Metamath Proof Explorer


Theorem nmolb2d

Description: Any upper bound on the values of a linear operator at nonzero vectors translates to an upper bound on the operator norm. (Contributed by Mario Carneiro, 18-Oct-2015)

Ref Expression
Hypotheses nmofval.1 โŠข ๐‘ = ( ๐‘† normOp ๐‘‡ )
nmofval.2 โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘† )
nmofval.3 โŠข ๐ฟ = ( norm โ€˜ ๐‘† )
nmofval.4 โŠข ๐‘€ = ( norm โ€˜ ๐‘‡ )
nmolb2d.z โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘† )
nmolb2d.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘† โˆˆ NrmGrp )
nmolb2d.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp )
nmolb2d.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) )
nmolb2d.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ )
nmolb2d.5 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 โ‰ค ๐ด )
nmolb2d.6 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โ‰ค ( ๐ด ยท ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) )
Assertion nmolb2d ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) โ‰ค ๐ด )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 nmofval.1 โŠข ๐‘ = ( ๐‘† normOp ๐‘‡ )
2 nmofval.2 โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘† )
3 nmofval.3 โŠข ๐ฟ = ( norm โ€˜ ๐‘† )
4 nmofval.4 โŠข ๐‘€ = ( norm โ€˜ ๐‘‡ )
5 nmolb2d.z โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘† )
6 nmolb2d.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘† โˆˆ NrmGrp )
7 nmolb2d.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp )
8 nmolb2d.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) )
9 nmolb2d.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ )
10 nmolb2d.5 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 โ‰ค ๐ด )
11 nmolb2d.6 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) ) โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โ‰ค ( ๐ด ยท ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) )
12 2fveq3 โŠข ( ๐‘ฅ = 0 โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) = ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐น โ€˜ 0 ) ) )
13 fveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = 0 โ†’ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘ฅ ) = ( ๐ฟ โ€˜ 0 ) )
14 13 oveq2d โŠข ( ๐‘ฅ = 0 โ†’ ( ๐ด ยท ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) = ( ๐ด ยท ( ๐ฟ โ€˜ 0 ) ) )
15 12 14 breq12d โŠข ( ๐‘ฅ = 0 โ†’ ( ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โ‰ค ( ๐ด ยท ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โ†” ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐น โ€˜ 0 ) ) โ‰ค ( ๐ด ยท ( ๐ฟ โ€˜ 0 ) ) ) )
16 11 anassrs โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โˆง ๐‘ฅ โ‰  0 ) โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โ‰ค ( ๐ด ยท ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) )
17 0le0 โŠข 0 โ‰ค 0
18 9 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
19 18 mul01d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด ยท 0 ) = 0 )
20 17 19 breqtrrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 โ‰ค ( ๐ด ยท 0 ) )
21 eqid โŠข ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) = ( 0g โ€˜ ๐‘‡ )
22 5 21 ghmid โŠข ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ 0 ) = ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) )
23 8 22 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐น โ€˜ 0 ) = ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) )
24 23 fveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐น โ€˜ 0 ) ) = ( ๐‘€ โ€˜ ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) ) )
25 4 21 nm0 โŠข ( ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) ) = 0 )
26 7 25 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ( 0g โ€˜ ๐‘‡ ) ) = 0 )
27 24 26 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐น โ€˜ 0 ) ) = 0 )
28 3 5 nm0 โŠข ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โ†’ ( ๐ฟ โ€˜ 0 ) = 0 )
29 6 28 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ฟ โ€˜ 0 ) = 0 )
30 29 oveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด ยท ( ๐ฟ โ€˜ 0 ) ) = ( ๐ด ยท 0 ) )
31 20 27 30 3brtr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐น โ€˜ 0 ) ) โ‰ค ( ๐ด ยท ( ๐ฟ โ€˜ 0 ) ) )
32 31 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐น โ€˜ 0 ) ) โ‰ค ( ๐ด ยท ( ๐ฟ โ€˜ 0 ) ) )
33 15 16 32 pm2.61ne โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โ‰ค ( ๐ด ยท ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) )
34 33 ralrimiva โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โ‰ค ( ๐ด ยท ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) )
35 1 2 3 4 nmolb โŠข ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โ‰ค ( ๐ด ยท ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โ†’ ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) โ‰ค ๐ด ) )
36 6 7 8 9 10 35 syl311anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โ‰ค ( ๐ด ยท ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โ†’ ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) โ‰ค ๐ด ) )
37 34 36 mpd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) โ‰ค ๐ด )