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Theorem ipcau2

Description: The Cauchy-Schwarz inequality for a subcomplex pre-Hilbert space built from a pre-Hilbert space with certain properties. The main theorem is ipcau . (Contributed by Mario Carneiro, 11-Oct-2015)

Ref Expression
Hypotheses tcphval.n G = toCPreHil W
tcphcph.v V = Base W
tcphcph.f F = Scalar W
tcphcph.1 φ W PreHil
tcphcph.2 φ F = fld 𝑠 K
tcphcph.h , ˙ = 𝑖 W
tcphcph.3 φ x K x 0 x x K
tcphcph.4 φ x V 0 x , ˙ x
tcphcph.k K = Base F
ipcau2.n N = norm G
ipcau2.c C = Y , ˙ X Y , ˙ Y
ipcau2.3 φ X V
ipcau2.4 φ Y V
Assertion ipcau2 φ X , ˙ Y N X N Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 tcphval.n G = toCPreHil W
2 tcphcph.v V = Base W
3 tcphcph.f F = Scalar W
4 tcphcph.1 φ W PreHil
5 tcphcph.2 φ F = fld 𝑠 K
6 tcphcph.h , ˙ = 𝑖 W
7 tcphcph.3 φ x K x 0 x x K
8 tcphcph.4 φ x V 0 x , ˙ x
9 tcphcph.k K = Base F
10 ipcau2.n N = norm G
11 ipcau2.c C = Y , ˙ X Y , ˙ Y
12 ipcau2.3 φ X V
13 ipcau2.4 φ Y V
14 oveq2 Y = 0 W X , ˙ Y = X , ˙ 0 W
15 14 oveq1d Y = 0 W X , ˙ Y Y , ˙ X = X , ˙ 0 W Y , ˙ X
16 15 breq1d Y = 0 W X , ˙ Y Y , ˙ X X , ˙ X Y , ˙ Y X , ˙ 0 W Y , ˙ X X , ˙ X Y , ˙ Y
17 1 2 3 4 5 phclm φ W CMod
18 3 9 clmsscn W CMod K
19 17 18 syl φ K
20 3 6 2 9 ipcl W PreHil X V Y V X , ˙ Y K
21 4 12 13 20 syl3anc φ X , ˙ Y K
22 19 21 sseldd φ X , ˙ Y
23 22 adantr φ Y 0 W X , ˙ Y
24 3 6 2 9 ipcl W PreHil Y V X V Y , ˙ X K
25 4 13 12 24 syl3anc φ Y , ˙ X K
26 19 25 sseldd φ Y , ˙ X
27 26 adantr φ Y 0 W Y , ˙ X
28 1 2 3 4 5 6 tcphcphlem3 φ Y V Y , ˙ Y
29 13 28 mpdan φ Y , ˙ Y
30 29 recnd φ Y , ˙ Y
31 30 adantr φ Y 0 W Y , ˙ Y
32 3 clm0 W CMod 0 = 0 F
33 17 32 syl φ 0 = 0 F
34 33 eqeq2d φ Y , ˙ Y = 0 Y , ˙ Y = 0 F
35 eqid 0 F = 0 F
36 eqid 0 W = 0 W
37 3 6 2 35 36 ipeq0 W PreHil Y V Y , ˙ Y = 0 F Y = 0 W
38 4 13 37 syl2anc φ Y , ˙ Y = 0 F Y = 0 W
39 34 38 bitrd φ Y , ˙ Y = 0 Y = 0 W
40 39 necon3bid φ Y , ˙ Y 0 Y 0 W
41 40 biimpar φ Y 0 W Y , ˙ Y 0
42 23 27 31 41 divassd φ Y 0 W X , ˙ Y Y , ˙ X Y , ˙ Y = X , ˙ Y Y , ˙ X Y , ˙ Y
43 11 oveq2i X , ˙ Y C = X , ˙ Y Y , ˙ X Y , ˙ Y
44 42 43 eqtr4di φ Y 0 W X , ˙ Y Y , ˙ X Y , ˙ Y = X , ˙ Y C
45 oveq12 x = X - W C W Y x = X - W C W Y x , ˙ x = X - W C W Y , ˙ X - W C W Y
46 45 anidms x = X - W C W Y x , ˙ x = X - W C W Y , ˙ X - W C W Y
47 46 breq2d x = X - W C W Y 0 x , ˙ x 0 X - W C W Y , ˙ X - W C W Y
48 8 ralrimiva φ x V 0 x , ˙ x
49 48 adantr φ Y 0 W x V 0 x , ˙ x
50 phllmod W PreHil W LMod
51 4 50 syl φ W LMod
52 51 adantr φ Y 0 W W LMod
53 12 adantr φ Y 0 W X V
54 11 fveq2i C = Y , ˙ X Y , ˙ Y
55 27 31 41 cjdivd φ Y 0 W Y , ˙ X Y , ˙ Y = Y , ˙ X Y , ˙ Y
56 54 55 syl5eq φ Y 0 W C = Y , ˙ X Y , ˙ Y
57 5 fveq2d φ * F = * fld 𝑠 K
58 9 fvexi K V
59 eqid fld 𝑠 K = fld 𝑠 K
60 cnfldcj * = * fld
61 59 60 ressstarv K V * = * fld 𝑠 K
62 58 61 ax-mp * = * fld 𝑠 K
63 57 62 eqtr4di φ * F = *
64 63 fveq1d φ X , ˙ Y * F = X , ˙ Y
65 eqid * F = * F
66 3 6 2 65 ipcj W PreHil X V Y V X , ˙ Y * F = Y , ˙ X
67 4 12 13 66 syl3anc φ X , ˙ Y * F = Y , ˙ X
68 64 67 eqtr3d φ X , ˙ Y = Y , ˙ X
69 68 adantr φ Y 0 W X , ˙ Y = Y , ˙ X
70 69 fveq2d φ Y 0 W X , ˙ Y = Y , ˙ X
71 23 cjcjd φ Y 0 W X , ˙ Y = X , ˙ Y
72 70 71 eqtr3d φ Y 0 W Y , ˙ X = X , ˙ Y
73 29 adantr φ Y 0 W Y , ˙ Y
74 73 cjred φ Y 0 W Y , ˙ Y = Y , ˙ Y
75 72 74 oveq12d φ Y 0 W Y , ˙ X Y , ˙ Y = X , ˙ Y Y , ˙ Y
76 23 31 41 divrecd φ Y 0 W X , ˙ Y Y , ˙ Y = X , ˙ Y 1 Y , ˙ Y
77 56 75 76 3eqtrd φ Y 0 W C = X , ˙ Y 1 Y , ˙ Y
78 17 adantr φ Y 0 W W CMod
79 21 adantr φ Y 0 W X , ˙ Y K
80 3 6 2 9 ipcl W PreHil Y V Y V Y , ˙ Y K
81 4 13 13 80 syl3anc φ Y , ˙ Y K
82 81 adantr φ Y 0 W Y , ˙ Y K
83 5 adantr φ Y 0 W F = fld 𝑠 K
84 phllvec W PreHil W LVec
85 4 84 syl φ W LVec
86 3 lvecdrng W LVec F DivRing
87 85 86 syl φ F DivRing
88 87 adantr φ Y 0 W F DivRing
89 9 83 88 cphreccllem φ Y 0 W Y , ˙ Y K Y , ˙ Y 0 1 Y , ˙ Y K
90 82 41 89 mpd3an23 φ Y 0 W 1 Y , ˙ Y K
91 3 9 clmmcl W CMod X , ˙ Y K 1 Y , ˙ Y K X , ˙ Y 1 Y , ˙ Y K
92 78 79 90 91 syl3anc φ Y 0 W X , ˙ Y 1 Y , ˙ Y K
93 77 92 eqeltrd φ Y 0 W C K
94 13 adantr φ Y 0 W Y V
95 eqid W = W
96 2 3 95 9 lmodvscl W LMod C K Y V C W Y V
97 52 93 94 96 syl3anc φ Y 0 W C W Y V
98 eqid - W = - W
99 2 98 lmodvsubcl W LMod X V C W Y V X - W C W Y V
100 52 53 97 99 syl3anc φ Y 0 W X - W C W Y V
101 47 49 100 rspcdva φ Y 0 W 0 X - W C W Y , ˙ X - W C W Y
102 eqid - F = - F
103 eqid + F = + F
104 4 adantr φ Y 0 W W PreHil
105 3 6 2 98 102 103 104 53 97 53 97 ip2subdi φ Y 0 W X - W C W Y , ˙ X - W C W Y = X , ˙ X + F C W Y , ˙ C W Y - F X , ˙ C W Y + F C W Y , ˙ X
106 83 fveq2d φ Y 0 W + F = + fld 𝑠 K
107 cnfldadd + = + fld
108 59 107 ressplusg K V + = + fld 𝑠 K
109 58 108 ax-mp + = + fld 𝑠 K
110 106 109 eqtr4di φ Y 0 W + F = +
111 eqidd φ Y 0 W X , ˙ X = X , ˙ X
112 eqid F = F
113 3 6 2 9 95 112 ipass W PreHil C K Y V C W Y V C W Y , ˙ C W Y = C F Y , ˙ C W Y
114 104 93 94 97 113 syl13anc φ Y 0 W C W Y , ˙ C W Y = C F Y , ˙ C W Y
115 83 fveq2d φ Y 0 W F = fld 𝑠 K
116 cnfldmul × = fld
117 59 116 ressmulr K V × = fld 𝑠 K
118 58 117 ax-mp × = fld 𝑠 K
119 115 118 eqtr4di φ Y 0 W F = ×
120 eqidd φ Y 0 W C = C
121 27 31 41 divrecd φ Y 0 W Y , ˙ X Y , ˙ Y = Y , ˙ X 1 Y , ˙ Y
122 11 121 syl5eq φ Y 0 W C = Y , ˙ X 1 Y , ˙ Y
123 25 adantr φ Y 0 W Y , ˙ X K
124 3 9 clmmcl W CMod Y , ˙ X K 1 Y , ˙ Y K Y , ˙ X 1 Y , ˙ Y K
125 78 123 90 124 syl3anc φ Y 0 W Y , ˙ X 1 Y , ˙ Y K
126 122 125 eqeltrd φ Y 0 W C K
127 3 6 2 9 95 112 65 ipassr2 W PreHil Y V Y V C K Y , ˙ Y F C = Y , ˙ C * F W Y
128 104 94 94 126 127 syl13anc φ Y 0 W Y , ˙ Y F C = Y , ˙ C * F W Y
129 119 oveqd φ Y 0 W Y , ˙ Y F C = Y , ˙ Y C
130 11 oveq2i Y , ˙ Y C = Y , ˙ Y Y , ˙ X Y , ˙ Y
131 27 31 41 divcan2d φ Y 0 W Y , ˙ Y Y , ˙ X Y , ˙ Y = Y , ˙ X
132 130 131 syl5eq φ Y 0 W Y , ˙ Y C = Y , ˙ X
133 129 132 eqtrd φ Y 0 W Y , ˙ Y F C = Y , ˙ X
134 63 adantr φ Y 0 W * F = *
135 134 fveq1d φ Y 0 W C * F = C
136 135 oveq1d φ Y 0 W C * F W Y = C W Y
137 136 oveq2d φ Y 0 W Y , ˙ C * F W Y = Y , ˙ C W Y
138 128 133 137 3eqtr3rd φ Y 0 W Y , ˙ C W Y = Y , ˙ X
139 119 120 138 oveq123d φ Y 0 W C F Y , ˙ C W Y = C Y , ˙ X
140 114 139 eqtrd φ Y 0 W C W Y , ˙ C W Y = C Y , ˙ X
141 110 111 140 oveq123d φ Y 0 W X , ˙ X + F C W Y , ˙ C W Y = X , ˙ X + C Y , ˙ X
142 3 6 2 9 95 112 65 ipassr2 W PreHil X V Y V C K X , ˙ Y F C = X , ˙ C * F W Y
143 104 53 94 126 142 syl13anc φ Y 0 W X , ˙ Y F C = X , ˙ C * F W Y
144 119 oveqd φ Y 0 W X , ˙ Y F C = X , ˙ Y C
145 136 oveq2d φ Y 0 W X , ˙ C * F W Y = X , ˙ C W Y
146 143 144 145 3eqtr3rd φ Y 0 W X , ˙ C W Y = X , ˙ Y C
147 3 6 2 9 95 112 ipass W PreHil C K Y V X V C W Y , ˙ X = C F Y , ˙ X
148 104 93 94 53 147 syl13anc φ Y 0 W C W Y , ˙ X = C F Y , ˙ X
149 119 oveqd φ Y 0 W C F Y , ˙ X = C Y , ˙ X
150 148 149 eqtrd φ Y 0 W C W Y , ˙ X = C Y , ˙ X
151 110 146 150 oveq123d φ Y 0 W X , ˙ C W Y + F C W Y , ˙ X = X , ˙ Y C + C Y , ˙ X
152 141 151 oveq12d φ Y 0 W X , ˙ X + F C W Y , ˙ C W Y - F X , ˙ C W Y + F C W Y , ˙ X = X , ˙ X + C Y , ˙ X - F X , ˙ Y C + C Y , ˙ X
153 3 6 2 9 ipcl W PreHil X V X V X , ˙ X K
154 104 53 53 153 syl3anc φ Y 0 W X , ˙ X K
155 3 9 clmmcl W CMod C K Y , ˙ X K C Y , ˙ X K
156 78 93 123 155 syl3anc φ Y 0 W C Y , ˙ X K
157 3 9 clmacl W CMod X , ˙ X K C Y , ˙ X K X , ˙ X + C Y , ˙ X K
158 78 154 156 157 syl3anc φ Y 0 W X , ˙ X + C Y , ˙ X K
159 3 9 clmmcl W CMod X , ˙ Y K C K X , ˙ Y C K
160 78 79 126 159 syl3anc φ Y 0 W X , ˙ Y C K
161 3 9 clmacl W CMod X , ˙ Y C K C Y , ˙ X K X , ˙ Y C + C Y , ˙ X K
162 78 160 156 161 syl3anc φ Y 0 W X , ˙ Y C + C Y , ˙ X K
163 3 9 clmsub W CMod X , ˙ X + C Y , ˙ X K X , ˙ Y C + C Y , ˙ X K X , ˙ X + C Y , ˙ X - X , ˙ Y C + C Y , ˙ X = X , ˙ X + C Y , ˙ X - F X , ˙ Y C + C Y , ˙ X
164 78 158 162 163 syl3anc φ Y 0 W X , ˙ X + C Y , ˙ X - X , ˙ Y C + C Y , ˙ X = X , ˙ X + C Y , ˙ X - F X , ˙ Y C + C Y , ˙ X
165 1 2 3 4 5 6 tcphcphlem3 φ X V X , ˙ X
166 12 165 mpdan φ X , ˙ X
167 166 recnd φ X , ˙ X
168 167 adantr φ Y 0 W X , ˙ X
169 22 absvalsqd φ X , ˙ Y 2 = X , ˙ Y X , ˙ Y
170 68 oveq2d φ X , ˙ Y X , ˙ Y = X , ˙ Y Y , ˙ X
171 169 170 eqtrd φ X , ˙ Y 2 = X , ˙ Y Y , ˙ X
172 22 abscld φ X , ˙ Y
173 172 resqcld φ X , ˙ Y 2
174 171 173 eqeltrrd φ X , ˙ Y Y , ˙ X
175 174 adantr φ Y 0 W X , ˙ Y Y , ˙ X
176 175 73 41 redivcld φ Y 0 W X , ˙ Y Y , ˙ X Y , ˙ Y
177 44 176 eqeltrrd φ Y 0 W X , ˙ Y C
178 177 recnd φ Y 0 W X , ˙ Y C
179 78 18 syl φ Y 0 W K
180 179 156 sseldd φ Y 0 W C Y , ˙ X
181 168 178 180 pnpcan2d φ Y 0 W X , ˙ X + C Y , ˙ X - X , ˙ Y C + C Y , ˙ X = X , ˙ X X , ˙ Y C
182 164 181 eqtr3d φ Y 0 W X , ˙ X + C Y , ˙ X - F X , ˙ Y C + C Y , ˙ X = X , ˙ X X , ˙ Y C
183 105 152 182 3eqtrd φ Y 0 W X - W C W Y , ˙ X - W C W Y = X , ˙ X X , ˙ Y C
184 101 183 breqtrd φ Y 0 W 0 X , ˙ X X , ˙ Y C
185 166 adantr φ Y 0 W X , ˙ X
186 185 177 subge0d φ Y 0 W 0 X , ˙ X X , ˙ Y C X , ˙ Y C X , ˙ X
187 184 186 mpbid φ Y 0 W X , ˙ Y C X , ˙ X
188 44 187 eqbrtrd φ Y 0 W X , ˙ Y Y , ˙ X Y , ˙ Y X , ˙ X
189 oveq12 x = Y x = Y x , ˙ x = Y , ˙ Y
190 189 anidms x = Y x , ˙ x = Y , ˙ Y
191 190 breq2d x = Y 0 x , ˙ x 0 Y , ˙ Y
192 191 48 13 rspcdva φ 0 Y , ˙ Y
193 192 adantr φ Y 0 W 0 Y , ˙ Y
194 73 193 41 ne0gt0d φ Y 0 W 0 < Y , ˙ Y
195 ledivmul2 X , ˙ Y Y , ˙ X X , ˙ X Y , ˙ Y 0 < Y , ˙ Y X , ˙ Y Y , ˙ X Y , ˙ Y X , ˙ X X , ˙ Y Y , ˙ X X , ˙ X Y , ˙ Y
196 175 185 73 194 195 syl112anc φ Y 0 W X , ˙ Y Y , ˙ X Y , ˙ Y X , ˙ X X , ˙ Y Y , ˙ X X , ˙ X Y , ˙ Y
197 188 196 mpbid φ Y 0 W X , ˙ Y Y , ˙ X X , ˙ X Y , ˙ Y
198 3 6 2 35 36 ip0r W PreHil X V X , ˙ 0 W = 0 F
199 4 12 198 syl2anc φ X , ˙ 0 W = 0 F
200 199 33 eqtr4d φ X , ˙ 0 W = 0
201 200 oveq1d φ X , ˙ 0 W Y , ˙ X = 0 Y , ˙ X
202 26 mul02d φ 0 Y , ˙ X = 0
203 201 202 eqtrd φ X , ˙ 0 W Y , ˙ X = 0
204 oveq12 x = X x = X x , ˙ x = X , ˙ X
205 204 anidms x = X x , ˙ x = X , ˙ X
206 205 breq2d x = X 0 x , ˙ x 0 X , ˙ X
207 206 48 12 rspcdva φ 0 X , ˙ X
208 166 29 207 192 mulge0d φ 0 X , ˙ X Y , ˙ Y
209 203 208 eqbrtrd φ X , ˙ 0 W Y , ˙ X X , ˙ X Y , ˙ Y
210 16 197 209 pm2.61ne φ X , ˙ Y Y , ˙ X X , ˙ X Y , ˙ Y
211 166 207 resqrtcld φ X , ˙ X
212 211 recnd φ X , ˙ X
213 29 192 resqrtcld φ Y , ˙ Y
214 213 recnd φ Y , ˙ Y
215 212 214 sqmuld φ X , ˙ X Y , ˙ Y 2 = X , ˙ X 2 Y , ˙ Y 2
216 167 sqsqrtd φ X , ˙ X 2 = X , ˙ X
217 30 sqsqrtd φ Y , ˙ Y 2 = Y , ˙ Y
218 216 217 oveq12d φ X , ˙ X 2 Y , ˙ Y 2 = X , ˙ X Y , ˙ Y
219 215 218 eqtrd φ X , ˙ X Y , ˙ Y 2 = X , ˙ X Y , ˙ Y
220 210 171 219 3brtr4d φ X , ˙ Y 2 X , ˙ X Y , ˙ Y 2
221 211 213 remulcld φ X , ˙ X Y , ˙ Y
222 22 absge0d φ 0 X , ˙ Y
223 166 207 sqrtge0d φ 0 X , ˙ X
224 29 192 sqrtge0d φ 0 Y , ˙ Y
225 211 213 223 224 mulge0d φ 0 X , ˙ X Y , ˙ Y
226 172 221 222 225 le2sqd φ X , ˙ Y X , ˙ X Y , ˙ Y X , ˙ Y 2 X , ˙ X Y , ˙ Y 2
227 220 226 mpbird φ X , ˙ Y X , ˙ X Y , ˙ Y
228 lmodgrp W LMod W Grp
229 51 228 syl φ W Grp
230 1 10 2 6 tcphnmval W Grp X V N X = X , ˙ X
231 229 12 230 syl2anc φ N X = X , ˙ X
232 1 10 2 6 tcphnmval W Grp Y V N Y = Y , ˙ Y
233 229 13 232 syl2anc φ N Y = Y , ˙ Y
234 231 233 oveq12d φ N X N Y = X , ˙ X Y , ˙ Y
235 227 234 breqtrrd φ X , ˙ Y N X N Y