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Theorem ipblnfi

Description: A function F generated by varying the first argument of an inner product (with its second argument a fixed vector A ) is a bounded linear functional, i.e. a bounded linear operator from the vector space to CC . (Contributed by NM, 12-Jan-2008) (Revised by Mario Carneiro, 19-Nov-2013) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypotheses ipblnfi.1 𝑋 = ( BaseSet ‘ 𝑈 )
ipblnfi.7 𝑃 = ( ·𝑖OLD𝑈 )
ipblnfi.9 𝑈 ∈ CPreHilOLD
ipblnfi.c 𝐶 = ⟨ ⟨ + , · ⟩ , abs ⟩
ipblnfi.l 𝐵 = ( 𝑈 BLnOp 𝐶 )
ipblnfi.f 𝐹 = ( 𝑥𝑋 ↦ ( 𝑥 𝑃 𝐴 ) )
Assertion ipblnfi ( 𝐴𝑋𝐹𝐵 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ipblnfi.1 𝑋 = ( BaseSet ‘ 𝑈 )
2 ipblnfi.7 𝑃 = ( ·𝑖OLD𝑈 )
3 ipblnfi.9 𝑈 ∈ CPreHilOLD
4 ipblnfi.c 𝐶 = ⟨ ⟨ + , · ⟩ , abs ⟩
5 ipblnfi.l 𝐵 = ( 𝑈 BLnOp 𝐶 )
6 ipblnfi.f 𝐹 = ( 𝑥𝑋 ↦ ( 𝑥 𝑃 𝐴 ) )
7 3 phnvi 𝑈 ∈ NrmCVec
8 1 2 dipcl ( ( 𝑈 ∈ NrmCVec ∧ 𝑥𝑋𝐴𝑋 ) → ( 𝑥 𝑃 𝐴 ) ∈ ℂ )
9 7 8 mp3an1 ( ( 𝑥𝑋𝐴𝑋 ) → ( 𝑥 𝑃 𝐴 ) ∈ ℂ )
10 9 ancoms ( ( 𝐴𝑋𝑥𝑋 ) → ( 𝑥 𝑃 𝐴 ) ∈ ℂ )
11 10 6 fmptd ( 𝐴𝑋𝐹 : 𝑋 ⟶ ℂ )
12 eqid ( ·𝑠OLD𝑈 ) = ( ·𝑠OLD𝑈 )
13 1 12 nvscl ( ( 𝑈 ∈ NrmCVec ∧ 𝑦 ∈ ℂ ∧ 𝑧𝑋 ) → ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ∈ 𝑋 )
14 7 13 mp3an1 ( ( 𝑦 ∈ ℂ ∧ 𝑧𝑋 ) → ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ∈ 𝑋 )
15 14 ad2ant2lr ( ( ( 𝐴𝑋𝑦 ∈ ℂ ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑤𝑋 ) ) → ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ∈ 𝑋 )
16 simprr ( ( ( 𝐴𝑋𝑦 ∈ ℂ ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑤𝑋 ) ) → 𝑤𝑋 )
17 simpll ( ( ( 𝐴𝑋𝑦 ∈ ℂ ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑤𝑋 ) ) → 𝐴𝑋 )
18 eqid ( +𝑣𝑈 ) = ( +𝑣𝑈 )
19 1 18 2 dipdir ( ( 𝑈 ∈ CPreHilOLD ∧ ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ∈ 𝑋𝑤𝑋𝐴𝑋 ) ) → ( ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ( +𝑣𝑈 ) 𝑤 ) 𝑃 𝐴 ) = ( ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) 𝑃 𝐴 ) + ( 𝑤 𝑃 𝐴 ) ) )
20 3 19 mpan ( ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ∈ 𝑋𝑤𝑋𝐴𝑋 ) → ( ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ( +𝑣𝑈 ) 𝑤 ) 𝑃 𝐴 ) = ( ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) 𝑃 𝐴 ) + ( 𝑤 𝑃 𝐴 ) ) )
21 15 16 17 20 syl3anc ( ( ( 𝐴𝑋𝑦 ∈ ℂ ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑤𝑋 ) ) → ( ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ( +𝑣𝑈 ) 𝑤 ) 𝑃 𝐴 ) = ( ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) 𝑃 𝐴 ) + ( 𝑤 𝑃 𝐴 ) ) )
22 simplr ( ( ( 𝐴𝑋𝑦 ∈ ℂ ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑤𝑋 ) ) → 𝑦 ∈ ℂ )
23 simprl ( ( ( 𝐴𝑋𝑦 ∈ ℂ ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑤𝑋 ) ) → 𝑧𝑋 )
24 1 18 12 2 3 ipassi ( ( 𝑦 ∈ ℂ ∧ 𝑧𝑋𝐴𝑋 ) → ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) 𝑃 𝐴 ) = ( 𝑦 · ( 𝑧 𝑃 𝐴 ) ) )
25 22 23 17 24 syl3anc ( ( ( 𝐴𝑋𝑦 ∈ ℂ ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑤𝑋 ) ) → ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) 𝑃 𝐴 ) = ( 𝑦 · ( 𝑧 𝑃 𝐴 ) ) )
26 25 oveq1d ( ( ( 𝐴𝑋𝑦 ∈ ℂ ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑤𝑋 ) ) → ( ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) 𝑃 𝐴 ) + ( 𝑤 𝑃 𝐴 ) ) = ( ( 𝑦 · ( 𝑧 𝑃 𝐴 ) ) + ( 𝑤 𝑃 𝐴 ) ) )
27 21 26 eqtrd ( ( ( 𝐴𝑋𝑦 ∈ ℂ ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑤𝑋 ) ) → ( ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ( +𝑣𝑈 ) 𝑤 ) 𝑃 𝐴 ) = ( ( 𝑦 · ( 𝑧 𝑃 𝐴 ) ) + ( 𝑤 𝑃 𝐴 ) ) )
28 14 adantll ( ( ( 𝐴𝑋𝑦 ∈ ℂ ) ∧ 𝑧𝑋 ) → ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ∈ 𝑋 )
29 1 18 nvgcl ( ( 𝑈 ∈ NrmCVec ∧ ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ∈ 𝑋𝑤𝑋 ) → ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ( +𝑣𝑈 ) 𝑤 ) ∈ 𝑋 )
30 7 29 mp3an1 ( ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ∈ 𝑋𝑤𝑋 ) → ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ( +𝑣𝑈 ) 𝑤 ) ∈ 𝑋 )
31 28 30 sylan ( ( ( ( 𝐴𝑋𝑦 ∈ ℂ ) ∧ 𝑧𝑋 ) ∧ 𝑤𝑋 ) → ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ( +𝑣𝑈 ) 𝑤 ) ∈ 𝑋 )
32 31 anasss ( ( ( 𝐴𝑋𝑦 ∈ ℂ ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑤𝑋 ) ) → ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ( +𝑣𝑈 ) 𝑤 ) ∈ 𝑋 )
33 oveq1 ( 𝑥 = ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ( +𝑣𝑈 ) 𝑤 ) → ( 𝑥 𝑃 𝐴 ) = ( ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ( +𝑣𝑈 ) 𝑤 ) 𝑃 𝐴 ) )
34 ovex ( ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ( +𝑣𝑈 ) 𝑤 ) 𝑃 𝐴 ) ∈ V
35 33 6 34 fvmpt ( ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ( +𝑣𝑈 ) 𝑤 ) ∈ 𝑋 → ( 𝐹 ‘ ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ( +𝑣𝑈 ) 𝑤 ) ) = ( ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ( +𝑣𝑈 ) 𝑤 ) 𝑃 𝐴 ) )
36 32 35 syl ( ( ( 𝐴𝑋𝑦 ∈ ℂ ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑤𝑋 ) ) → ( 𝐹 ‘ ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ( +𝑣𝑈 ) 𝑤 ) ) = ( ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ( +𝑣𝑈 ) 𝑤 ) 𝑃 𝐴 ) )
37 oveq1 ( 𝑥 = 𝑧 → ( 𝑥 𝑃 𝐴 ) = ( 𝑧 𝑃 𝐴 ) )
38 ovex ( 𝑧 𝑃 𝐴 ) ∈ V
39 37 6 38 fvmpt ( 𝑧𝑋 → ( 𝐹𝑧 ) = ( 𝑧 𝑃 𝐴 ) )
40 39 ad2antrl ( ( ( 𝐴𝑋𝑦 ∈ ℂ ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑤𝑋 ) ) → ( 𝐹𝑧 ) = ( 𝑧 𝑃 𝐴 ) )
41 40 oveq2d ( ( ( 𝐴𝑋𝑦 ∈ ℂ ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑤𝑋 ) ) → ( 𝑦 · ( 𝐹𝑧 ) ) = ( 𝑦 · ( 𝑧 𝑃 𝐴 ) ) )
42 oveq1 ( 𝑥 = 𝑤 → ( 𝑥 𝑃 𝐴 ) = ( 𝑤 𝑃 𝐴 ) )
43 ovex ( 𝑤 𝑃 𝐴 ) ∈ V
44 42 6 43 fvmpt ( 𝑤𝑋 → ( 𝐹𝑤 ) = ( 𝑤 𝑃 𝐴 ) )
45 44 ad2antll ( ( ( 𝐴𝑋𝑦 ∈ ℂ ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑤𝑋 ) ) → ( 𝐹𝑤 ) = ( 𝑤 𝑃 𝐴 ) )
46 41 45 oveq12d ( ( ( 𝐴𝑋𝑦 ∈ ℂ ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑤𝑋 ) ) → ( ( 𝑦 · ( 𝐹𝑧 ) ) + ( 𝐹𝑤 ) ) = ( ( 𝑦 · ( 𝑧 𝑃 𝐴 ) ) + ( 𝑤 𝑃 𝐴 ) ) )
47 27 36 46 3eqtr4d ( ( ( 𝐴𝑋𝑦 ∈ ℂ ) ∧ ( 𝑧𝑋𝑤𝑋 ) ) → ( 𝐹 ‘ ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ( +𝑣𝑈 ) 𝑤 ) ) = ( ( 𝑦 · ( 𝐹𝑧 ) ) + ( 𝐹𝑤 ) ) )
48 47 ralrimivva ( ( 𝐴𝑋𝑦 ∈ ℂ ) → ∀ 𝑧𝑋𝑤𝑋 ( 𝐹 ‘ ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ( +𝑣𝑈 ) 𝑤 ) ) = ( ( 𝑦 · ( 𝐹𝑧 ) ) + ( 𝐹𝑤 ) ) )
49 48 ralrimiva ( 𝐴𝑋 → ∀ 𝑦 ∈ ℂ ∀ 𝑧𝑋𝑤𝑋 ( 𝐹 ‘ ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ( +𝑣𝑈 ) 𝑤 ) ) = ( ( 𝑦 · ( 𝐹𝑧 ) ) + ( 𝐹𝑤 ) ) )
50 4 cnnv 𝐶 ∈ NrmCVec
51 4 cnnvba ℂ = ( BaseSet ‘ 𝐶 )
52 4 cnnvg + = ( +𝑣𝐶 )
53 4 cnnvs · = ( ·𝑠OLD𝐶 )
54 eqid ( 𝑈 LnOp 𝐶 ) = ( 𝑈 LnOp 𝐶 )
55 1 51 18 52 12 53 54 islno ( ( 𝑈 ∈ NrmCVec ∧ 𝐶 ∈ NrmCVec ) → ( 𝐹 ∈ ( 𝑈 LnOp 𝐶 ) ↔ ( 𝐹 : 𝑋 ⟶ ℂ ∧ ∀ 𝑦 ∈ ℂ ∀ 𝑧𝑋𝑤𝑋 ( 𝐹 ‘ ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ( +𝑣𝑈 ) 𝑤 ) ) = ( ( 𝑦 · ( 𝐹𝑧 ) ) + ( 𝐹𝑤 ) ) ) ) )
56 7 50 55 mp2an ( 𝐹 ∈ ( 𝑈 LnOp 𝐶 ) ↔ ( 𝐹 : 𝑋 ⟶ ℂ ∧ ∀ 𝑦 ∈ ℂ ∀ 𝑧𝑋𝑤𝑋 ( 𝐹 ‘ ( ( 𝑦 ( ·𝑠OLD𝑈 ) 𝑧 ) ( +𝑣𝑈 ) 𝑤 ) ) = ( ( 𝑦 · ( 𝐹𝑧 ) ) + ( 𝐹𝑤 ) ) ) )
57 11 49 56 sylanbrc ( 𝐴𝑋𝐹 ∈ ( 𝑈 LnOp 𝐶 ) )
58 eqid ( normCV𝑈 ) = ( normCV𝑈 )
59 1 58 nvcl ( ( 𝑈 ∈ NrmCVec ∧ 𝐴𝑋 ) → ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝐴 ) ∈ ℝ )
60 7 59 mpan ( 𝐴𝑋 → ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝐴 ) ∈ ℝ )
61 1 58 2 3 sii ( ( 𝑧𝑋𝐴𝑋 ) → ( abs ‘ ( 𝑧 𝑃 𝐴 ) ) ≤ ( ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝑧 ) · ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝐴 ) ) )
62 61 ancoms ( ( 𝐴𝑋𝑧𝑋 ) → ( abs ‘ ( 𝑧 𝑃 𝐴 ) ) ≤ ( ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝑧 ) · ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝐴 ) ) )
63 39 adantl ( ( 𝐴𝑋𝑧𝑋 ) → ( 𝐹𝑧 ) = ( 𝑧 𝑃 𝐴 ) )
64 63 fveq2d ( ( 𝐴𝑋𝑧𝑋 ) → ( abs ‘ ( 𝐹𝑧 ) ) = ( abs ‘ ( 𝑧 𝑃 𝐴 ) ) )
65 60 recnd ( 𝐴𝑋 → ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝐴 ) ∈ ℂ )
66 1 58 nvcl ( ( 𝑈 ∈ NrmCVec ∧ 𝑧𝑋 ) → ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝑧 ) ∈ ℝ )
67 7 66 mpan ( 𝑧𝑋 → ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝑧 ) ∈ ℝ )
68 67 recnd ( 𝑧𝑋 → ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝑧 ) ∈ ℂ )
69 mulcom ( ( ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝐴 ) ∈ ℂ ∧ ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝑧 ) ∈ ℂ ) → ( ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝐴 ) · ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝑧 ) ) = ( ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝑧 ) · ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝐴 ) ) )
70 65 68 69 syl2an ( ( 𝐴𝑋𝑧𝑋 ) → ( ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝐴 ) · ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝑧 ) ) = ( ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝑧 ) · ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝐴 ) ) )
71 62 64 70 3brtr4d ( ( 𝐴𝑋𝑧𝑋 ) → ( abs ‘ ( 𝐹𝑧 ) ) ≤ ( ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝐴 ) · ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝑧 ) ) )
72 71 ralrimiva ( 𝐴𝑋 → ∀ 𝑧𝑋 ( abs ‘ ( 𝐹𝑧 ) ) ≤ ( ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝐴 ) · ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝑧 ) ) )
73 4 cnnvnm abs = ( normCV𝐶 )
74 1 58 73 54 5 7 50 blo3i ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑈 LnOp 𝐶 ) ∧ ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝐴 ) ∈ ℝ ∧ ∀ 𝑧𝑋 ( abs ‘ ( 𝐹𝑧 ) ) ≤ ( ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝐴 ) · ( ( normCV𝑈 ) ‘ 𝑧 ) ) ) → 𝐹𝐵 )
75 57 60 72 74 syl3anc ( 𝐴𝑋𝐹𝐵 )