Metamath Proof Explorer


Theorem hhph

Description: The Hilbert space of the Hilbert Space Explorer is an inner product space. (Contributed by NM, 24-Nov-2007) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypothesis hhnv.1 โŠข ๐‘ˆ = โŸจ โŸจ +โ„Ž , ยทโ„Ž โŸฉ , normโ„Ž โŸฉ
Assertion hhph ๐‘ˆ โˆˆ CPreHilOLD

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 hhnv.1 โŠข ๐‘ˆ = โŸจ โŸจ +โ„Ž , ยทโ„Ž โŸฉ , normโ„Ž โŸฉ
2 eqid โŠข โŸจ โŸจ +โ„Ž , ยทโ„Ž โŸฉ , normโ„Ž โŸฉ = โŸจ โŸจ +โ„Ž , ยทโ„Ž โŸฉ , normโ„Ž โŸฉ
3 2 hhnv โŠข โŸจ โŸจ +โ„Ž , ยทโ„Ž โŸฉ , normโ„Ž โŸฉ โˆˆ NrmCVec
4 normpar โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ) โ†’ ( ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ โˆ’โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) ) = ( ( 2 ยท ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) ) + ( 2 ยท ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) )
5 hvsubval โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆ’โ„Ž ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฅ +โ„Ž ( - 1 ยทโ„Ž ๐‘ฆ ) ) )
6 5 fveq2d โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ) โ†’ ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ โˆ’โ„Ž ๐‘ฆ ) ) = ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ( - 1 ยทโ„Ž ๐‘ฆ ) ) ) )
7 6 oveq1d โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ) โ†’ ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ โˆ’โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) = ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ( - 1 ยทโ„Ž ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) )
8 7 oveq2d โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ) โ†’ ( ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ โˆ’โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) ) = ( ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ( - 1 ยทโ„Ž ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) ) )
9 hvaddcl โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ) โ†’ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„‹ )
10 normcl โŠข ( ( ๐‘ฅ +โ„Ž ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„‹ โ†’ ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โˆˆ โ„ )
11 9 10 syl โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ) โ†’ ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โˆˆ โ„ )
12 11 recnd โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ) โ†’ ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โˆˆ โ„‚ )
13 12 sqcld โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ) โ†’ ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„‚ )
14 hvsubcl โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆ’โ„Ž ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„‹ )
15 normcl โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆ’โ„Ž ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„‹ โ†’ ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ โˆ’โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โˆˆ โ„ )
16 15 recnd โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆ’โ„Ž ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„‹ โ†’ ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ โˆ’โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โˆˆ โ„‚ )
17 14 16 syl โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ) โ†’ ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ โˆ’โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โˆˆ โ„‚ )
18 17 sqcld โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ) โ†’ ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ โˆ’โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„‚ )
19 13 18 addcomd โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ) โ†’ ( ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ โˆ’โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) ) = ( ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ โˆ’โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) ) )
20 8 19 eqtr3d โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ) โ†’ ( ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ( - 1 ยทโ„Ž ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) ) = ( ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ โˆ’โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) ) )
21 normcl โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โ†’ ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ )
22 21 recnd โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โ†’ ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„‚ )
23 22 sqcld โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โ†’ ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„‚ )
24 normcl โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ โ†’ ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„ )
25 24 recnd โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ โ†’ ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„‚ )
26 25 sqcld โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ โ†’ ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„‚ )
27 2cn โŠข 2 โˆˆ โ„‚
28 adddi โŠข ( ( 2 โˆˆ โ„‚ โˆง ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( 2 ยท ( ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) = ( ( 2 ยท ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) ) + ( 2 ยท ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) )
29 27 28 mp3an1 โŠข ( ( ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( 2 ยท ( ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) = ( ( 2 ยท ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) ) + ( 2 ยท ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) )
30 23 26 29 syl2an โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ) โ†’ ( 2 ยท ( ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) = ( ( 2 ยท ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) ) + ( 2 ยท ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) )
31 4 20 30 3eqtr4d โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ) โ†’ ( ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ( - 1 ยทโ„Ž ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) ) = ( 2 ยท ( ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) )
32 31 rgen2 โŠข โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ( - 1 ยทโ„Ž ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) ) = ( 2 ยท ( ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) )
33 hilablo โŠข +โ„Ž โˆˆ AbelOp
34 33 elexi โŠข +โ„Ž โˆˆ V
35 hvmulex โŠข ยทโ„Ž โˆˆ V
36 normf โŠข normโ„Ž : โ„‹ โŸถ โ„
37 ax-hilex โŠข โ„‹ โˆˆ V
38 fex โŠข ( ( normโ„Ž : โ„‹ โŸถ โ„ โˆง โ„‹ โˆˆ V ) โ†’ normโ„Ž โˆˆ V )
39 36 37 38 mp2an โŠข normโ„Ž โˆˆ V
40 1 eleq1i โŠข ( ๐‘ˆ โˆˆ CPreHilOLD โ†” โŸจ โŸจ +โ„Ž , ยทโ„Ž โŸฉ , normโ„Ž โŸฉ โˆˆ CPreHilOLD )
41 ablogrpo โŠข ( +โ„Ž โˆˆ AbelOp โ†’ +โ„Ž โˆˆ GrpOp )
42 33 41 ax-mp โŠข +โ„Ž โˆˆ GrpOp
43 ax-hfvadd โŠข +โ„Ž : ( โ„‹ ร— โ„‹ ) โŸถ โ„‹
44 43 fdmi โŠข dom +โ„Ž = ( โ„‹ ร— โ„‹ )
45 42 44 grporn โŠข โ„‹ = ran +โ„Ž
46 45 isphg โŠข ( ( +โ„Ž โˆˆ V โˆง ยทโ„Ž โˆˆ V โˆง normโ„Ž โˆˆ V ) โ†’ ( โŸจ โŸจ +โ„Ž , ยทโ„Ž โŸฉ , normโ„Ž โŸฉ โˆˆ CPreHilOLD โ†” ( โŸจ โŸจ +โ„Ž , ยทโ„Ž โŸฉ , normโ„Ž โŸฉ โˆˆ NrmCVec โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ( - 1 ยทโ„Ž ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) ) = ( 2 ยท ( ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) ) ) )
47 40 46 bitrid โŠข ( ( +โ„Ž โˆˆ V โˆง ยทโ„Ž โˆˆ V โˆง normโ„Ž โˆˆ V ) โ†’ ( ๐‘ˆ โˆˆ CPreHilOLD โ†” ( โŸจ โŸจ +โ„Ž , ยทโ„Ž โŸฉ , normโ„Ž โŸฉ โˆˆ NrmCVec โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ( - 1 ยทโ„Ž ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) ) = ( 2 ยท ( ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) ) ) )
48 34 35 39 47 mp3an โŠข ( ๐‘ˆ โˆˆ CPreHilOLD โ†” ( โŸจ โŸจ +โ„Ž , ยทโ„Ž โŸฉ , normโ„Ž โŸฉ โˆˆ NrmCVec โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‹ ( ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ๐‘ฆ ) ) โ†‘ 2 ) + ( ( normโ„Ž โ€˜ ( ๐‘ฅ +โ„Ž ( - 1 ยทโ„Ž ๐‘ฆ ) ) ) โ†‘ 2 ) ) = ( 2 ยท ( ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฅ ) โ†‘ 2 ) + ( ( normโ„Ž โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†‘ 2 ) ) ) ) )
49 3 32 48 mpbir2an โŠข ๐‘ˆ โˆˆ CPreHilOLD