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Theorem nmoleub3

Description: The operator norm is the supremum of the value of a linear operator on the unit sphere. (Contributed by Mario Carneiro, 19-Oct-2015) (Proof shortened by AV, 29-Sep-2021)

Ref Expression
Hypotheses nmoleub2.n N = S normOp T
nmoleub2.v V = Base S
nmoleub2.l L = norm S
nmoleub2.m M = norm T
nmoleub2.g G = Scalar S
nmoleub2.w K = Base G
nmoleub2.s φ S NrmMod CMod
nmoleub2.t φ T NrmMod CMod
nmoleub2.f φ F S LMHom T
nmoleub2.a φ A *
nmoleub2.r φ R +
nmoleub3.5 φ 0 A
nmoleub3.6 φ K
Assertion nmoleub3 φ N F A x V L x = R M F x R A

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 nmoleub2.n N = S normOp T
2 nmoleub2.v V = Base S
3 nmoleub2.l L = norm S
4 nmoleub2.m M = norm T
5 nmoleub2.g G = Scalar S
6 nmoleub2.w K = Base G
7 nmoleub2.s φ S NrmMod CMod
8 nmoleub2.t φ T NrmMod CMod
9 nmoleub2.f φ F S LMHom T
10 nmoleub2.a φ A *
11 nmoleub2.r φ R +
12 nmoleub3.5 φ 0 A
13 nmoleub3.6 φ K
14 12 adantr φ x V L x = R M F x R A 0 A
15 9 ad3antrrr φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S F S LMHom T
16 13 ad3antrrr φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S K
17 11 ad3antrrr φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S R +
18 7 elin1d φ S NrmMod
19 18 ad3antrrr φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S S NrmMod
20 nlmngp S NrmMod S NrmGrp
21 19 20 syl φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S S NrmGrp
22 simprl φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S y V
23 simprr φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S y 0 S
24 eqid 0 S = 0 S
25 2 3 24 nmrpcl S NrmGrp y V y 0 S L y +
26 21 22 23 25 syl3anc φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S L y +
27 17 26 rpdivcld φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S R L y +
28 27 rpred φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S R L y
29 16 28 sseldd φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S R L y K
30 eqid S = S
31 eqid T = T
32 5 6 2 30 31 lmhmlin F S LMHom T R L y K y V F R L y S y = R L y T F y
33 15 29 22 32 syl3anc φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S F R L y S y = R L y T F y
34 33 fveq2d φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S M F R L y S y = M R L y T F y
35 8 elin1d φ T NrmMod
36 35 ad3antrrr φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S T NrmMod
37 eqid Scalar T = Scalar T
38 5 37 lmhmsca F S LMHom T Scalar T = G
39 15 38 syl φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S Scalar T = G
40 39 fveq2d φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S Base Scalar T = Base G
41 40 6 eqtr4di φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S Base Scalar T = K
42 29 41 eleqtrrd φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S R L y Base Scalar T
43 eqid Base T = Base T
44 2 43 lmhmf F S LMHom T F : V Base T
45 15 44 syl φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S F : V Base T
46 45 22 ffvelrnd φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S F y Base T
47 eqid Base Scalar T = Base Scalar T
48 eqid norm Scalar T = norm Scalar T
49 43 4 31 37 47 48 nmvs T NrmMod R L y Base Scalar T F y Base T M R L y T F y = norm Scalar T R L y M F y
50 36 42 46 49 syl3anc φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S M R L y T F y = norm Scalar T R L y M F y
51 39 fveq2d φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S norm Scalar T = norm G
52 51 fveq1d φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S norm Scalar T R L y = norm G R L y
53 7 elin2d φ S CMod
54 53 ad3antrrr φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S S CMod
55 5 6 clmabs S CMod R L y K R L y = norm G R L y
56 54 29 55 syl2anc φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S R L y = norm G R L y
57 27 rpge0d φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S 0 R L y
58 28 57 absidd φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S R L y = R L y
59 56 58 eqtr3d φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S norm G R L y = R L y
60 52 59 eqtrd φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S norm Scalar T R L y = R L y
61 60 oveq1d φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S norm Scalar T R L y M F y = R L y M F y
62 34 50 61 3eqtrd φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S M F R L y S y = R L y M F y
63 62 oveq1d φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S M F R L y S y R = R L y M F y R
64 27 rpcnd φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S R L y
65 nlmngp T NrmMod T NrmGrp
66 36 65 syl φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S T NrmGrp
67 43 4 nmcl T NrmGrp F y Base T M F y
68 66 46 67 syl2anc φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S M F y
69 68 recnd φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S M F y
70 17 rpcnd φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S R
71 17 rpne0d φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S R 0
72 64 69 70 71 divassd φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S R L y M F y R = R L y M F y R
73 26 rpcnd φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S L y
74 26 rpne0d φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S L y 0
75 69 70 73 71 74 dmdcand φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S R L y M F y R = M F y L y
76 63 72 75 3eqtrd φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S M F R L y S y R = M F y L y
77 eqid norm G = norm G
78 2 3 30 5 6 77 nmvs S NrmMod R L y K y V L R L y S y = norm G R L y L y
79 19 29 22 78 syl3anc φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S L R L y S y = norm G R L y L y
80 59 oveq1d φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S norm G R L y L y = R L y L y
81 70 73 74 divcan1d φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S R L y L y = R
82 79 80 81 3eqtrd φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S L R L y S y = R
83 fveqeq2 x = R L y S y L x = R L R L y S y = R
84 2fveq3 x = R L y S y M F x = M F R L y S y
85 84 oveq1d x = R L y S y M F x R = M F R L y S y R
86 85 breq1d x = R L y S y M F x R A M F R L y S y R A
87 83 86 imbi12d x = R L y S y L x = R M F x R A L R L y S y = R M F R L y S y R A
88 simpllr φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S x V L x = R M F x R A
89 2 5 30 6 clmvscl S CMod R L y K y V R L y S y V
90 54 29 22 89 syl3anc φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S R L y S y V
91 87 88 90 rspcdva φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S L R L y S y = R M F R L y S y R A
92 82 91 mpd φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S M F R L y S y R A
93 76 92 eqbrtrrd φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S M F y L y A
94 simplr φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S A
95 68 94 26 ledivmul2d φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S M F y L y A M F y A L y
96 93 95 mpbid φ x V L x = R M F x R A A y V y 0 S M F y A L y
97 11 adantr φ x V R +
98 97 rpred φ x V R
99 98 leidd φ x V R R
100 breq1 L x = R L x R R R
101 99 100 syl5ibrcom φ x V L x = R L x R
102 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 14 96 101 nmoleub2lem φ N F A x V L x = R M F x R A