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Theorem minveclem6

Description: Lemma for minvec . Any minimal point is less than S away from A . (Contributed by Mario Carneiro, 9-May-2014) (Revised by Mario Carneiro, 15-Oct-2015) (Revised by AV, 3-Oct-2020)

Ref Expression
Hypotheses minvec.x ⊢ X = Base U
minvec.m ⊢ - ˙ = - U
minvec.n ⊢ N = norm ⁡ U
minvec.u ⊢ φ → U ∈ CPreHil
minvec.y ⊢ φ → Y ∈ LSubSp ⁡ U
minvec.w ⊢ φ → U ↾ 𝑠 Y ∈ CMetSp
minvec.a ⊢ φ → A ∈ X
minvec.j ⊢ J = TopOpen ⁡ U
minvec.r ⊢ R = ran ⁡ y ∈ Y ⟼ N ⁡ A - ˙ y
minvec.s ⊢ S = inf R ℝ <
minvec.d ⊢ D = dist ⁡ U ↾ X × X
Assertion minveclem6 ⊢ φ ∧ x ∈ Y → A D x 2 ≤ S 2 + 0 ↔ ∀ y ∈ Y N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 minvec.x ⊢ X = Base U
2 minvec.m ⊢ - ˙ = - U
3 minvec.n ⊢ N = norm ⁡ U
4 minvec.u ⊢ φ → U ∈ CPreHil
5 minvec.y ⊢ φ → Y ∈ LSubSp ⁡ U
6 minvec.w ⊢ φ → U ↾ 𝑠 Y ∈ CMetSp
7 minvec.a ⊢ φ → A ∈ X
8 minvec.j ⊢ J = TopOpen ⁡ U
9 minvec.r ⊢ R = ran ⁡ y ∈ Y ⟼ N ⁡ A - ˙ y
10 minvec.s ⊢ S = inf R ℝ <
11 minvec.d ⊢ D = dist ⁡ U ↾ X × X
12 11 oveqi ⊢ A D x = A dist ⁡ U ↾ X × X x
13 7 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ Y → A ∈ X
14 eqid ⊢ LSubSp ⁡ U = LSubSp ⁡ U
15 1 14 lssss ⊢ Y ∈ LSubSp ⁡ U → Y ⊆ X
16 5 15 syl ⊢ φ → Y ⊆ X
17 16 sselda ⊢ φ ∧ x ∈ Y → x ∈ X
18 13 17 ovresd ⊢ φ ∧ x ∈ Y → A dist ⁡ U ↾ X × X x = A dist ⁡ U x
19 12 18 eqtrid ⊢ φ ∧ x ∈ Y → A D x = A dist ⁡ U x
20 cphngp ⊢ U ∈ CPreHil → U ∈ NrmGrp
21 4 20 syl ⊢ φ → U ∈ NrmGrp
22 21 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ Y → U ∈ NrmGrp
23 eqid ⊢ dist ⁡ U = dist ⁡ U
24 3 1 2 23 ngpds ⊢ U ∈ NrmGrp ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X → A dist ⁡ U x = N ⁡ A - ˙ x
25 22 13 17 24 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ Y → A dist ⁡ U x = N ⁡ A - ˙ x
26 19 25 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ Y → A D x = N ⁡ A - ˙ x
27 26 oveq1d ⊢ φ ∧ x ∈ Y → A D x 2 = N ⁡ A - ˙ x 2
28 1 2 3 4 5 6 7 8 9 minveclem1 ⊢ φ → R ⊆ ℝ ∧ R ≠ ∅ ∧ ∀ w ∈ R 0 ≤ w
29 28 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ Y → R ⊆ ℝ ∧ R ≠ ∅ ∧ ∀ w ∈ R 0 ≤ w
30 29 simp1d ⊢ φ ∧ x ∈ Y → R ⊆ ℝ
31 29 simp2d ⊢ φ ∧ x ∈ Y → R ≠ ∅
32 0red ⊢ φ ∧ x ∈ Y → 0 ∈ ℝ
33 29 simp3d ⊢ φ ∧ x ∈ Y → ∀ w ∈ R 0 ≤ w
34 breq1 ⊢ x = 0 → x ≤ w ↔ 0 ≤ w
35 34 ralbidv ⊢ x = 0 → ∀ w ∈ R x ≤ w ↔ ∀ w ∈ R 0 ≤ w
36 35 rspcev ⊢ 0 ∈ ℝ ∧ ∀ w ∈ R 0 ≤ w → ∃ x ∈ ℝ ∀ w ∈ R x ≤ w
37 32 33 36 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ Y → ∃ x ∈ ℝ ∀ w ∈ R x ≤ w
38 infrecl ⊢ R ⊆ ℝ ∧ R ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ w ∈ R x ≤ w → inf R ℝ < ∈ ℝ
39 30 31 37 38 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ Y → inf R ℝ < ∈ ℝ
40 10 39 eqeltrid ⊢ φ ∧ x ∈ Y → S ∈ ℝ
41 40 resqcld ⊢ φ ∧ x ∈ Y → S 2 ∈ ℝ
42 41 recnd ⊢ φ ∧ x ∈ Y → S 2 ∈ ℂ
43 42 addridd ⊢ φ ∧ x ∈ Y → S 2 + 0 = S 2
44 27 43 breq12d ⊢ φ ∧ x ∈ Y → A D x 2 ≤ S 2 + 0 ↔ N ⁡ A - ˙ x 2 ≤ S 2
45 cphlmod ⊢ U ∈ CPreHil → U ∈ LMod
46 4 45 syl ⊢ φ → U ∈ LMod
47 46 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ Y → U ∈ LMod
48 1 2 lmodvsubcl ⊢ U ∈ LMod ∧ A ∈ X ∧ x ∈ X → A - ˙ x ∈ X
49 47 13 17 48 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ Y → A - ˙ x ∈ X
50 1 3 nmcl ⊢ U ∈ NrmGrp ∧ A - ˙ x ∈ X → N ⁡ A - ˙ x ∈ ℝ
51 22 49 50 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ Y → N ⁡ A - ˙ x ∈ ℝ
52 1 3 nmge0 ⊢ U ∈ NrmGrp ∧ A - ˙ x ∈ X → 0 ≤ N ⁡ A - ˙ x
53 22 49 52 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ Y → 0 ≤ N ⁡ A - ˙ x
54 infregelb ⊢ R ⊆ ℝ ∧ R ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ w ∈ R x ≤ w ∧ 0 ∈ ℝ → 0 ≤ inf R ℝ < ↔ ∀ w ∈ R 0 ≤ w
55 30 31 37 32 54 syl31anc ⊢ φ ∧ x ∈ Y → 0 ≤ inf R ℝ < ↔ ∀ w ∈ R 0 ≤ w
56 33 55 mpbird ⊢ φ ∧ x ∈ Y → 0 ≤ inf R ℝ <
57 56 10 breqtrrdi ⊢ φ ∧ x ∈ Y → 0 ≤ S
58 51 40 53 57 le2sqd ⊢ φ ∧ x ∈ Y → N ⁡ A - ˙ x ≤ S ↔ N ⁡ A - ˙ x 2 ≤ S 2
59 10 breq2i ⊢ N ⁡ A - ˙ x ≤ S ↔ N ⁡ A - ˙ x ≤ inf R ℝ <
60 infregelb ⊢ R ⊆ ℝ ∧ R ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ w ∈ R x ≤ w ∧ N ⁡ A - ˙ x ∈ ℝ → N ⁡ A - ˙ x ≤ inf R ℝ < ↔ ∀ w ∈ R N ⁡ A - ˙ x ≤ w
61 30 31 37 51 60 syl31anc ⊢ φ ∧ x ∈ Y → N ⁡ A - ˙ x ≤ inf R ℝ < ↔ ∀ w ∈ R N ⁡ A - ˙ x ≤ w
62 59 61 bitrid ⊢ φ ∧ x ∈ Y → N ⁡ A - ˙ x ≤ S ↔ ∀ w ∈ R N ⁡ A - ˙ x ≤ w
63 44 58 62 3bitr2d ⊢ φ ∧ x ∈ Y → A D x 2 ≤ S 2 + 0 ↔ ∀ w ∈ R N ⁡ A - ˙ x ≤ w
64 9 raleqi ⊢ ∀ w ∈ R N ⁡ A - ˙ x ≤ w ↔ ∀ w ∈ ran ⁡ y ∈ Y ⟼ N ⁡ A - ˙ y N ⁡ A - ˙ x ≤ w
65 fvex ⊢ N ⁡ A - ˙ y ∈ V
66 65 rgenw ⊢ ∀ y ∈ Y N ⁡ A - ˙ y ∈ V
67 eqid ⊢ y ∈ Y ⟼ N ⁡ A - ˙ y = y ∈ Y ⟼ N ⁡ A - ˙ y
68 breq2 ⊢ w = N ⁡ A - ˙ y → N ⁡ A - ˙ x ≤ w ↔ N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y
69 67 68 ralrnmptw ⊢ ∀ y ∈ Y N ⁡ A - ˙ y ∈ V → ∀ w ∈ ran ⁡ y ∈ Y ⟼ N ⁡ A - ˙ y N ⁡ A - ˙ x ≤ w ↔ ∀ y ∈ Y N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y
70 66 69 ax-mp ⊢ ∀ w ∈ ran ⁡ y ∈ Y ⟼ N ⁡ A - ˙ y N ⁡ A - ˙ x ≤ w ↔ ∀ y ∈ Y N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y
71 64 70 bitri ⊢ ∀ w ∈ R N ⁡ A - ˙ x ≤ w ↔ ∀ y ∈ Y N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y
72 63 71 bitrdi ⊢ φ ∧ x ∈ Y → A D x 2 ≤ S 2 + 0 ↔ ∀ y ∈ Y N ⁡ A - ˙ x ≤ N ⁡ A - ˙ y