Metamath Proof Explorer


Theorem pjnmopi

Description: The operator norm of a projector on a nonzero closed subspace is one. Part of Theorem 26.1 of Halmos p. 43. (Contributed by NM, 9-Apr-2006) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypothesis pjhmop.1 H C
Assertion pjnmopi H 0 norm op proj H = 1

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pjhmop.1 H C
2 1 pjfi proj H :
3 nmopval proj H : norm op proj H = sup x | y norm y 1 x = norm proj H y * <
4 2 3 ax-mp norm op proj H = sup x | y norm y 1 x = norm proj H y * <
5 vex z V
6 eqeq1 x = z x = norm proj H y z = norm proj H y
7 6 anbi2d x = z norm y 1 x = norm proj H y norm y 1 z = norm proj H y
8 7 rexbidv x = z y norm y 1 x = norm proj H y y norm y 1 z = norm proj H y
9 5 8 elab z x | y norm y 1 x = norm proj H y y norm y 1 z = norm proj H y
10 pjnorm H C y norm proj H y norm y
11 1 10 mpan y norm proj H y norm y
12 1 pjhcli y proj H y
13 normcl proj H y norm proj H y
14 12 13 syl y norm proj H y
15 normcl y norm y
16 1re 1
17 letr norm proj H y norm y 1 norm proj H y norm y norm y 1 norm proj H y 1
18 16 17 mp3an3 norm proj H y norm y norm proj H y norm y norm y 1 norm proj H y 1
19 14 15 18 syl2anc y norm proj H y norm y norm y 1 norm proj H y 1
20 11 19 mpand y norm y 1 norm proj H y 1
21 20 imp y norm y 1 norm proj H y 1
22 breq1 z = norm proj H y z 1 norm proj H y 1
23 22 biimparc norm proj H y 1 z = norm proj H y z 1
24 21 23 sylan y norm y 1 z = norm proj H y z 1
25 24 expl y norm y 1 z = norm proj H y z 1
26 25 rexlimiv y norm y 1 z = norm proj H y z 1
27 9 26 sylbi z x | y norm y 1 x = norm proj H y z 1
28 27 rgen z x | y norm y 1 x = norm proj H y z 1
29 1 cheli y H y
30 29 adantr y H norm y = 1 y
31 29 15 syl y H norm y
32 eqle norm y norm y = 1 norm y 1
33 31 32 sylan y H norm y = 1 norm y 1
34 pjid H C y H proj H y = y
35 1 34 mpan y H proj H y = y
36 35 fveq2d y H norm proj H y = norm y
37 36 adantr y H norm y = 1 norm proj H y = norm y
38 simpr y H norm y = 1 norm y = 1
39 37 38 eqtr2d y H norm y = 1 1 = norm proj H y
40 30 33 39 jca32 y H norm y = 1 y norm y 1 1 = norm proj H y
41 40 reximi2 y H norm y = 1 y norm y 1 1 = norm proj H y
42 1 chne0i H 0 y H y 0
43 1 chshii H S
44 43 norm1exi y H y 0 y H norm y = 1
45 42 44 bitri H 0 y H norm y = 1
46 1ex 1 V
47 eqeq1 x = 1 x = norm proj H y 1 = norm proj H y
48 47 anbi2d x = 1 norm y 1 x = norm proj H y norm y 1 1 = norm proj H y
49 48 rexbidv x = 1 y norm y 1 x = norm proj H y y norm y 1 1 = norm proj H y
50 46 49 elab 1 x | y norm y 1 x = norm proj H y y norm y 1 1 = norm proj H y
51 41 45 50 3imtr4i H 0 1 x | y norm y 1 x = norm proj H y
52 breq2 w = 1 z < w z < 1
53 52 rspcev 1 x | y norm y 1 x = norm proj H y z < 1 w x | y norm y 1 x = norm proj H y z < w
54 51 53 sylan H 0 z < 1 w x | y norm y 1 x = norm proj H y z < w
55 54 ex H 0 z < 1 w x | y norm y 1 x = norm proj H y z < w
56 55 ralrimivw H 0 z z < 1 w x | y norm y 1 x = norm proj H y z < w
57 nmopsetretHIL proj H : x | y norm y 1 x = norm proj H y
58 2 57 ax-mp x | y norm y 1 x = norm proj H y
59 ressxr *
60 58 59 sstri x | y norm y 1 x = norm proj H y *
61 1xr 1 *
62 supxr2 x | y norm y 1 x = norm proj H y * 1 * z x | y norm y 1 x = norm proj H y z 1 z z < 1 w x | y norm y 1 x = norm proj H y z < w sup x | y norm y 1 x = norm proj H y * < = 1
63 60 61 62 mpanl12 z x | y norm y 1 x = norm proj H y z 1 z z < 1 w x | y norm y 1 x = norm proj H y z < w sup x | y norm y 1 x = norm proj H y * < = 1
64 28 56 63 sylancr H 0 sup x | y norm y 1 x = norm proj H y * < = 1
65 4 64 eqtrid H 0 norm op proj H = 1