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Theorem cphpyth

Description: The pythagorean theorem for a subcomplex pre-Hilbert space. The square of the norm of the sum of two orthogonal vectors (i.e., whose inner product is 0) is the sum of the squares of their norms. Problem 2 in Kreyszig p. 135. This is Metamath 100 proof #4. (Contributed by NM, 17-Apr-2008) (Revised by SN, 22-Sep-2024)

Ref Expression
Hypotheses cphpyth.v ⊒ 𝑉 = ( Base β€˜ π‘Š )
cphpyth.h ⊒ , = ( ·𝑖 β€˜ π‘Š )
cphpyth.p ⊒ + = ( +g β€˜ π‘Š )
cphpyth.n ⊒ 𝑁 = ( norm β€˜ π‘Š )
cphpyth.w ⊒ ( πœ‘ β†’ π‘Š ∈ β„‚PreHil )
cphpyth.a ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐴 ∈ 𝑉 )
cphpyth.b ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐡 ∈ 𝑉 )
Assertion cphpyth ( ( πœ‘ ∧ ( 𝐴 , 𝐡 ) = 0 ) β†’ ( ( 𝑁 β€˜ ( 𝐴 + 𝐡 ) ) ↑ 2 ) = ( ( ( 𝑁 β€˜ 𝐴 ) ↑ 2 ) + ( ( 𝑁 β€˜ 𝐡 ) ↑ 2 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cphpyth.v ⊒ 𝑉 = ( Base β€˜ π‘Š )
2 cphpyth.h ⊒ , = ( ·𝑖 β€˜ π‘Š )
3 cphpyth.p ⊒ + = ( +g β€˜ π‘Š )
4 cphpyth.n ⊒ 𝑁 = ( norm β€˜ π‘Š )
5 cphpyth.w ⊒ ( πœ‘ β†’ π‘Š ∈ β„‚PreHil )
6 cphpyth.a ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐴 ∈ 𝑉 )
7 cphpyth.b ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐡 ∈ 𝑉 )
8 2 1 3 5 6 7 6 7 cph2di ⊒ ( πœ‘ β†’ ( ( 𝐴 + 𝐡 ) , ( 𝐴 + 𝐡 ) ) = ( ( ( 𝐴 , 𝐴 ) + ( 𝐡 , 𝐡 ) ) + ( ( 𝐴 , 𝐡 ) + ( 𝐡 , 𝐴 ) ) ) )
9 8 adantr ⊒ ( ( πœ‘ ∧ ( 𝐴 , 𝐡 ) = 0 ) β†’ ( ( 𝐴 + 𝐡 ) , ( 𝐴 + 𝐡 ) ) = ( ( ( 𝐴 , 𝐴 ) + ( 𝐡 , 𝐡 ) ) + ( ( 𝐴 , 𝐡 ) + ( 𝐡 , 𝐴 ) ) ) )
10 simpr ⊒ ( ( πœ‘ ∧ ( 𝐴 , 𝐡 ) = 0 ) β†’ ( 𝐴 , 𝐡 ) = 0 )
11 2 1 cphorthcom ⊒ ( ( π‘Š ∈ β„‚PreHil ∧ 𝐴 ∈ 𝑉 ∧ 𝐡 ∈ 𝑉 ) β†’ ( ( 𝐴 , 𝐡 ) = 0 ↔ ( 𝐡 , 𝐴 ) = 0 ) )
12 5 6 7 11 syl3anc ⊒ ( πœ‘ β†’ ( ( 𝐴 , 𝐡 ) = 0 ↔ ( 𝐡 , 𝐴 ) = 0 ) )
13 12 biimpa ⊒ ( ( πœ‘ ∧ ( 𝐴 , 𝐡 ) = 0 ) β†’ ( 𝐡 , 𝐴 ) = 0 )
14 10 13 oveq12d ⊒ ( ( πœ‘ ∧ ( 𝐴 , 𝐡 ) = 0 ) β†’ ( ( 𝐴 , 𝐡 ) + ( 𝐡 , 𝐴 ) ) = ( 0 + 0 ) )
15 00id ⊒ ( 0 + 0 ) = 0
16 14 15 eqtrdi ⊒ ( ( πœ‘ ∧ ( 𝐴 , 𝐡 ) = 0 ) β†’ ( ( 𝐴 , 𝐡 ) + ( 𝐡 , 𝐴 ) ) = 0 )
17 16 oveq2d ⊒ ( ( πœ‘ ∧ ( 𝐴 , 𝐡 ) = 0 ) β†’ ( ( ( 𝐴 , 𝐴 ) + ( 𝐡 , 𝐡 ) ) + ( ( 𝐴 , 𝐡 ) + ( 𝐡 , 𝐴 ) ) ) = ( ( ( 𝐴 , 𝐴 ) + ( 𝐡 , 𝐡 ) ) + 0 ) )
18 1 2 cphipcl ⊒ ( ( π‘Š ∈ β„‚PreHil ∧ 𝐴 ∈ 𝑉 ∧ 𝐴 ∈ 𝑉 ) β†’ ( 𝐴 , 𝐴 ) ∈ β„‚ )
19 5 6 6 18 syl3anc ⊒ ( πœ‘ β†’ ( 𝐴 , 𝐴 ) ∈ β„‚ )
20 1 2 cphipcl ⊒ ( ( π‘Š ∈ β„‚PreHil ∧ 𝐡 ∈ 𝑉 ∧ 𝐡 ∈ 𝑉 ) β†’ ( 𝐡 , 𝐡 ) ∈ β„‚ )
21 5 7 7 20 syl3anc ⊒ ( πœ‘ β†’ ( 𝐡 , 𝐡 ) ∈ β„‚ )
22 19 21 addcld ⊒ ( πœ‘ β†’ ( ( 𝐴 , 𝐴 ) + ( 𝐡 , 𝐡 ) ) ∈ β„‚ )
23 22 addridd ⊒ ( πœ‘ β†’ ( ( ( 𝐴 , 𝐴 ) + ( 𝐡 , 𝐡 ) ) + 0 ) = ( ( 𝐴 , 𝐴 ) + ( 𝐡 , 𝐡 ) ) )
24 23 adantr ⊒ ( ( πœ‘ ∧ ( 𝐴 , 𝐡 ) = 0 ) β†’ ( ( ( 𝐴 , 𝐴 ) + ( 𝐡 , 𝐡 ) ) + 0 ) = ( ( 𝐴 , 𝐴 ) + ( 𝐡 , 𝐡 ) ) )
25 9 17 24 3eqtrd ⊒ ( ( πœ‘ ∧ ( 𝐴 , 𝐡 ) = 0 ) β†’ ( ( 𝐴 + 𝐡 ) , ( 𝐴 + 𝐡 ) ) = ( ( 𝐴 , 𝐴 ) + ( 𝐡 , 𝐡 ) ) )
26 cphngp ⊒ ( π‘Š ∈ β„‚PreHil β†’ π‘Š ∈ NrmGrp )
27 ngpgrp ⊒ ( π‘Š ∈ NrmGrp β†’ π‘Š ∈ Grp )
28 5 26 27 3syl ⊒ ( πœ‘ β†’ π‘Š ∈ Grp )
29 1 3 28 6 7 grpcld ⊒ ( πœ‘ β†’ ( 𝐴 + 𝐡 ) ∈ 𝑉 )
30 1 2 4 nmsq ⊒ ( ( π‘Š ∈ β„‚PreHil ∧ ( 𝐴 + 𝐡 ) ∈ 𝑉 ) β†’ ( ( 𝑁 β€˜ ( 𝐴 + 𝐡 ) ) ↑ 2 ) = ( ( 𝐴 + 𝐡 ) , ( 𝐴 + 𝐡 ) ) )
31 5 29 30 syl2anc ⊒ ( πœ‘ β†’ ( ( 𝑁 β€˜ ( 𝐴 + 𝐡 ) ) ↑ 2 ) = ( ( 𝐴 + 𝐡 ) , ( 𝐴 + 𝐡 ) ) )
32 31 adantr ⊒ ( ( πœ‘ ∧ ( 𝐴 , 𝐡 ) = 0 ) β†’ ( ( 𝑁 β€˜ ( 𝐴 + 𝐡 ) ) ↑ 2 ) = ( ( 𝐴 + 𝐡 ) , ( 𝐴 + 𝐡 ) ) )
33 1 2 4 nmsq ⊒ ( ( π‘Š ∈ β„‚PreHil ∧ 𝐴 ∈ 𝑉 ) β†’ ( ( 𝑁 β€˜ 𝐴 ) ↑ 2 ) = ( 𝐴 , 𝐴 ) )
34 5 6 33 syl2anc ⊒ ( πœ‘ β†’ ( ( 𝑁 β€˜ 𝐴 ) ↑ 2 ) = ( 𝐴 , 𝐴 ) )
35 1 2 4 nmsq ⊒ ( ( π‘Š ∈ β„‚PreHil ∧ 𝐡 ∈ 𝑉 ) β†’ ( ( 𝑁 β€˜ 𝐡 ) ↑ 2 ) = ( 𝐡 , 𝐡 ) )
36 5 7 35 syl2anc ⊒ ( πœ‘ β†’ ( ( 𝑁 β€˜ 𝐡 ) ↑ 2 ) = ( 𝐡 , 𝐡 ) )
37 34 36 oveq12d ⊒ ( πœ‘ β†’ ( ( ( 𝑁 β€˜ 𝐴 ) ↑ 2 ) + ( ( 𝑁 β€˜ 𝐡 ) ↑ 2 ) ) = ( ( 𝐴 , 𝐴 ) + ( 𝐡 , 𝐡 ) ) )
38 37 adantr ⊒ ( ( πœ‘ ∧ ( 𝐴 , 𝐡 ) = 0 ) β†’ ( ( ( 𝑁 β€˜ 𝐴 ) ↑ 2 ) + ( ( 𝑁 β€˜ 𝐡 ) ↑ 2 ) ) = ( ( 𝐴 , 𝐴 ) + ( 𝐡 , 𝐡 ) ) )
39 25 32 38 3eqtr4d ⊒ ( ( πœ‘ ∧ ( 𝐴 , 𝐡 ) = 0 ) β†’ ( ( 𝑁 β€˜ ( 𝐴 + 𝐡 ) ) ↑ 2 ) = ( ( ( 𝑁 β€˜ 𝐴 ) ↑ 2 ) + ( ( 𝑁 β€˜ 𝐡 ) ↑ 2 ) ) )