Metamath Proof Explorer


Theorem eleigvec

Description: Membership in the set of eigenvectors of a Hilbert space operator. (Contributed by NM, 11-Mar-2006) (Revised by Mario Carneiro, 16-Nov-2013) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Assertion eleigvec ( ๐‘‡ : โ„‹ โŸถ โ„‹ โ†’ ( ๐ด โˆˆ ( eigvec โ€˜ ๐‘‡ ) โ†” ( ๐ด โˆˆ โ„‹ โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž โˆง โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘ฅ ยทโ„Ž ๐ด ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 eigvecval โŠข ( ๐‘‡ : โ„‹ โŸถ โ„‹ โ†’ ( eigvec โ€˜ ๐‘‡ ) = { ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‹ โˆ– 0โ„‹ ) โˆฃ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฅ ยทโ„Ž ๐‘ฆ ) } )
2 1 eleq2d โŠข ( ๐‘‡ : โ„‹ โŸถ โ„‹ โ†’ ( ๐ด โˆˆ ( eigvec โ€˜ ๐‘‡ ) โ†” ๐ด โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‹ โˆ– 0โ„‹ ) โˆฃ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฅ ยทโ„Ž ๐‘ฆ ) } ) )
3 eldif โŠข ( ๐ด โˆˆ ( โ„‹ โˆ– 0โ„‹ ) โ†” ( ๐ด โˆˆ โ„‹ โˆง ยฌ ๐ด โˆˆ 0โ„‹ ) )
4 elch0 โŠข ( ๐ด โˆˆ 0โ„‹ โ†” ๐ด = 0โ„Ž )
5 4 necon3bbii โŠข ( ยฌ ๐ด โˆˆ 0โ„‹ โ†” ๐ด โ‰  0โ„Ž )
6 5 anbi2i โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‹ โˆง ยฌ ๐ด โˆˆ 0โ„‹ ) โ†” ( ๐ด โˆˆ โ„‹ โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž ) )
7 3 6 bitri โŠข ( ๐ด โˆˆ ( โ„‹ โˆ– 0โ„‹ ) โ†” ( ๐ด โˆˆ โ„‹ โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž ) )
8 7 anbi1i โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ( โ„‹ โˆ– 0โ„‹ ) โˆง โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘ฅ ยทโ„Ž ๐ด ) ) โ†” ( ( ๐ด โˆˆ โ„‹ โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž ) โˆง โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘ฅ ยทโ„Ž ๐ด ) ) )
9 fveq2 โŠข ( ๐‘ฆ = ๐ด โ†’ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) )
10 oveq2 โŠข ( ๐‘ฆ = ๐ด โ†’ ( ๐‘ฅ ยทโ„Ž ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฅ ยทโ„Ž ๐ด ) )
11 9 10 eqeq12d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐ด โ†’ ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฅ ยทโ„Ž ๐‘ฆ ) โ†” ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘ฅ ยทโ„Ž ๐ด ) ) )
12 11 rexbidv โŠข ( ๐‘ฆ = ๐ด โ†’ ( โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฅ ยทโ„Ž ๐‘ฆ ) โ†” โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘ฅ ยทโ„Ž ๐ด ) ) )
13 12 elrab โŠข ( ๐ด โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‹ โˆ– 0โ„‹ ) โˆฃ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฅ ยทโ„Ž ๐‘ฆ ) } โ†” ( ๐ด โˆˆ ( โ„‹ โˆ– 0โ„‹ ) โˆง โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘ฅ ยทโ„Ž ๐ด ) ) )
14 df-3an โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‹ โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž โˆง โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘ฅ ยทโ„Ž ๐ด ) ) โ†” ( ( ๐ด โˆˆ โ„‹ โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž ) โˆง โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘ฅ ยทโ„Ž ๐ด ) ) )
15 8 13 14 3bitr4i โŠข ( ๐ด โˆˆ { ๐‘ฆ โˆˆ ( โ„‹ โˆ– 0โ„‹ ) โˆฃ โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฅ ยทโ„Ž ๐‘ฆ ) } โ†” ( ๐ด โˆˆ โ„‹ โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž โˆง โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘ฅ ยทโ„Ž ๐ด ) ) )
16 2 15 bitrdi โŠข ( ๐‘‡ : โ„‹ โŸถ โ„‹ โ†’ ( ๐ด โˆˆ ( eigvec โ€˜ ๐‘‡ ) โ†” ( ๐ด โˆˆ โ„‹ โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž โˆง โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) = ( ๐‘ฅ ยทโ„Ž ๐ด ) ) ) )