Metamath Proof Explorer


Theorem cncph

Description: The set of complex numbers is an inner product (pre-Hilbert) space. (Contributed by Steve Rodriguez, 28-Apr-2007) (Revised by Mario Carneiro, 7-Nov-2013) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypothesis cncph.6 โŠข ๐‘ˆ = โŸจ โŸจ + , ยท โŸฉ , abs โŸฉ
Assertion cncph ๐‘ˆ โˆˆ CPreHilOLD

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cncph.6 โŠข ๐‘ˆ = โŸจ โŸจ + , ยท โŸฉ , abs โŸฉ
2 eqid โŠข โŸจ โŸจ + , ยท โŸฉ , abs โŸฉ = โŸจ โŸจ + , ยท โŸฉ , abs โŸฉ
3 2 cnnv โŠข โŸจ โŸจ + , ยท โŸฉ , abs โŸฉ โˆˆ NrmCVec
4 mulm1 โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ โ†’ ( - 1 ยท ๐‘ฆ ) = - ๐‘ฆ )
5 4 adantl โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( - 1 ยท ๐‘ฆ ) = - ๐‘ฆ )
6 5 oveq2d โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ๐‘ฅ + ( - 1 ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ๐‘ฅ + - ๐‘ฆ ) )
7 negsub โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ๐‘ฅ + - ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฅ โˆ’ ๐‘ฆ ) )
8 6 7 eqtrd โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ๐‘ฅ + ( - 1 ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ๐‘ฅ โˆ’ ๐‘ฆ ) )
9 8 fveq2d โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( - 1 ยท ๐‘ฆ ) ) ) = ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ โˆ’ ๐‘ฆ ) ) )
10 9 oveq1d โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( - 1 ยท ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) = ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ โˆ’ ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) )
11 10 oveq2d โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( - 1 ยท ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) ) = ( ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ โˆ’ ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) ) )
12 sqabsadd โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) + ( 2 ยท ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) ) ) )
13 sqabssub โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ โˆ’ ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) โˆ’ ( 2 ยท ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) ) ) )
14 12 13 oveq12d โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ โˆ’ ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) ) = ( ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) + ( 2 ยท ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) ) ) + ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) โˆ’ ( 2 ยท ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) ) ) ) )
15 abscl โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†’ ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ )
16 15 recnd โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†’ ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„‚ )
17 16 sqcld โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„‚ )
18 abscl โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ โ†’ ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„ )
19 18 recnd โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ โ†’ ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„‚ )
20 19 sqcld โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„‚ )
21 addcl โŠข ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) โˆˆ โ„‚ )
22 17 20 21 syl2an โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) โˆˆ โ„‚ )
23 2cn โŠข 2 โˆˆ โ„‚
24 cjcl โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ โ†’ ( โˆ— โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„‚ )
25 mulcl โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ( โˆ— โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ๐‘ฅ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆˆ โ„‚ )
26 24 25 sylan2 โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ๐‘ฅ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆˆ โ„‚ )
27 recl โŠข ( ( ๐‘ฅ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆˆ โ„‚ โ†’ ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) โˆˆ โ„ )
28 27 recnd โŠข ( ( ๐‘ฅ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆˆ โ„‚ โ†’ ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) โˆˆ โ„‚ )
29 26 28 syl โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) โˆˆ โ„‚ )
30 mulcl โŠข ( ( 2 โˆˆ โ„‚ โˆง ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( 2 ยท ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) ) โˆˆ โ„‚ )
31 23 29 30 sylancr โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( 2 ยท ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) ) โˆˆ โ„‚ )
32 22 31 22 ppncand โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) + ( 2 ยท ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) ) ) + ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) โˆ’ ( 2 ยท ( โ„œ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ( โˆ— โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) ) ) ) = ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) + ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) )
33 14 32 eqtrd โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ โˆ’ ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) ) = ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) + ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) )
34 2times โŠข ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) โˆˆ โ„‚ โ†’ ( 2 ยท ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) = ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) + ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) )
35 34 eqcomd โŠข ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) โˆˆ โ„‚ โ†’ ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) + ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) = ( 2 ยท ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) )
36 22 35 syl โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) + ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) = ( 2 ยท ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) )
37 33 36 eqtrd โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ โˆ’ ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) ) = ( 2 ยท ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) )
38 11 37 eqtrd โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( - 1 ยท ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) ) = ( 2 ยท ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) )
39 38 rgen2 โŠข โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ( ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( - 1 ยท ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) ) = ( 2 ยท ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) )
40 addex โŠข + โˆˆ V
41 mulex โŠข ยท โˆˆ V
42 absf โŠข abs : โ„‚ โŸถ โ„
43 cnex โŠข โ„‚ โˆˆ V
44 fex โŠข ( ( abs : โ„‚ โŸถ โ„ โˆง โ„‚ โˆˆ V ) โ†’ abs โˆˆ V )
45 42 43 44 mp2an โŠข abs โˆˆ V
46 cnaddabloOLD โŠข + โˆˆ AbelOp
47 ablogrpo โŠข ( + โˆˆ AbelOp โ†’ + โˆˆ GrpOp )
48 46 47 ax-mp โŠข + โˆˆ GrpOp
49 ax-addf โŠข + : ( โ„‚ ร— โ„‚ ) โŸถ โ„‚
50 49 fdmi โŠข dom + = ( โ„‚ ร— โ„‚ )
51 48 50 grporn โŠข โ„‚ = ran +
52 51 isphg โŠข ( ( + โˆˆ V โˆง ยท โˆˆ V โˆง abs โˆˆ V ) โ†’ ( โŸจ โŸจ + , ยท โŸฉ , abs โŸฉ โˆˆ CPreHilOLD โ†” ( โŸจ โŸจ + , ยท โŸฉ , abs โŸฉ โˆˆ NrmCVec โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ( ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( - 1 ยท ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) ) = ( 2 ยท ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) ) ) )
53 40 41 45 52 mp3an โŠข ( โŸจ โŸจ + , ยท โŸฉ , abs โŸฉ โˆˆ CPreHilOLD โ†” ( โŸจ โŸจ + , ยท โŸฉ , abs โŸฉ โˆˆ NrmCVec โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ( ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( - 1 ยท ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) ) = ( 2 ยท ( ( ( abs โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) ) )
54 3 39 53 mpbir2an โŠข โŸจ โŸจ + , ยท โŸฉ , abs โŸฉ โˆˆ CPreHilOLD
55 1 54 eqeltri โŠข ๐‘ˆ โˆˆ CPreHilOLD