Metamath Proof Explorer


Theorem pjssposi

Description: Projector ordering can be expressed by the subset relationship between their projection subspaces. (i)<->(iii) of Theorem 29.2 of Halmos p. 48. (Contributed by NM, 2-Jun-2006) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypotheses pjco.1 ⊢ G ∈ C ℋ
pjco.2 ⊢ H ∈ C ℋ
Assertion pjssposi ⊢ ∀ x ∈ ℋ 0 ≤ proj ℎ ⁡ H - op proj ℎ ⁡ G ⁡ x ⋅ ih x ↔ G ⊆ H

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pjco.1 ⊢ G ∈ C ℋ
2 pjco.2 ⊢ H ∈ C ℋ
3 2 pjhcli ⊢ x ∈ ℋ → proj ℎ ⁡ H ⁡ x ∈ ℋ
4 normcl ⊢ proj ℎ ⁡ H ⁡ x ∈ ℋ → norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ H ⁡ x ∈ ℝ
5 3 4 syl ⊢ x ∈ ℋ → norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ H ⁡ x ∈ ℝ
6 5 resqcld ⊢ x ∈ ℋ → norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ H ⁡ x 2 ∈ ℝ
7 1 pjhcli ⊢ x ∈ ℋ → proj ℎ ⁡ G ⁡ x ∈ ℋ
8 normcl ⊢ proj ℎ ⁡ G ⁡ x ∈ ℋ → norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ G ⁡ x ∈ ℝ
9 7 8 syl ⊢ x ∈ ℋ → norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ G ⁡ x ∈ ℝ
10 9 resqcld ⊢ x ∈ ℋ → norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ G ⁡ x 2 ∈ ℝ
11 6 10 subge0d ⊢ x ∈ ℋ → 0 ≤ norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ H ⁡ x 2 − norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ G ⁡ x 2 ↔ norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ G ⁡ x 2 ≤ norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ H ⁡ x 2
12 2 pjfi ⊢ proj ℎ ⁡ H : ℋ ⟶ ℋ
13 1 pjfi ⊢ proj ℎ ⁡ G : ℋ ⟶ ℋ
14 hodval ⊢ proj ℎ ⁡ H : ℋ ⟶ ℋ ∧ proj ℎ ⁡ G : ℋ ⟶ ℋ ∧ x ∈ ℋ → proj ℎ ⁡ H - op proj ℎ ⁡ G ⁡ x = proj ℎ ⁡ H ⁡ x - ℎ proj ℎ ⁡ G ⁡ x
15 12 13 14 mp3an12 ⊢ x ∈ ℋ → proj ℎ ⁡ H - op proj ℎ ⁡ G ⁡ x = proj ℎ ⁡ H ⁡ x - ℎ proj ℎ ⁡ G ⁡ x
16 15 oveq1d ⊢ x ∈ ℋ → proj ℎ ⁡ H - op proj ℎ ⁡ G ⁡ x ⋅ ih x = proj ℎ ⁡ H ⁡ x - ℎ proj ℎ ⁡ G ⁡ x ⋅ ih x
17 id ⊢ x ∈ ℋ → x ∈ ℋ
18 his2sub ⊢ proj ℎ ⁡ H ⁡ x ∈ ℋ ∧ proj ℎ ⁡ G ⁡ x ∈ ℋ ∧ x ∈ ℋ → proj ℎ ⁡ H ⁡ x - ℎ proj ℎ ⁡ G ⁡ x ⋅ ih x = proj ℎ ⁡ H ⁡ x ⋅ ih x − proj ℎ ⁡ G ⁡ x ⋅ ih x
19 3 7 17 18 syl3anc ⊢ x ∈ ℋ → proj ℎ ⁡ H ⁡ x - ℎ proj ℎ ⁡ G ⁡ x ⋅ ih x = proj ℎ ⁡ H ⁡ x ⋅ ih x − proj ℎ ⁡ G ⁡ x ⋅ ih x
20 2 pjinormi ⊢ x ∈ ℋ → proj ℎ ⁡ H ⁡ x ⋅ ih x = norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ H ⁡ x 2
21 1 pjinormi ⊢ x ∈ ℋ → proj ℎ ⁡ G ⁡ x ⋅ ih x = norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ G ⁡ x 2
22 20 21 oveq12d ⊢ x ∈ ℋ → proj ℎ ⁡ H ⁡ x ⋅ ih x − proj ℎ ⁡ G ⁡ x ⋅ ih x = norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ H ⁡ x 2 − norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ G ⁡ x 2
23 16 19 22 3eqtrd ⊢ x ∈ ℋ → proj ℎ ⁡ H - op proj ℎ ⁡ G ⁡ x ⋅ ih x = norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ H ⁡ x 2 − norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ G ⁡ x 2
24 23 breq2d ⊢ x ∈ ℋ → 0 ≤ proj ℎ ⁡ H - op proj ℎ ⁡ G ⁡ x ⋅ ih x ↔ 0 ≤ norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ H ⁡ x 2 − norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ G ⁡ x 2
25 normge0 ⊢ proj ℎ ⁡ G ⁡ x ∈ ℋ → 0 ≤ norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ G ⁡ x
26 7 25 syl ⊢ x ∈ ℋ → 0 ≤ norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ G ⁡ x
27 normge0 ⊢ proj ℎ ⁡ H ⁡ x ∈ ℋ → 0 ≤ norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ H ⁡ x
28 3 27 syl ⊢ x ∈ ℋ → 0 ≤ norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ H ⁡ x
29 9 5 26 28 le2sqd ⊢ x ∈ ℋ → norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ G ⁡ x ≤ norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ H ⁡ x ↔ norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ G ⁡ x 2 ≤ norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ H ⁡ x 2
30 11 24 29 3bitr4d ⊢ x ∈ ℋ → 0 ≤ proj ℎ ⁡ H - op proj ℎ ⁡ G ⁡ x ⋅ ih x ↔ norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ G ⁡ x ≤ norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ H ⁡ x
31 30 ralbiia ⊢ ∀ x ∈ ℋ 0 ≤ proj ℎ ⁡ H - op proj ℎ ⁡ G ⁡ x ⋅ ih x ↔ ∀ x ∈ ℋ norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ G ⁡ x ≤ norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ H ⁡ x
32 1 2 pjnormssi ⊢ G ⊆ H ↔ ∀ x ∈ ℋ norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ G ⁡ x ≤ norm ℎ ⁡ proj ℎ ⁡ H ⁡ x
33 31 32 bitr4i ⊢ ∀ x ∈ ℋ 0 ≤ proj ℎ ⁡ H - op proj ℎ ⁡ G ⁡ x ⋅ ih x ↔ G ⊆ H