Metamath Proof Explorer


Theorem adjbdln

Description: The adjoint of a bounded linear operator is a bounded linear operator. (Contributed by NM, 19-Feb-2006) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Assertion adjbdln ( ๐‘‡ โˆˆ BndLinOp โ†’ ( adjโ„Ž โ€˜ ๐‘‡ ) โˆˆ BndLinOp )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 bdopadj โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ BndLinOp โ†’ ๐‘‡ โˆˆ dom adjโ„Ž )
2 adjval โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ dom adjโ„Ž โ†’ ( adjโ„Ž โ€˜ ๐‘‡ ) = ( โ„ฉ ๐‘ก โˆˆ ( โ„‹ โ†‘m โ„‹ ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) ) )
3 1 2 syl โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ BndLinOp โ†’ ( adjโ„Ž โ€˜ ๐‘‡ ) = ( โ„ฉ ๐‘ก โˆˆ ( โ„‹ โ†‘m โ„‹ ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) ) )
4 cnlnadj โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ ( LinOp โˆฉ ContOp ) โ†’ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ( LinOp โˆฉ ContOp ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฆ ) ) )
5 lncnopbd โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ ( LinOp โˆฉ ContOp ) โ†” ๐‘‡ โˆˆ BndLinOp )
6 lncnbd โŠข ( LinOp โˆฉ ContOp ) = BndLinOp
7 6 rexeqi โŠข ( โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ( LinOp โˆฉ ContOp ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ†” โˆƒ ๐‘ก โˆˆ BndLinOp โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฆ ) ) )
8 4 5 7 3imtr3i โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ BndLinOp โ†’ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ BndLinOp โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฆ ) ) )
9 bdopf โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ BndLinOp โ†’ ๐‘‡ : โ„‹ โŸถ โ„‹ )
10 bdopf โŠข ( ๐‘ก โˆˆ BndLinOp โ†’ ๐‘ก : โ„‹ โŸถ โ„‹ )
11 adjsym โŠข ( ( ๐‘‡ : โ„‹ โŸถ โ„‹ โˆง ๐‘ก : โ„‹ โŸถ โ„‹ ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) โ†” โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) ) )
12 9 10 11 syl2an โŠข ( ( ๐‘‡ โˆˆ BndLinOp โˆง ๐‘ก โˆˆ BndLinOp ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) โ†” โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) ) )
13 eqcom โŠข ( ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ†” ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) )
14 13 2ralbii โŠข ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ†” โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) )
15 12 14 bitr4di โŠข ( ( ๐‘‡ โˆˆ BndLinOp โˆง ๐‘ก โˆˆ BndLinOp ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) โ†” โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) )
16 15 rexbidva โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ BndLinOp โ†’ ( โˆƒ ๐‘ก โˆˆ BndLinOp โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) โ†” โˆƒ ๐‘ก โˆˆ BndLinOp โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) )
17 8 16 mpbird โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ BndLinOp โ†’ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ BndLinOp โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) )
18 adjeu โŠข ( ๐‘‡ : โ„‹ โŸถ โ„‹ โ†’ ( ๐‘‡ โˆˆ dom adjโ„Ž โ†” โˆƒ! ๐‘ก โˆˆ ( โ„‹ โ†‘m โ„‹ ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) ) )
19 9 18 syl โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ BndLinOp โ†’ ( ๐‘‡ โˆˆ dom adjโ„Ž โ†” โˆƒ! ๐‘ก โˆˆ ( โ„‹ โ†‘m โ„‹ ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) ) )
20 1 19 mpbid โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ BndLinOp โ†’ โˆƒ! ๐‘ก โˆˆ ( โ„‹ โ†‘m โ„‹ ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) )
21 ax-hilex โŠข โ„‹ โˆˆ V
22 21 21 elmap โŠข ( ๐‘ก โˆˆ ( โ„‹ โ†‘m โ„‹ ) โ†” ๐‘ก : โ„‹ โŸถ โ„‹ )
23 10 22 sylibr โŠข ( ๐‘ก โˆˆ BndLinOp โ†’ ๐‘ก โˆˆ ( โ„‹ โ†‘m โ„‹ ) )
24 23 ssriv โŠข BndLinOp โŠ† ( โ„‹ โ†‘m โ„‹ )
25 id โŠข ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) )
26 25 rgenw โŠข โˆ€ ๐‘ก โˆˆ BndLinOp ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) )
27 riotass2 โŠข ( ( ( BndLinOp โŠ† ( โ„‹ โ†‘m โ„‹ ) โˆง โˆ€ ๐‘ก โˆˆ BndLinOp ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) ) ) โˆง ( โˆƒ ๐‘ก โˆˆ BndLinOp โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) โˆง โˆƒ! ๐‘ก โˆˆ ( โ„‹ โ†‘m โ„‹ ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) ) ) โ†’ ( โ„ฉ ๐‘ก โˆˆ BndLinOp โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) ) = ( โ„ฉ ๐‘ก โˆˆ ( โ„‹ โ†‘m โ„‹ ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) ) )
28 24 26 27 mpanl12 โŠข ( ( โˆƒ ๐‘ก โˆˆ BndLinOp โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) โˆง โˆƒ! ๐‘ก โˆˆ ( โ„‹ โ†‘m โ„‹ ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( โ„ฉ ๐‘ก โˆˆ BndLinOp โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) ) = ( โ„ฉ ๐‘ก โˆˆ ( โ„‹ โ†‘m โ„‹ ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) ) )
29 17 20 28 syl2anc โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ BndLinOp โ†’ ( โ„ฉ ๐‘ก โˆˆ BndLinOp โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) ) = ( โ„ฉ ๐‘ก โˆˆ ( โ„‹ โ†‘m โ„‹ ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) ) )
30 3 29 eqtr4d โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ BndLinOp โ†’ ( adjโ„Ž โ€˜ ๐‘‡ ) = ( โ„ฉ ๐‘ก โˆˆ BndLinOp โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) ) )
31 24 a1i โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ BndLinOp โ†’ BndLinOp โŠ† ( โ„‹ โ†‘m โ„‹ ) )
32 reuss โŠข ( ( BndLinOp โŠ† ( โ„‹ โ†‘m โ„‹ ) โˆง โˆƒ ๐‘ก โˆˆ BndLinOp โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) โˆง โˆƒ! ๐‘ก โˆˆ ( โ„‹ โ†‘m โ„‹ ) โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) ) โ†’ โˆƒ! ๐‘ก โˆˆ BndLinOp โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) )
33 31 17 20 32 syl3anc โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ BndLinOp โ†’ โˆƒ! ๐‘ก โˆˆ BndLinOp โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) )
34 riotacl โŠข ( โˆƒ! ๐‘ก โˆˆ BndLinOp โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) โ†’ ( โ„ฉ ๐‘ก โˆˆ BndLinOp โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) ) โˆˆ BndLinOp )
35 33 34 syl โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ BndLinOp โ†’ ( โ„ฉ ๐‘ก โˆˆ BndLinOp โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ๐‘ฅ ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ก โ€˜ ๐‘ฅ ) ยทih ๐‘ฆ ) ) โˆˆ BndLinOp )
36 30 35 eqeltrd โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ BndLinOp โ†’ ( adjโ„Ž โ€˜ ๐‘‡ ) โˆˆ BndLinOp )