Metamath Proof Explorer


Theorem nvtri

Description: Triangle inequality for the norm of a normed complex vector space. (Contributed by NM, 11-Nov-2006) (Revised by Mario Carneiro, 21-Dec-2013) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypotheses nvtri.1 โŠข ๐‘‹ = ( BaseSet โ€˜ ๐‘ˆ )
nvtri.2 โŠข ๐บ = ( +๐‘ฃ โ€˜ ๐‘ˆ )
nvtri.6 โŠข ๐‘ = ( normCV โ€˜ ๐‘ˆ )
Assertion nvtri ( ( ๐‘ˆ โˆˆ NrmCVec โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐ต โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐ด ๐บ ๐ต ) ) โ‰ค ( ( ๐‘ โ€˜ ๐ด ) + ( ๐‘ โ€˜ ๐ต ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 nvtri.1 โŠข ๐‘‹ = ( BaseSet โ€˜ ๐‘ˆ )
2 nvtri.2 โŠข ๐บ = ( +๐‘ฃ โ€˜ ๐‘ˆ )
3 nvtri.6 โŠข ๐‘ = ( normCV โ€˜ ๐‘ˆ )
4 eqid โŠข ( ยท๐‘ OLD โ€˜ ๐‘ˆ ) = ( ยท๐‘ OLD โ€˜ ๐‘ˆ )
5 4 smfval โŠข ( ยท๐‘ OLD โ€˜ ๐‘ˆ ) = ( 2nd โ€˜ ( 1st โ€˜ ๐‘ˆ ) )
6 5 eqcomi โŠข ( 2nd โ€˜ ( 1st โ€˜ ๐‘ˆ ) ) = ( ยท๐‘ OLD โ€˜ ๐‘ˆ )
7 eqid โŠข ( 0vec โ€˜ ๐‘ˆ ) = ( 0vec โ€˜ ๐‘ˆ )
8 1 2 6 7 3 nvi โŠข ( ๐‘ˆ โˆˆ NrmCVec โ†’ ( โŸจ ๐บ , ( 2nd โ€˜ ( 1st โ€˜ ๐‘ˆ ) ) โŸฉ โˆˆ CVecOLD โˆง ๐‘ : ๐‘‹ โŸถ โ„ โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ ( ( ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฅ ) = 0 โ†’ ๐‘ฅ = ( 0vec โ€˜ ๐‘ˆ ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฆ ( 2nd โ€˜ ( 1st โ€˜ ๐‘ˆ ) ) ๐‘ฅ ) ) = ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) ยท ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ฆ ) ) โ‰ค ( ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) ) )
9 8 simp3d โŠข ( ๐‘ˆ โˆˆ NrmCVec โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ ( ( ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฅ ) = 0 โ†’ ๐‘ฅ = ( 0vec โ€˜ ๐‘ˆ ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฆ ( 2nd โ€˜ ( 1st โ€˜ ๐‘ˆ ) ) ๐‘ฅ ) ) = ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) ยท ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ฆ ) ) โ‰ค ( ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) )
10 simp3 โŠข ( ( ( ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฅ ) = 0 โ†’ ๐‘ฅ = ( 0vec โ€˜ ๐‘ˆ ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฆ ( 2nd โ€˜ ( 1st โ€˜ ๐‘ˆ ) ) ๐‘ฅ ) ) = ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) ยท ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ฆ ) ) โ‰ค ( ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ฆ ) ) โ‰ค ( ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) )
11 10 ralimi โŠข ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ ( ( ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฅ ) = 0 โ†’ ๐‘ฅ = ( 0vec โ€˜ ๐‘ˆ ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฆ ( 2nd โ€˜ ( 1st โ€˜ ๐‘ˆ ) ) ๐‘ฅ ) ) = ( ( abs โ€˜ ๐‘ฆ ) ยท ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ฆ ) ) โ‰ค ( ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ฆ ) ) โ‰ค ( ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) )
12 9 11 syl โŠข ( ๐‘ˆ โˆˆ NrmCVec โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ฆ ) ) โ‰ค ( ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) )
13 fvoveq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ด โ†’ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ฆ ) ) = ( ๐‘ โ€˜ ( ๐ด ๐บ ๐‘ฆ ) ) )
14 fveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ด โ†’ ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฅ ) = ( ๐‘ โ€˜ ๐ด ) )
15 14 oveq1d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ด โ†’ ( ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ โ€˜ ๐ด ) + ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) )
16 13 15 breq12d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ด โ†’ ( ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ฆ ) ) โ‰ค ( ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ†” ( ๐‘ โ€˜ ( ๐ด ๐บ ๐‘ฆ ) ) โ‰ค ( ( ๐‘ โ€˜ ๐ด ) + ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) )
17 oveq2 โŠข ( ๐‘ฆ = ๐ต โ†’ ( ๐ด ๐บ ๐‘ฆ ) = ( ๐ด ๐บ ๐ต ) )
18 17 fveq2d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐ต โ†’ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐ด ๐บ ๐‘ฆ ) ) = ( ๐‘ โ€˜ ( ๐ด ๐บ ๐ต ) ) )
19 fveq2 โŠข ( ๐‘ฆ = ๐ต โ†’ ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ โ€˜ ๐ต ) )
20 19 oveq2d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐ต โ†’ ( ( ๐‘ โ€˜ ๐ด ) + ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ โ€˜ ๐ด ) + ( ๐‘ โ€˜ ๐ต ) ) )
21 18 20 breq12d โŠข ( ๐‘ฆ = ๐ต โ†’ ( ( ๐‘ โ€˜ ( ๐ด ๐บ ๐‘ฆ ) ) โ‰ค ( ( ๐‘ โ€˜ ๐ด ) + ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ†” ( ๐‘ โ€˜ ( ๐ด ๐บ ๐ต ) ) โ‰ค ( ( ๐‘ โ€˜ ๐ด ) + ( ๐‘ โ€˜ ๐ต ) ) ) )
22 16 21 rspc2v โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐ต โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ๐บ ๐‘ฆ ) ) โ‰ค ( ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฅ ) + ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐ด ๐บ ๐ต ) ) โ‰ค ( ( ๐‘ โ€˜ ๐ด ) + ( ๐‘ โ€˜ ๐ต ) ) ) )
23 12 22 syl5 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐ต โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ( ๐‘ˆ โˆˆ NrmCVec โ†’ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐ด ๐บ ๐ต ) ) โ‰ค ( ( ๐‘ โ€˜ ๐ด ) + ( ๐‘ โ€˜ ๐ต ) ) ) )
24 23 3impia โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐ต โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ˆ โˆˆ NrmCVec ) โ†’ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐ด ๐บ ๐ต ) ) โ‰ค ( ( ๐‘ โ€˜ ๐ด ) + ( ๐‘ โ€˜ ๐ต ) ) )
25 24 3comr โŠข ( ( ๐‘ˆ โˆˆ NrmCVec โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐ต โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐ด ๐บ ๐ต ) ) โ‰ค ( ( ๐‘ โ€˜ ๐ด ) + ( ๐‘ โ€˜ ๐ต ) ) )