
29 homco2 ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℂ ∧ u ∈ LinOp ∧ u : ℋ ⟶ ℋ → u ∘ norm op ⁡ T · op u = norm op ⁡ T · op u ∘ u
30 22 29 mp3an1 ⊢ u ∈ LinOp ∧ u : ℋ ⟶ ℋ → u ∘ norm op ⁡ T · op u = norm op ⁡ T · op u ∘ u
31 28 21 30 syl2anc ⊢ u ∈ HrmOp → u ∘ norm op ⁡ T · op u = norm op ⁡ T · op u ∘ u
32 31 oveq2d ⊢ u ∈ HrmOp → norm op ⁡ T · op u ∘ norm op ⁡ T · op u = norm op ⁡ T · op norm op ⁡ T · op u ∘ u
33 fco ⊢ u : ℋ ⟶ ℋ ∧ u : ℋ ⟶ ℋ → u ∘ u : ℋ ⟶ ℋ
34 21 21 33 syl2anc ⊢ u ∈ HrmOp → u ∘ u : ℋ ⟶ ℋ
35 homulass ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℂ ∧ norm op ⁡ T ∈ ℂ ∧ u ∘ u : ℋ ⟶ ℋ → norm op ⁡ T ⁢ norm op ⁡ T · op u ∘ u = norm op ⁡ T · op norm op ⁡ T · op u ∘ u
36 22 22 35 mp3an12 ⊢ u ∘ u : ℋ ⟶ ℋ → norm op ⁡ T ⁢ norm op ⁡ T · op u ∘ u = norm op ⁡ T · op norm op ⁡ T · op u ∘ u
37 34 36 syl ⊢ u ∈ HrmOp → norm op ⁡ T ⁢ norm op ⁡ T · op u ∘ u = norm op ⁡ T · op norm op ⁡ T · op u ∘ u
38 2 sqrtthi ⊢ 0 ≤ norm op ⁡ T → norm op ⁡ T ⁢ norm op ⁡ T = norm op ⁡ T
39 9 38 ax-mp ⊢ norm op ⁡ T ⁢ norm op ⁡ T = norm op ⁡ T
40 39 oveq1i ⊢ norm op ⁡ T ⁢ norm op ⁡ T · op u ∘ u = norm op ⁡ T · op u ∘ u
41 37 40 eqtr3di ⊢ u ∈ HrmOp → norm op ⁡ T · op norm op ⁡ T · op u ∘ u = norm op ⁡ T · op u ∘ u
42 27 32 41 3eqtrd ⊢ u ∈ HrmOp → norm op ⁡ T · op u ∘ norm op ⁡ T · op u = norm op ⁡ T · op u ∘ u
43 42 ad2antlr ⊢ T ≠ 0 hop ∧ u ∈ HrmOp ∧ u ∘ u = R → norm op ⁡ T · op u ∘ norm op ⁡ T · op u = norm op ⁡ T · op u ∘ u
44 id ⊢ u ∘ u = R → u ∘ u = R
45 44 4 eqtrdi ⊢ u ∘ u = R → u ∘ u = 1 norm op ⁡ T · op T
46 45 oveq2d ⊢ u ∘ u = R → norm op ⁡ T · op u ∘ u = norm op ⁡ T · op 1 norm op ⁡ T · op T
47 hmoplin ⊢ T ∈ HrmOp → T ∈ LinOp
48 1 47 ax-mp ⊢ T ∈ LinOp
49 nmlnopne0 ⊢ T ∈ LinOp → norm op ⁡ T ≠ 0 ↔ T ≠ 0 hop
50 48 49 ax-mp ⊢ norm op ⁡ T ≠ 0 ↔ T ≠ 0 hop
51 2 recni ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℂ
52 51 recidzi ⊢ norm op ⁡ T ≠ 0 → norm op ⁡ T ⁢ 1 norm op ⁡ T = 1
53 50 52 sylbir ⊢ T ≠ 0 hop → norm op ⁡ T ⁢ 1 norm op ⁡ T = 1
54 53 oveq1d ⊢ T ≠ 0 hop → norm op ⁡ T ⁢ 1 norm op ⁡ T · op T = 1 · op T
55 2 rerecclzi ⊢ norm op ⁡ T ≠ 0 → 1 norm op ⁡ T ∈ ℝ
56 50 55 sylbir ⊢ T ≠ 0 hop → 1 norm op ⁡ T ∈ ℝ
57 56 recnd ⊢ T ≠ 0 hop → 1 norm op ⁡ T ∈ ℂ
58 homulass ⊢ norm op ⁡ T ∈ ℂ ∧ 1 norm op ⁡ T ∈ ℂ ∧ T : ℋ ⟶ ℋ → norm op ⁡ T ⁢ 1 norm op ⁡ T · op T = norm op ⁡ T · op 1 norm op ⁡ T · op T
59 51 7 58 mp3an13 ⊢ 1 norm op ⁡ T ∈ ℂ → norm op ⁡ T ⁢ 1 norm op ⁡ T · op T = norm op ⁡ T · op 1 norm op ⁡ T · op T
60 57 59 syl ⊢ T ≠ 0 hop → norm op ⁡ T ⁢ 1 norm op ⁡ T · op T = norm op ⁡ T · op 1 norm op ⁡ T · op T
61 homullid ⊢ T : ℋ ⟶ ℋ → 1 · op T = T
62 7 61 mp1i ⊢ T ≠ 0 hop → 1 · op T = T
63 54 60 62 3eqtr3d ⊢ T ≠ 0 hop → norm op ⁡ T · op 1 norm op ⁡ T · op T = T
64 46 63 sylan9eqr ⊢ T ≠ 0 hop ∧ u ∘ u = R → norm op ⁡ T · op u ∘ u = T
65 64 adantlr ⊢ T ≠ 0 hop ∧ u ∈ HrmOp ∧ u ∘ u = R → norm op ⁡ T · op u ∘ u = T
66 43 65 eqtrd ⊢ T ≠ 0 hop ∧ u ∈ HrmOp ∧ u ∘ u = R → norm op ⁡ T · op u ∘ norm op ⁡ T · op u = T
67 66 adantrl ⊢ T ≠ 0 hop ∧ u ∈ HrmOp ∧ 0 hop ≤ op u ∧ u ∘ u = R → norm op ⁡ T · op u ∘ norm op ⁡ T · op u = T
68 breq2 ⊢ v = norm op ⁡ T · op u → 0 hop ≤ op v ↔ 0 hop ≤ op norm op ⁡ T · op u
69 coeq1 ⊢ v = norm op ⁡ T · op u → v ∘ v = norm op ⁡ T · op u ∘ v
70 coeq2 ⊢ v = norm op ⁡ T · op u → norm op ⁡ T · op u ∘ v = norm op ⁡ T · op u ∘ norm op ⁡ T · op u
71 69 70 eqtrd ⊢ v = norm op ⁡ T · op u → v ∘ v = norm op ⁡ T · op u ∘ norm op ⁡ T · op u
72 71 eqeq1d ⊢ v = norm op ⁡ T · op u → v ∘ v = T ↔ norm op ⁡ T · op u ∘ norm op ⁡ T · op u = T
73 68 72 anbi12d ⊢ v = norm op ⁡ T · op u → 0 hop ≤ op v ∧ v ∘ v = T ↔ 0 hop ≤ op norm op ⁡ T · op u ∧ norm op ⁡ T · op u ∘ norm op ⁡ T · op u = T
74 73 rspcev ⊢ norm op ⁡ T · op u ∈ HrmOp ∧ 0 hop ≤ op norm op ⁡ T · op u ∧ norm op ⁡ T · op u ∘ norm op ⁡ T · op u = T → ∃ v ∈ HrmOp 0 hop ≤ op v ∧ v ∘ v = T
75 14 20 67 74 syl12anc ⊢ T ≠ 0 hop ∧ u ∈ HrmOp ∧ 0 hop ≤ op u ∧ u ∘ u = R → ∃ v ∈ HrmOp 0 hop ≤ op v ∧ v ∘ v = T
76 75 5 r19.29a ⊢ T ≠ 0 hop → ∃ v ∈ HrmOp 0 hop ≤ op v ∧ v ∘ v = T