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Theorem tcphcphlem1

Description: Lemma for tcphcph : the triangle inequality. (Contributed by Mario Carneiro, 8-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 = ℂ fld ↾ 𝑠 K
tcphcph.h ⊢ , ˙ = ⋅ 𝑖 ⁡ W
tcphcph.3 ⊢ φ ∧ x ∈ K ∧ x ∈ ℝ ∧ 0 ≤ x → x ∈ K
tcphcph.4 ⊢ φ ∧ x ∈ V → 0 ≤ x , ˙ x
tcphcph.k ⊢ K = Base F
tcphcph.m ⊢ - ˙ = - W
tcphcphlem1.3 ⊢ φ → X ∈ V
tcphcphlem1.4 ⊢ φ → Y ∈ V
Assertion tcphcphlem1 ⊢ φ → X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y ≤ X , ˙ X + Y , ˙ Y

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 = ℂ fld ↾ 𝑠 K
6 tcphcph.h ⊢ , ˙ = ⋅ 𝑖 ⁡ W
7 tcphcph.3 ⊢ φ ∧ x ∈ K ∧ x ∈ ℝ ∧ 0 ≤ x → x ∈ K
8 tcphcph.4 ⊢ φ ∧ x ∈ V → 0 ≤ x , ˙ x
9 tcphcph.k ⊢ K = Base F
10 tcphcph.m ⊢ - ˙ = - W
11 tcphcphlem1.3 ⊢ φ → X ∈ V
12 tcphcphlem1.4 ⊢ φ → Y ∈ V
13 phllmod ⊢ W ∈ PreHil → W ∈ LMod
14 lmodgrp ⊢ W ∈ LMod → W ∈ Grp
15 4 13 14 3syl ⊢ φ → W ∈ Grp
16 2 10 grpsubcl ⊢ W ∈ Grp ∧ X ∈ V ∧ Y ∈ V → X - ˙ Y ∈ V
17 15 11 12 16 syl3anc ⊢ φ → X - ˙ Y ∈ V
18 1 2 3 4 5 6 tcphcphlem3 ⊢ φ ∧ X - ˙ Y ∈ V → X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y ∈ ℝ
19 17 18 mpdan ⊢ φ → X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y ∈ ℝ
20 1 2 3 4 5 6 tcphcphlem3 ⊢ φ ∧ X ∈ V → X , ˙ X ∈ ℝ
21 11 20 mpdan ⊢ φ → X , ˙ X ∈ ℝ
22 1 2 3 4 5 6 tcphcphlem3 ⊢ φ ∧ Y ∈ V → Y , ˙ Y ∈ ℝ
23 12 22 mpdan ⊢ φ → Y , ˙ Y ∈ ℝ
24 21 23 readdcld ⊢ φ → X , ˙ X + Y , ˙ Y ∈ ℝ
25 1 2 3 4 5 phclm ⊢ φ → W ∈ CMod
26 3 9 clmsscn ⊢ W ∈ CMod → K ⊆ ℂ
27 25 26 syl ⊢ φ → K ⊆ ℂ
28 3 6 2 9 ipcl ⊢ W ∈ PreHil ∧ X ∈ V ∧ Y ∈ V → X , ˙ Y ∈ K
29 4 11 12 28 syl3anc ⊢ φ → X , ˙ Y ∈ K
30 27 29 sseldd ⊢ φ → X , ˙ Y ∈ ℂ
31 3 6 2 9 ipcl ⊢ W ∈ PreHil ∧ Y ∈ V ∧ X ∈ V → Y , ˙ X ∈ K
32 4 12 11 31 syl3anc ⊢ φ → Y , ˙ X ∈ K
33 27 32 sseldd ⊢ φ → Y , ˙ X ∈ ℂ
34 30 33 addcld ⊢ φ → X , ˙ Y + Y , ˙ X ∈ ℂ
35 34 abscld ⊢ φ → X , ˙ Y + Y , ˙ X ∈ ℝ
36 24 35 readdcld ⊢ φ → X , ˙ X + Y , ˙ Y + X , ˙ Y + Y , ˙ X ∈ ℝ
37 21 recnd ⊢ φ → X , ˙ X ∈ ℂ
38 2re ⊢ 2 ∈ ℝ
39 oveq12 ⊢ x = X ∧ x = X → x , ˙ x = X , ˙ X
40 39 anidms ⊢ x = X → x , ˙ x = X , ˙ X
41 40 breq2d ⊢ x = X → 0 ≤ x , ˙ x ↔ 0 ≤ X , ˙ X
42 8 ralrimiva ⊢ φ → ∀ x ∈ V 0 ≤ x , ˙ x
43 41 42 11 rspcdva ⊢ φ → 0 ≤ X , ˙ X
44 21 43 resqrtcld ⊢ φ → X , ˙ X ∈ ℝ
45 oveq12 ⊢ x = Y ∧ x = Y → x , ˙ x = Y , ˙ Y
46 45 anidms ⊢ x = Y → x , ˙ x = Y , ˙ Y
47 46 breq2d ⊢ x = Y → 0 ≤ x , ˙ x ↔ 0 ≤ Y , ˙ Y
48 47 42 12 rspcdva ⊢ φ → 0 ≤ Y , ˙ Y
49 23 48 resqrtcld ⊢ φ → Y , ˙ Y ∈ ℝ
50 44 49 remulcld ⊢ φ → X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y ∈ ℝ
51 remulcl ⊢ 2 ∈ ℝ ∧ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y ∈ ℝ → 2 ⁢ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y ∈ ℝ
52 38 50 51 sylancr ⊢ φ → 2 ⁢ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y ∈ ℝ
53 52 recnd ⊢ φ → 2 ⁢ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y ∈ ℂ
54 23 recnd ⊢ φ → Y , ˙ Y ∈ ℂ
55 37 53 54 add32d ⊢ φ → X , ˙ X + 2 ⁢ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y + Y , ˙ Y = X , ˙ X + Y , ˙ Y + 2 ⁢ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y
56 24 52 readdcld ⊢ φ → X , ˙ X + Y , ˙ Y + 2 ⁢ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y ∈ ℝ
57 55 56 eqeltrd ⊢ φ → X , ˙ X + 2 ⁢ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y + Y , ˙ Y ∈ ℝ
58 oveq12 ⊢ x = X - ˙ Y ∧ x = X - ˙ Y → x , ˙ x = X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y
59 58 anidms ⊢ x = X - ˙ Y → x , ˙ x = X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y
60 59 breq2d ⊢ x = X - ˙ Y → 0 ≤ x , ˙ x ↔ 0 ≤ X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y
61 60 42 17 rspcdva ⊢ φ → 0 ≤ X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y
62 19 61 absidd ⊢ φ → X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y = X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y
63 3 clmadd ⊢ W ∈ CMod → + = + F
64 25 63 syl ⊢ φ → + = + F
65 64 oveqd ⊢ φ → X , ˙ X + Y , ˙ Y = X , ˙ X + F Y , ˙ Y
66 64 oveqd ⊢ φ → X , ˙ Y + Y , ˙ X = X , ˙ Y + F Y , ˙ X
67 65 66 oveq12d ⊢ φ → X , ˙ X + Y , ˙ Y - F X , ˙ Y + Y , ˙ X = X , ˙ X + F Y , ˙ Y - F X , ˙ Y + F Y , ˙ X
68 3 6 2 9 ipcl ⊢ W ∈ PreHil ∧ X ∈ V ∧ X ∈ V → X , ˙ X ∈ K
69 4 11 11 68 syl3anc ⊢ φ → X , ˙ X ∈ K
70 3 6 2 9 ipcl ⊢ W ∈ PreHil ∧ Y ∈ V ∧ Y ∈ V → Y , ˙ Y ∈ K
71 4 12 12 70 syl3anc ⊢ φ → Y , ˙ Y ∈ K
72 3 9 clmacl ⊢ W ∈ CMod ∧ X , ˙ X ∈ K ∧ Y , ˙ Y ∈ K → X , ˙ X + Y , ˙ Y ∈ K
73 25 69 71 72 syl3anc ⊢ φ → X , ˙ X + Y , ˙ Y ∈ K
74 3 9 clmacl ⊢ W ∈ CMod ∧ X , ˙ Y ∈ K ∧ Y , ˙ X ∈ K → X , ˙ Y + Y , ˙ X ∈ K
75 25 29 32 74 syl3anc ⊢ φ → X , ˙ Y + Y , ˙ X ∈ K
76 3 9 clmsub ⊢ W ∈ CMod ∧ X , ˙ X + Y , ˙ Y ∈ K ∧ X , ˙ Y + Y , ˙ X ∈ K → X , ˙ X + Y , ˙ Y - X , ˙ Y + Y , ˙ X = X , ˙ X + Y , ˙ Y - F X , ˙ Y + Y , ˙ X
77 25 73 75 76 syl3anc ⊢ φ → X , ˙ X + Y , ˙ Y - X , ˙ Y + Y , ˙ X = X , ˙ X + Y , ˙ Y - F X , ˙ Y + Y , ˙ X
78 eqid ⊢ - F = - F
79 eqid ⊢ + F = + F
80 3 6 2 10 78 79 4 11 12 11 12 ip2subdi ⊢ φ → X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y = X , ˙ X + F Y , ˙ Y - F X , ˙ Y + F Y , ˙ X
81 67 77 80 3eqtr4rd ⊢ φ → X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y = X , ˙ X + Y , ˙ Y - X , ˙ Y + Y , ˙ X
82 81 fveq2d ⊢ φ → X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y = X , ˙ X + Y , ˙ Y - X , ˙ Y + Y , ˙ X
83 62 82 eqtr3d ⊢ φ → X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y = X , ˙ X + Y , ˙ Y - X , ˙ Y + Y , ˙ X
84 27 73 sseldd ⊢ φ → X , ˙ X + Y , ˙ Y ∈ ℂ
85 84 34 abs2dif2d ⊢ φ → X , ˙ X + Y , ˙ Y - X , ˙ Y + Y , ˙ X ≤ X , ˙ X + Y , ˙ Y + X , ˙ Y + Y , ˙ X
86 83 85 eqbrtrd ⊢ φ → X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y ≤ X , ˙ X + Y , ˙ Y + X , ˙ Y + Y , ˙ X
87 21 23 43 48 addge0d ⊢ φ → 0 ≤ X , ˙ X + Y , ˙ Y
88 24 87 absidd ⊢ φ → X , ˙ X + Y , ˙ Y = X , ˙ X + Y , ˙ Y
89 88 oveq1d ⊢ φ → X , ˙ X + Y , ˙ Y + X , ˙ Y + Y , ˙ X = X , ˙ X + Y , ˙ Y + X , ˙ Y + Y , ˙ X
90 86 89 breqtrd ⊢ φ → X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y ≤ X , ˙ X + Y , ˙ Y + X , ˙ Y + Y , ˙ X
91 30 abscld ⊢ φ → X , ˙ Y ∈ ℝ
92 remulcl ⊢ 2 ∈ ℝ ∧ X , ˙ Y ∈ ℝ → 2 ⁢ X , ˙ Y ∈ ℝ
93 38 91 92 sylancr ⊢ φ → 2 ⁢ X , ˙ Y ∈ ℝ
94 30 33 abstrid ⊢ φ → X , ˙ Y + Y , ˙ X ≤ X , ˙ Y + Y , ˙ X
95 91 recnd ⊢ φ → X , ˙ Y ∈ ℂ
96 95 2timesd ⊢ φ → 2 ⁢ X , ˙ Y = X , ˙ Y + X , ˙ Y
97 30 abscjd ⊢ φ → X , ˙ Y ‾ = X , ˙ Y
98 3 clmcj ⊢ W ∈ CMod → * = * F
99 25 98 syl ⊢ φ → * = * F
100 99 fveq1d ⊢ φ → X , ˙ Y ‾ = X , ˙ Y * F
101 eqid ⊢ * F = * F
102 3 6 2 101 ipcj ⊢ W ∈ PreHil ∧ X ∈ V ∧ Y ∈ V → X , ˙ Y * F = Y , ˙ X
103 4 11 12 102 syl3anc ⊢ φ → X , ˙ Y * F = Y , ˙ X
104 100 103 eqtrd ⊢ φ → X , ˙ Y ‾ = Y , ˙ X
105 104 fveq2d ⊢ φ → X , ˙ Y ‾ = Y , ˙ X
106 97 105 eqtr3d ⊢ φ → X , ˙ Y = Y , ˙ X
107 106 oveq2d ⊢ φ → X , ˙ Y + X , ˙ Y = X , ˙ Y + Y , ˙ X
108 96 107 eqtrd ⊢ φ → 2 ⁢ X , ˙ Y = X , ˙ Y + Y , ˙ X
109 94 108 breqtrrd ⊢ φ → X , ˙ Y + Y , ˙ X ≤ 2 ⁢ X , ˙ Y
110 eqid ⊢ norm ⁡ G = norm ⁡ G
111 eqid ⊢ Y , ˙ X Y , ˙ Y = Y , ˙ X Y , ˙ Y
112 1 2 3 4 5 6 7 8 9 110 111 11 12 ipcau2 ⊢ φ → X , ˙ Y ≤ norm ⁡ G ⁡ X ⁢ norm ⁡ G ⁡ Y
113 1 110 2 6 tcphnmval ⊢ W ∈ Grp ∧ X ∈ V → norm ⁡ G ⁡ X = X , ˙ X
114 15 11 113 syl2anc ⊢ φ → norm ⁡ G ⁡ X = X , ˙ X
115 1 110 2 6 tcphnmval ⊢ W ∈ Grp ∧ Y ∈ V → norm ⁡ G ⁡ Y = Y , ˙ Y
116 15 12 115 syl2anc ⊢ φ → norm ⁡ G ⁡ Y = Y , ˙ Y
117 114 116 oveq12d ⊢ φ → norm ⁡ G ⁡ X ⁢ norm ⁡ G ⁡ Y = X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y
118 112 117 breqtrd ⊢ φ → X , ˙ Y ≤ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y
119 38 a1i ⊢ φ → 2 ∈ ℝ
120 2pos ⊢ 0 < 2
121 120 a1i ⊢ φ → 0 < 2
122 lemul2 ⊢ X , ˙ Y ∈ ℝ ∧ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y ∈ ℝ ∧ 2 ∈ ℝ ∧ 0 < 2 → X , ˙ Y ≤ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y ↔ 2 ⁢ X , ˙ Y ≤ 2 ⁢ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y
123 91 50 119 121 122 syl112anc ⊢ φ → X , ˙ Y ≤ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y ↔ 2 ⁢ X , ˙ Y ≤ 2 ⁢ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y
124 118 123 mpbid ⊢ φ → 2 ⁢ X , ˙ Y ≤ 2 ⁢ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y
125 35 93 52 109 124 letrd ⊢ φ → X , ˙ Y + Y , ˙ X ≤ 2 ⁢ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y
126 35 52 24 125 leadd2dd ⊢ φ → X , ˙ X + Y , ˙ Y + X , ˙ Y + Y , ˙ X ≤ X , ˙ X + Y , ˙ Y + 2 ⁢ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y
127 126 55 breqtrrd ⊢ φ → X , ˙ X + Y , ˙ Y + X , ˙ Y + Y , ˙ X ≤ X , ˙ X + 2 ⁢ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y + Y , ˙ Y
128 19 36 57 90 127 letrd ⊢ φ → X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y ≤ X , ˙ X + 2 ⁢ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y + Y , ˙ Y
129 19 recnd ⊢ φ → X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y ∈ ℂ
130 129 sqsqrtd ⊢ φ → X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y 2 = X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y
131 37 sqrtcld ⊢ φ → X , ˙ X ∈ ℂ
132 49 recnd ⊢ φ → Y , ˙ Y ∈ ℂ
133 binom2 ⊢ X , ˙ X ∈ ℂ ∧ Y , ˙ Y ∈ ℂ → X , ˙ X + Y , ˙ Y 2 = X , ˙ X 2 + 2 ⁢ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y + Y , ˙ Y 2
134 131 132 133 syl2anc ⊢ φ → X , ˙ X + Y , ˙ Y 2 = X , ˙ X 2 + 2 ⁢ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y + Y , ˙ Y 2
135 37 sqsqrtd ⊢ φ → X , ˙ X 2 = X , ˙ X
136 135 oveq1d ⊢ φ → X , ˙ X 2 + 2 ⁢ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y = X , ˙ X + 2 ⁢ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y
137 54 sqsqrtd ⊢ φ → Y , ˙ Y 2 = Y , ˙ Y
138 136 137 oveq12d ⊢ φ → X , ˙ X 2 + 2 ⁢ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y + Y , ˙ Y 2 = X , ˙ X + 2 ⁢ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y + Y , ˙ Y
139 134 138 eqtrd ⊢ φ → X , ˙ X + Y , ˙ Y 2 = X , ˙ X + 2 ⁢ X , ˙ X ⁢ Y , ˙ Y + Y , ˙ Y
140 128 130 139 3brtr4d ⊢ φ → X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y 2 ≤ X , ˙ X + Y , ˙ Y 2
141 19 61 resqrtcld ⊢ φ → X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y ∈ ℝ
142 44 49 readdcld ⊢ φ → X , ˙ X + Y , ˙ Y ∈ ℝ
143 19 61 sqrtge0d ⊢ φ → 0 ≤ X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y
144 21 43 sqrtge0d ⊢ φ → 0 ≤ X , ˙ X
145 23 48 sqrtge0d ⊢ φ → 0 ≤ Y , ˙ Y
146 44 49 144 145 addge0d ⊢ φ → 0 ≤ X , ˙ X + Y , ˙ Y
147 141 142 143 146 le2sqd ⊢ φ → X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y ≤ X , ˙ X + Y , ˙ Y ↔ X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y 2 ≤ X , ˙ X + Y , ˙ Y 2
148 140 147 mpbird ⊢ φ → X - ˙ Y , ˙ X - ˙ Y ≤ X , ˙ X + Y , ˙ Y