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Theorem tcphcph

Description: The standard definition of a norm turns any pre-Hilbert space over a subfield of CCfld closed under square roots of nonnegative reals into a subcomplex pre-Hilbert space (which allows access to a norm, metric, and topology). (Contributed by Mario Carneiro, 11-Oct-2015)

Ref Expression
Hypotheses tcphval.n G = toCPreHil W
tcphcph.v V = Base W
tcphcph.f F = Scalar W
tcphcph.1 φ W PreHil
tcphcph.2 φ F = fld 𝑠 K
tcphcph.h , ˙ = 𝑖 W
tcphcph.3 φ x K x 0 x x K
tcphcph.4 φ x V 0 x , ˙ x
Assertion tcphcph φ G CPreHil

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 tcphval.n G = toCPreHil W
2 tcphcph.v V = Base W
3 tcphcph.f F = Scalar W
4 tcphcph.1 φ W PreHil
5 tcphcph.2 φ F = fld 𝑠 K
6 tcphcph.h , ˙ = 𝑖 W
7 tcphcph.3 φ x K x 0 x x K
8 tcphcph.4 φ x V 0 x , ˙ x
9 1 tcphphl W PreHil G PreHil
10 4 9 sylib φ G PreHil
11 1 2 6 tcphval G = W toNrmGrp x V x , ˙ x
12 eqid - W = - W
13 eqid 0 W = 0 W
14 phllmod W PreHil W LMod
15 4 14 syl φ W LMod
16 lmodgrp W LMod W Grp
17 15 16 syl φ W Grp
18 1 2 3 4 5 6 tcphcphlem3 φ x V x , ˙ x
19 18 8 resqrtcld φ x V x , ˙ x
20 19 fmpttd φ x V x , ˙ x : V
21 oveq12 x = y x = y x , ˙ x = y , ˙ y
22 21 anidms x = y x , ˙ x = y , ˙ y
23 22 fveq2d x = y x , ˙ x = y , ˙ y
24 eqid x V x , ˙ x = x V x , ˙ x
25 fvex x , ˙ x V
26 23 24 25 fvmpt3i y V x V x , ˙ x y = y , ˙ y
27 26 adantl φ y V x V x , ˙ x y = y , ˙ y
28 27 eqeq1d φ y V x V x , ˙ x y = 0 y , ˙ y = 0
29 eqid Base F = Base F
30 phllvec W PreHil W LVec
31 4 30 syl φ W LVec
32 3 lvecdrng W LVec F DivRing
33 31 32 syl φ F DivRing
34 29 5 33 cphsubrglem φ F = fld 𝑠 Base F Base F = K Base F SubRing fld
35 34 simp2d φ Base F = K
36 inss2 K
37 35 36 eqsstrdi φ Base F
38 37 adantr φ y V Base F
39 3 6 2 29 ipcl W PreHil y V y V y , ˙ y Base F
40 39 3anidm23 W PreHil y V y , ˙ y Base F
41 4 40 sylan φ y V y , ˙ y Base F
42 38 41 sseldd φ y V y , ˙ y
43 42 sqrtcld φ y V y , ˙ y
44 sqeq0 y , ˙ y y , ˙ y 2 = 0 y , ˙ y = 0
45 43 44 syl φ y V y , ˙ y 2 = 0 y , ˙ y = 0
46 42 sqsqrtd φ y V y , ˙ y 2 = y , ˙ y
47 1 2 3 4 5 phclm φ W CMod
48 3 clm0 W CMod 0 = 0 F
49 47 48 syl φ 0 = 0 F
50 49 adantr φ y V 0 = 0 F
51 46 50 eqeq12d φ y V y , ˙ y 2 = 0 y , ˙ y = 0 F
52 45 51 bitr3d φ y V y , ˙ y = 0 y , ˙ y = 0 F
53 eqid 0 F = 0 F
54 3 6 2 53 13 ipeq0 W PreHil y V y , ˙ y = 0 F y = 0 W
55 4 54 sylan φ y V y , ˙ y = 0 F y = 0 W
56 28 52 55 3bitrd φ y V x V x , ˙ x y = 0 y = 0 W
57 4 adantr φ y V z V W PreHil
58 34 simp1d φ F = fld 𝑠 Base F
59 58 adantr φ y V z V F = fld 𝑠 Base F
60 3anass x Base F x 0 x x Base F x 0 x
61 simpr2 φ x K x 0 x x
62 61 recnd φ x K x 0 x x
63 62 sqrtcld φ x K x 0 x x
64 7 63 jca φ x K x 0 x x K x
65 64 ex φ x K x 0 x x K x
66 35 eleq2d φ x Base F x K
67 recn x x
68 elin x K x K x
69 68 rbaib x x K x K
70 67 69 syl x x K x K
71 66 70 sylan9bb φ x x Base F x K
72 71 adantrr φ x 0 x x Base F x K
73 72 ex φ x 0 x x Base F x K
74 73 pm5.32rd φ x Base F x 0 x x K x 0 x
75 3anass x K x 0 x x K x 0 x
76 74 75 syl6bbr φ x Base F x 0 x x K x 0 x
77 35 eleq2d φ x Base F x K
78 elin x K x K x
79 77 78 syl6bb φ x Base F x K x
80 65 76 79 3imtr4d φ x Base F x 0 x x Base F
81 60 80 syl5bi φ x Base F x 0 x x Base F
82 81 imp φ x Base F x 0 x x Base F
83 82 adantlr φ y V z V x Base F x 0 x x Base F
84 8 adantlr φ y V z V x V 0 x , ˙ x
85 simprl φ y V z V y V
86 simprr φ y V z V z V
87 1 2 3 57 59 6 83 84 29 12 85 86 tcphcphlem1 φ y V z V y - W z , ˙ y - W z y , ˙ y + z , ˙ z
88 2 12 grpsubcl W Grp y V z V y - W z V
89 88 3expb W Grp y V z V y - W z V
90 17 89 sylan φ y V z V y - W z V
91 oveq12 x = y - W z x = y - W z x , ˙ x = y - W z , ˙ y - W z
92 91 anidms x = y - W z x , ˙ x = y - W z , ˙ y - W z
93 92 fveq2d x = y - W z x , ˙ x = y - W z , ˙ y - W z
94 93 24 25 fvmpt3i y - W z V x V x , ˙ x y - W z = y - W z , ˙ y - W z
95 90 94 syl φ y V z V x V x , ˙ x y - W z = y - W z , ˙ y - W z
96 oveq12 x = z x = z x , ˙ x = z , ˙ z
97 96 anidms x = z x , ˙ x = z , ˙ z
98 97 fveq2d x = z x , ˙ x = z , ˙ z
99 98 24 25 fvmpt3i z V x V x , ˙ x z = z , ˙ z
100 26 99 oveqan12d y V z V x V x , ˙ x y + x V x , ˙ x z = y , ˙ y + z , ˙ z
101 100 adantl φ y V z V x V x , ˙ x y + x V x , ˙ x z = y , ˙ y + z , ˙ z
102 87 95 101 3brtr4d φ y V z V x V x , ˙ x y - W z x V x , ˙ x y + x V x , ˙ x z
103 11 2 12 13 17 20 56 102 tngngpd φ G NrmGrp
104 phllmod G PreHil G LMod
105 10 104 syl φ G LMod
106 cnnrg fld NrmRing
107 34 simp3d φ Base F SubRing fld
108 eqid fld 𝑠 Base F = fld 𝑠 Base F
109 108 subrgnrg fld NrmRing Base F SubRing fld fld 𝑠 Base F NrmRing
110 106 107 109 sylancr φ fld 𝑠 Base F NrmRing
111 58 110 eqeltrd φ F NrmRing
112 103 105 111 3jca φ G NrmGrp G LMod F NrmRing
113 4 adantr φ y Base F z V W PreHil
114 58 adantr φ y Base F z V F = fld 𝑠 Base F
115 82 adantlr φ y Base F z V x Base F x 0 x x Base F
116 8 adantlr φ y Base F z V x V 0 x , ˙ x
117 eqid W = W
118 simprl φ y Base F z V y Base F
119 simprr φ y Base F z V z V
120 1 2 3 113 114 6 115 116 29 117 118 119 tcphcphlem2 φ y Base F z V y W z , ˙ y W z = y z , ˙ z
121 2 3 117 29 lmodvscl W LMod y Base F z V y W z V
122 121 3expb W LMod y Base F z V y W z V
123 15 122 sylan φ y Base F z V y W z V
124 eqid norm G = norm G
125 1 124 2 6 tcphnmval W Grp y W z V norm G y W z = y W z , ˙ y W z
126 17 123 125 syl2an2r φ y Base F z V norm G y W z = y W z , ˙ y W z
127 114 fveq2d φ y Base F z V norm F = norm fld 𝑠 Base F
128 127 fveq1d φ y Base F z V norm F y = norm fld 𝑠 Base F y
129 subrgsubg Base F SubRing fld Base F SubGrp fld
130 107 129 syl φ Base F SubGrp fld
131 cnfldnm abs = norm fld
132 eqid norm fld 𝑠 Base F = norm fld 𝑠 Base F
133 108 131 132 subgnm2 Base F SubGrp fld y Base F norm fld 𝑠 Base F y = y
134 130 118 133 syl2an2r φ y Base F z V norm fld 𝑠 Base F y = y
135 128 134 eqtrd φ y Base F z V norm F y = y
136 1 124 2 6 tcphnmval W Grp z V norm G z = z , ˙ z
137 17 119 136 syl2an2r φ y Base F z V norm G z = z , ˙ z
138 135 137 oveq12d φ y Base F z V norm F y norm G z = y z , ˙ z
139 120 126 138 3eqtr4d φ y Base F z V norm G y W z = norm F y norm G z
140 139 ralrimivva φ y Base F z V norm G y W z = norm F y norm G z
141 1 2 tcphbas V = Base G
142 1 117 tcphvsca W = G
143 1 3 tcphsca F = Scalar G
144 eqid norm F = norm F
145 141 124 142 143 29 144 isnlm G NrmMod G NrmGrp G LMod F NrmRing y Base F z V norm G y W z = norm F y norm G z
146 112 140 145 sylanbrc φ G NrmMod
147 10 146 58 3jca φ G PreHil G NrmMod F = fld 𝑠 Base F
148 elin x Base F 0 +∞ x Base F x 0 +∞
149 elrege0 x 0 +∞ x 0 x
150 149 anbi2i x Base F x 0 +∞ x Base F x 0 x
151 148 150 bitri x Base F 0 +∞ x Base F x 0 x
152 151 80 syl5bi φ x Base F 0 +∞ x Base F
153 152 ralrimiv φ x Base F 0 +∞ x Base F
154 sqrtf :
155 ffun : Fun
156 154 155 ax-mp Fun
157 inss1 Base F 0 +∞ Base F
158 157 37 sstrid φ Base F 0 +∞
159 154 fdmi dom =
160 158 159 sseqtrrdi φ Base F 0 +∞ dom
161 funimass4 Fun Base F 0 +∞ dom Base F 0 +∞ Base F x Base F 0 +∞ x Base F
162 156 160 161 sylancr φ Base F 0 +∞ Base F x Base F 0 +∞ x Base F
163 153 162 mpbird φ Base F 0 +∞ Base F
164 43 fmpttd φ y V y , ˙ y : V
165 1 2 6 tcphval G = W toNrmGrp y V y , ˙ y
166 cnex V
167 165 2 166 tngnm W Grp y V y , ˙ y : V y V y , ˙ y = norm G
168 17 164 167 syl2anc φ y V y , ˙ y = norm G
169 168 eqcomd φ norm G = y V y , ˙ y
170 1 6 tcphip , ˙ = 𝑖 G
171 141 170 124 143 29 iscph G CPreHil G PreHil G NrmMod F = fld 𝑠 Base F Base F 0 +∞ Base F norm G = y V y , ˙ y
172 147 163 169 171 syl3anbrc φ G CPreHil