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Theorem eighmorth

Description: Eigenvectors of a Hermitian operator with distinct eigenvalues are orthogonal. Equation 1.31 of Hughes p. 49. (Contributed by NM, 23-Mar-2006) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Assertion eighmorth T HrmOp A eigvec T B eigvec T eigval T A eigval T B A ih B = 0

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 hmopf T HrmOp T :
2 eleigveccl T : A eigvec T A
3 1 2 sylan T HrmOp A eigvec T A
4 3 adantr T HrmOp A eigvec T B eigvec T A
5 eleigveccl T : B eigvec T B
6 1 5 sylan T HrmOp B eigvec T B
7 6 adantlr T HrmOp A eigvec T B eigvec T B
8 4 7 jca T HrmOp A eigvec T B eigvec T A B
9 eighmre T HrmOp A eigvec T eigval T A
10 9 recnd T HrmOp A eigvec T eigval T A
11 10 adantr T HrmOp A eigvec T B eigvec T eigval T A
12 eighmre T HrmOp B eigvec T eigval T B
13 12 recnd T HrmOp B eigvec T eigval T B
14 13 adantlr T HrmOp A eigvec T B eigvec T eigval T B
15 11 14 jca T HrmOp A eigvec T B eigvec T eigval T A eigval T B
16 8 15 jca T HrmOp A eigvec T B eigvec T A B eigval T A eigval T B
17 16 adantrr T HrmOp A eigvec T B eigvec T eigval T A eigval T B A B eigval T A eigval T B
18 eigvec1 T : A eigvec T T A = eigval T A A A 0
19 18 simpld T : A eigvec T T A = eigval T A A
20 1 19 sylan T HrmOp A eigvec T T A = eigval T A A
21 20 adantr T HrmOp A eigvec T B eigvec T T A = eigval T A A
22 eigvec1 T : B eigvec T T B = eigval T B B B 0
23 22 simpld T : B eigvec T T B = eigval T B B
24 1 23 sylan T HrmOp B eigvec T T B = eigval T B B
25 24 adantlr T HrmOp A eigvec T B eigvec T T B = eigval T B B
26 21 25 jca T HrmOp A eigvec T B eigvec T T A = eigval T A A T B = eigval T B B
27 26 adantrr T HrmOp A eigvec T B eigvec T eigval T A eigval T B T A = eigval T A A T B = eigval T B B
28 12 cjred T HrmOp B eigvec T eigval T B = eigval T B
29 28 neeq2d T HrmOp B eigvec T eigval T A eigval T B eigval T A eigval T B
30 29 biimpar T HrmOp B eigvec T eigval T A eigval T B eigval T A eigval T B
31 30 anasss T HrmOp B eigvec T eigval T A eigval T B eigval T A eigval T B
32 31 adantlr T HrmOp A eigvec T B eigvec T eigval T A eigval T B eigval T A eigval T B
33 27 32 jca T HrmOp A eigvec T B eigvec T eigval T A eigval T B T A = eigval T A A T B = eigval T B B eigval T A eigval T B
34 simpll T HrmOp A eigvec T B eigvec T T HrmOp
35 hmop T HrmOp A B A ih T B = T A ih B
36 34 4 7 35 syl3anc T HrmOp A eigvec T B eigvec T A ih T B = T A ih B
37 36 adantrr T HrmOp A eigvec T B eigvec T eigval T A eigval T B A ih T B = T A ih B
38 eigorth A B eigval T A eigval T B T A = eigval T A A T B = eigval T B B eigval T A eigval T B A ih T B = T A ih B A ih B = 0
39 38 biimpa A B eigval T A eigval T B T A = eigval T A A T B = eigval T B B eigval T A eigval T B A ih T B = T A ih B A ih B = 0
40 17 33 37 39 syl21anc T HrmOp A eigvec T B eigvec T eigval T A eigval T B A ih B = 0