Metamath Proof Explorer


Theorem unoplin

Description: A unitary operator is linear. Theorem in AkhiezerGlazman p. 72. (Contributed by NM, 22-Jan-2006) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Assertion unoplin T UniOp T LinOp

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 unopf1o T UniOp T : 1-1 onto
2 f1of T : 1-1 onto T :
3 1 2 syl T UniOp T :
4 simplll T UniOp x y z w T UniOp
5 hvmulcl x y x y
6 hvaddcl x y z x y + z
7 5 6 sylan x y z x y + z
8 7 adantll T UniOp x y z x y + z
9 8 adantr T UniOp x y z w x y + z
10 simpr T UniOp x y z w w
11 unopadj T UniOp x y + z w T x y + z ih w = x y + z ih T -1 w
12 4 9 10 11 syl3anc T UniOp x y z w T x y + z ih w = x y + z ih T -1 w
13 simprl T UniOp x y x
14 13 ad2antrr T UniOp x y z w x
15 simprr T UniOp x y y
16 15 ad2antrr T UniOp x y z w y
17 simplr T UniOp x y z w z
18 cnvunop T UniOp T -1 UniOp
19 unopf1o T -1 UniOp T -1 : 1-1 onto
20 f1of T -1 : 1-1 onto T -1 :
21 18 19 20 3syl T UniOp T -1 :
22 21 ffvelrnda T UniOp w T -1 w
23 22 adantlr T UniOp z w T -1 w
24 23 adantllr T UniOp x y z w T -1 w
25 hiassdi x y z T -1 w x y + z ih T -1 w = x y ih T -1 w + z ih T -1 w
26 14 16 17 24 25 syl22anc T UniOp x y z w x y + z ih T -1 w = x y ih T -1 w + z ih T -1 w
27 3 ffvelrnda T UniOp y T y
28 27 adantrl T UniOp x y T y
29 28 ad2antrr T UniOp x y z w T y
30 3 ffvelrnda T UniOp z T z
31 30 adantr T UniOp z w T z
32 31 adantllr T UniOp x y z w T z
33 hiassdi x T y T z w x T y + T z ih w = x T y ih w + T z ih w
34 14 29 32 10 33 syl22anc T UniOp x y z w x T y + T z ih w = x T y ih w + T z ih w
35 unopadj T UniOp y w T y ih w = y ih T -1 w
36 35 3expa T UniOp y w T y ih w = y ih T -1 w
37 36 oveq2d T UniOp y w x T y ih w = x y ih T -1 w
38 37 adantlrl T UniOp x y w x T y ih w = x y ih T -1 w
39 38 adantlr T UniOp x y z w x T y ih w = x y ih T -1 w
40 unopadj T UniOp z w T z ih w = z ih T -1 w
41 40 3expa T UniOp z w T z ih w = z ih T -1 w
42 41 adantllr T UniOp x y z w T z ih w = z ih T -1 w
43 39 42 oveq12d T UniOp x y z w x T y ih w + T z ih w = x y ih T -1 w + z ih T -1 w
44 34 43 eqtr2d T UniOp x y z w x y ih T -1 w + z ih T -1 w = x T y + T z ih w
45 12 26 44 3eqtrd T UniOp x y z w T x y + z ih w = x T y + T z ih w
46 45 ralrimiva T UniOp x y z w T x y + z ih w = x T y + T z ih w
47 ffvelrn T : x y + z T x y + z
48 7 47 sylan2 T : x y z T x y + z
49 48 anassrs T : x y z T x y + z
50 ffvelrn T : y T y
51 hvmulcl x T y x T y
52 50 51 sylan2 x T : y x T y
53 52 an12s T : x y x T y
54 53 adantr T : x y z x T y
55 ffvelrn T : z T z
56 55 adantlr T : x y z T z
57 hvaddcl x T y T z x T y + T z
58 54 56 57 syl2anc T : x y z x T y + T z
59 hial2eq T x y + z x T y + T z w T x y + z ih w = x T y + T z ih w T x y + z = x T y + T z
60 49 58 59 syl2anc T : x y z w T x y + z ih w = x T y + T z ih w T x y + z = x T y + T z
61 3 60 sylanl1 T UniOp x y z w T x y + z ih w = x T y + T z ih w T x y + z = x T y + T z
62 46 61 mpbid T UniOp x y z T x y + z = x T y + T z
63 62 ralrimiva T UniOp x y z T x y + z = x T y + T z
64 63 ralrimivva T UniOp x y z T x y + z = x T y + T z
65 ellnop T LinOp T : x y z T x y + z = x T y + T z
66 3 64 65 sylanbrc T UniOp T LinOp