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Theorem ubth

Description: Uniform Boundedness Theorem, also called the Banach-Steinhaus Theorem. Let T be a collection of bounded linear operators on a Banach space. If, for every vector x , the norms of the operators' values are bounded, then the operators' norms are also bounded. Theorem 4.7-3 of Kreyszig p. 249. See also http://en.wikipedia.org/wiki/Uniform_boundedness_principle . (Contributed by NM, 7-Nov-2007) (Proof shortened by Mario Carneiro, 11-Jan-2014) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypotheses ubth.1 X=BaseSetU
ubth.2 N=normCVW
ubth.3 M=UnormOpOLDW
Assertion ubth UCBanWNrmCVecTUBLnOpWxXctTNtxcdtTMtd

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ubth.1 X=BaseSetU
2 ubth.2 N=normCVW
3 ubth.3 M=UnormOpOLDW
4 oveq1 U=ifUCBanU+×absUBLnOpW=ifUCBanU+×absBLnOpW
5 4 sseq2d U=ifUCBanU+×absTUBLnOpWTifUCBanU+×absBLnOpW
6 fveq2 U=ifUCBanU+×absBaseSetU=BaseSetifUCBanU+×abs
7 1 6 eqtrid U=ifUCBanU+×absX=BaseSetifUCBanU+×abs
8 7 raleqdv U=ifUCBanU+×absxXctTNtxcxBaseSetifUCBanU+×absctTNtxc
9 oveq1 U=ifUCBanU+×absUnormOpOLDW=ifUCBanU+×absnormOpOLDW
10 3 9 eqtrid U=ifUCBanU+×absM=ifUCBanU+×absnormOpOLDW
11 10 fveq1d U=ifUCBanU+×absMt=ifUCBanU+×absnormOpOLDWt
12 11 breq1d U=ifUCBanU+×absMtdifUCBanU+×absnormOpOLDWtd
13 12 rexralbidv U=ifUCBanU+×absdtTMtddtTifUCBanU+×absnormOpOLDWtd
14 8 13 bibi12d U=ifUCBanU+×absxXctTNtxcdtTMtdxBaseSetifUCBanU+×absctTNtxcdtTifUCBanU+×absnormOpOLDWtd
15 5 14 imbi12d U=ifUCBanU+×absTUBLnOpWxXctTNtxcdtTMtdTifUCBanU+×absBLnOpWxBaseSetifUCBanU+×absctTNtxcdtTifUCBanU+×absnormOpOLDWtd
16 oveq2 W=ifWNrmCVecW+×absifUCBanU+×absBLnOpW=ifUCBanU+×absBLnOpifWNrmCVecW+×abs
17 16 sseq2d W=ifWNrmCVecW+×absTifUCBanU+×absBLnOpWTifUCBanU+×absBLnOpifWNrmCVecW+×abs
18 fveq2 W=ifWNrmCVecW+×absnormCVW=normCVifWNrmCVecW+×abs
19 2 18 eqtrid W=ifWNrmCVecW+×absN=normCVifWNrmCVecW+×abs
20 19 fveq1d W=ifWNrmCVecW+×absNtx=normCVifWNrmCVecW+×abstx
21 20 breq1d W=ifWNrmCVecW+×absNtxcnormCVifWNrmCVecW+×abstxc
22 21 rexralbidv W=ifWNrmCVecW+×absctTNtxcctTnormCVifWNrmCVecW+×abstxc
23 22 ralbidv W=ifWNrmCVecW+×absxBaseSetifUCBanU+×absctTNtxcxBaseSetifUCBanU+×absctTnormCVifWNrmCVecW+×abstxc
24 oveq2 W=ifWNrmCVecW+×absifUCBanU+×absnormOpOLDW=ifUCBanU+×absnormOpOLDifWNrmCVecW+×abs
25 24 fveq1d W=ifWNrmCVecW+×absifUCBanU+×absnormOpOLDWt=ifUCBanU+×absnormOpOLDifWNrmCVecW+×abst
26 25 breq1d W=ifWNrmCVecW+×absifUCBanU+×absnormOpOLDWtdifUCBanU+×absnormOpOLDifWNrmCVecW+×abstd
27 26 rexralbidv W=ifWNrmCVecW+×absdtTifUCBanU+×absnormOpOLDWtddtTifUCBanU+×absnormOpOLDifWNrmCVecW+×abstd
28 23 27 bibi12d W=ifWNrmCVecW+×absxBaseSetifUCBanU+×absctTNtxcdtTifUCBanU+×absnormOpOLDWtdxBaseSetifUCBanU+×absctTnormCVifWNrmCVecW+×abstxcdtTifUCBanU+×absnormOpOLDifWNrmCVecW+×abstd
29 17 28 imbi12d W=ifWNrmCVecW+×absTifUCBanU+×absBLnOpWxBaseSetifUCBanU+×absctTNtxcdtTifUCBanU+×absnormOpOLDWtdTifUCBanU+×absBLnOpifWNrmCVecW+×absxBaseSetifUCBanU+×absctTnormCVifWNrmCVecW+×abstxcdtTifUCBanU+×absnormOpOLDifWNrmCVecW+×abstd
30 eqid BaseSetifUCBanU+×abs=BaseSetifUCBanU+×abs
31 eqid normCVifWNrmCVecW+×abs=normCVifWNrmCVecW+×abs
32 eqid IndMetifUCBanU+×abs=IndMetifUCBanU+×abs
33 eqid MetOpenIndMetifUCBanU+×abs=MetOpenIndMetifUCBanU+×abs
34 eqid +×abs=+×abs
35 34 cnbn +×absCBan
36 35 elimel ifUCBanU+×absCBan
37 elimnvu ifWNrmCVecW+×absNrmCVec
38 id TifUCBanU+×absBLnOpifWNrmCVecW+×absTifUCBanU+×absBLnOpifWNrmCVecW+×abs
39 30 31 32 33 36 37 38 ubthlem3 TifUCBanU+×absBLnOpifWNrmCVecW+×absxBaseSetifUCBanU+×absctTnormCVifWNrmCVecW+×abstxcdtTifUCBanU+×absnormOpOLDifWNrmCVecW+×abstd
40 15 29 39 dedth2h UCBanWNrmCVecTUBLnOpWxXctTNtxcdtTMtd
41 40 3impia UCBanWNrmCVecTUBLnOpWxXctTNtxcdtTMtd