Metamath Proof Explorer


Theorem pythi

Description: The Pythagorean theorem for an arbitrary complex inner product (pre-Hilbert) space U . The square of the norm of the sum of two orthogonal vectors (i.e. whose inner product is 0) is the sum of the squares of their norms. Problem 2 in Kreyszig p. 135. (Contributed by NM, 17-Apr-2008) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypotheses pyth.1 โŠข ๐‘‹ = ( BaseSet โ€˜ ๐‘ˆ )
pyth.2 โŠข ๐บ = ( +๐‘ฃ โ€˜ ๐‘ˆ )
pyth.6 โŠข ๐‘ = ( normCV โ€˜ ๐‘ˆ )
pyth.7 โŠข ๐‘ƒ = ( ยท๐‘–OLD โ€˜ ๐‘ˆ )
pythi.u โŠข ๐‘ˆ โˆˆ CPreHilOLD
pythi.a โŠข ๐ด โˆˆ ๐‘‹
pythi.b โŠข ๐ต โˆˆ ๐‘‹
Assertion pythi ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ต ) = 0 โ†’ ( ( ๐‘ โ€˜ ( ๐ด ๐บ ๐ต ) ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( ๐‘ โ€˜ ๐ด ) โ†‘ 2 ) + ( ( ๐‘ โ€˜ ๐ต ) โ†‘ 2 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pyth.1 โŠข ๐‘‹ = ( BaseSet โ€˜ ๐‘ˆ )
2 pyth.2 โŠข ๐บ = ( +๐‘ฃ โ€˜ ๐‘ˆ )
3 pyth.6 โŠข ๐‘ = ( normCV โ€˜ ๐‘ˆ )
4 pyth.7 โŠข ๐‘ƒ = ( ยท๐‘–OLD โ€˜ ๐‘ˆ )
5 pythi.u โŠข ๐‘ˆ โˆˆ CPreHilOLD
6 pythi.a โŠข ๐ด โˆˆ ๐‘‹
7 pythi.b โŠข ๐ต โˆˆ ๐‘‹
8 1 2 4 5 6 7 6 7 ip2dii โŠข ( ( ๐ด ๐บ ๐ต ) ๐‘ƒ ( ๐ด ๐บ ๐ต ) ) = ( ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ด ) + ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ต ) ) + ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ต ) + ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ด ) ) )
9 id โŠข ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ต ) = 0 โ†’ ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ต ) = 0 )
10 5 phnvi โŠข ๐‘ˆ โˆˆ NrmCVec
11 1 4 diporthcom โŠข ( ( ๐‘ˆ โˆˆ NrmCVec โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐ต โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ต ) = 0 โ†” ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ด ) = 0 ) )
12 10 6 7 11 mp3an โŠข ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ต ) = 0 โ†” ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ด ) = 0 )
13 12 biimpi โŠข ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ต ) = 0 โ†’ ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ด ) = 0 )
14 9 13 oveq12d โŠข ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ต ) = 0 โ†’ ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ต ) + ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ด ) ) = ( 0 + 0 ) )
15 00id โŠข ( 0 + 0 ) = 0
16 14 15 eqtrdi โŠข ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ต ) = 0 โ†’ ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ต ) + ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ด ) ) = 0 )
17 16 oveq2d โŠข ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ต ) = 0 โ†’ ( ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ด ) + ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ต ) ) + ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ต ) + ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ด ) ) ) = ( ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ด ) + ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ต ) ) + 0 ) )
18 1 4 dipcl โŠข ( ( ๐‘ˆ โˆˆ NrmCVec โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ )
19 10 6 6 18 mp3an โŠข ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ด ) โˆˆ โ„‚
20 1 4 dipcl โŠข ( ( ๐‘ˆ โˆˆ NrmCVec โˆง ๐ต โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐ต โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ต ) โˆˆ โ„‚ )
21 10 7 7 20 mp3an โŠข ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ต ) โˆˆ โ„‚
22 19 21 addcli โŠข ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ด ) + ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ต ) ) โˆˆ โ„‚
23 22 addridi โŠข ( ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ด ) + ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ต ) ) + 0 ) = ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ด ) + ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ต ) )
24 17 23 eqtrdi โŠข ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ต ) = 0 โ†’ ( ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ด ) + ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ต ) ) + ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ต ) + ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ด ) ) ) = ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ด ) + ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ต ) ) )
25 8 24 eqtrid โŠข ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ต ) = 0 โ†’ ( ( ๐ด ๐บ ๐ต ) ๐‘ƒ ( ๐ด ๐บ ๐ต ) ) = ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ด ) + ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ต ) ) )
26 1 2 nvgcl โŠข ( ( ๐‘ˆ โˆˆ NrmCVec โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐ต โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ( ๐ด ๐บ ๐ต ) โˆˆ ๐‘‹ )
27 10 6 7 26 mp3an โŠข ( ๐ด ๐บ ๐ต ) โˆˆ ๐‘‹
28 1 3 4 ipidsq โŠข ( ( ๐‘ˆ โˆˆ NrmCVec โˆง ( ๐ด ๐บ ๐ต ) โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ( ( ๐ด ๐บ ๐ต ) ๐‘ƒ ( ๐ด ๐บ ๐ต ) ) = ( ( ๐‘ โ€˜ ( ๐ด ๐บ ๐ต ) ) โ†‘ 2 ) )
29 10 27 28 mp2an โŠข ( ( ๐ด ๐บ ๐ต ) ๐‘ƒ ( ๐ด ๐บ ๐ต ) ) = ( ( ๐‘ โ€˜ ( ๐ด ๐บ ๐ต ) ) โ†‘ 2 )
30 1 3 4 ipidsq โŠข ( ( ๐‘ˆ โˆˆ NrmCVec โˆง ๐ด โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ด ) = ( ( ๐‘ โ€˜ ๐ด ) โ†‘ 2 ) )
31 10 6 30 mp2an โŠข ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ด ) = ( ( ๐‘ โ€˜ ๐ด ) โ†‘ 2 )
32 1 3 4 ipidsq โŠข ( ( ๐‘ˆ โˆˆ NrmCVec โˆง ๐ต โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ต ) = ( ( ๐‘ โ€˜ ๐ต ) โ†‘ 2 ) )
33 10 7 32 mp2an โŠข ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ต ) = ( ( ๐‘ โ€˜ ๐ต ) โ†‘ 2 )
34 31 33 oveq12i โŠข ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ด ) + ( ๐ต ๐‘ƒ ๐ต ) ) = ( ( ( ๐‘ โ€˜ ๐ด ) โ†‘ 2 ) + ( ( ๐‘ โ€˜ ๐ต ) โ†‘ 2 ) )
35 25 29 34 3eqtr3g โŠข ( ( ๐ด ๐‘ƒ ๐ต ) = 0 โ†’ ( ( ๐‘ โ€˜ ( ๐ด ๐บ ๐ต ) ) โ†‘ 2 ) = ( ( ( ๐‘ โ€˜ ๐ด ) โ†‘ 2 ) + ( ( ๐‘ โ€˜ ๐ต ) โ†‘ 2 ) ) )