Metamath Proof Explorer


Theorem eigrei

Description: A necessary and sufficient condition (that holds when T is a Hermitian operator) for an eigenvalue B to be real. Generalization of Equation 1.30 of Hughes p. 49. (Contributed by NM, 21-Jan-2005) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypotheses eigre.1 โŠข ๐ด โˆˆ โ„‹
eigre.2 โŠข ๐ต โˆˆ โ„‚
Assertion eigrei ( ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) = ( ๐ต ยทโ„Ž ๐ด ) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž ) โ†’ ( ( ๐ด ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) ) = ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) ยทih ๐ด ) โ†” ๐ต โˆˆ โ„ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 eigre.1 โŠข ๐ด โˆˆ โ„‹
2 eigre.2 โŠข ๐ต โˆˆ โ„‚
3 oveq2 โŠข ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) = ( ๐ต ยทโ„Ž ๐ด ) โ†’ ( ๐ด ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) ) = ( ๐ด ยทih ( ๐ต ยทโ„Ž ๐ด ) ) )
4 his5 โŠข ( ( ๐ต โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โˆˆ โ„‹ โˆง ๐ด โˆˆ โ„‹ ) โ†’ ( ๐ด ยทih ( ๐ต ยทโ„Ž ๐ด ) ) = ( ( โˆ— โ€˜ ๐ต ) ยท ( ๐ด ยทih ๐ด ) ) )
5 2 1 1 4 mp3an โŠข ( ๐ด ยทih ( ๐ต ยทโ„Ž ๐ด ) ) = ( ( โˆ— โ€˜ ๐ต ) ยท ( ๐ด ยทih ๐ด ) )
6 3 5 eqtrdi โŠข ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) = ( ๐ต ยทโ„Ž ๐ด ) โ†’ ( ๐ด ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) ) = ( ( โˆ— โ€˜ ๐ต ) ยท ( ๐ด ยทih ๐ด ) ) )
7 oveq1 โŠข ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) = ( ๐ต ยทโ„Ž ๐ด ) โ†’ ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) ยทih ๐ด ) = ( ( ๐ต ยทโ„Ž ๐ด ) ยทih ๐ด ) )
8 ax-his3 โŠข ( ( ๐ต โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ด โˆˆ โ„‹ โˆง ๐ด โˆˆ โ„‹ ) โ†’ ( ( ๐ต ยทโ„Ž ๐ด ) ยทih ๐ด ) = ( ๐ต ยท ( ๐ด ยทih ๐ด ) ) )
9 2 1 1 8 mp3an โŠข ( ( ๐ต ยทโ„Ž ๐ด ) ยทih ๐ด ) = ( ๐ต ยท ( ๐ด ยทih ๐ด ) )
10 7 9 eqtrdi โŠข ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) = ( ๐ต ยทโ„Ž ๐ด ) โ†’ ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) ยทih ๐ด ) = ( ๐ต ยท ( ๐ด ยทih ๐ด ) ) )
11 6 10 eqeq12d โŠข ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) = ( ๐ต ยทโ„Ž ๐ด ) โ†’ ( ( ๐ด ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) ) = ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) ยทih ๐ด ) โ†” ( ( โˆ— โ€˜ ๐ต ) ยท ( ๐ด ยทih ๐ด ) ) = ( ๐ต ยท ( ๐ด ยทih ๐ด ) ) ) )
12 1 1 hicli โŠข ( ๐ด ยทih ๐ด ) โˆˆ โ„‚
13 ax-his4 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„‹ โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž ) โ†’ 0 < ( ๐ด ยทih ๐ด ) )
14 1 13 mpan โŠข ( ๐ด โ‰  0โ„Ž โ†’ 0 < ( ๐ด ยทih ๐ด ) )
15 14 gt0ne0d โŠข ( ๐ด โ‰  0โ„Ž โ†’ ( ๐ด ยทih ๐ด ) โ‰  0 )
16 2 cjcli โŠข ( โˆ— โ€˜ ๐ต ) โˆˆ โ„‚
17 mulcan2 โŠข ( ( ( โˆ— โ€˜ ๐ต ) โˆˆ โ„‚ โˆง ๐ต โˆˆ โ„‚ โˆง ( ( ๐ด ยทih ๐ด ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐ด ยทih ๐ด ) โ‰  0 ) ) โ†’ ( ( ( โˆ— โ€˜ ๐ต ) ยท ( ๐ด ยทih ๐ด ) ) = ( ๐ต ยท ( ๐ด ยทih ๐ด ) ) โ†” ( โˆ— โ€˜ ๐ต ) = ๐ต ) )
18 16 2 17 mp3an12 โŠข ( ( ( ๐ด ยทih ๐ด ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ๐ด ยทih ๐ด ) โ‰  0 ) โ†’ ( ( ( โˆ— โ€˜ ๐ต ) ยท ( ๐ด ยทih ๐ด ) ) = ( ๐ต ยท ( ๐ด ยทih ๐ด ) ) โ†” ( โˆ— โ€˜ ๐ต ) = ๐ต ) )
19 12 15 18 sylancr โŠข ( ๐ด โ‰  0โ„Ž โ†’ ( ( ( โˆ— โ€˜ ๐ต ) ยท ( ๐ด ยทih ๐ด ) ) = ( ๐ต ยท ( ๐ด ยทih ๐ด ) ) โ†” ( โˆ— โ€˜ ๐ต ) = ๐ต ) )
20 11 19 sylan9bb โŠข ( ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) = ( ๐ต ยทโ„Ž ๐ด ) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž ) โ†’ ( ( ๐ด ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) ) = ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) ยทih ๐ด ) โ†” ( โˆ— โ€˜ ๐ต ) = ๐ต ) )
21 2 cjrebi โŠข ( ๐ต โˆˆ โ„ โ†” ( โˆ— โ€˜ ๐ต ) = ๐ต )
22 20 21 bitr4di โŠข ( ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) = ( ๐ต ยทโ„Ž ๐ด ) โˆง ๐ด โ‰  0โ„Ž ) โ†’ ( ( ๐ด ยทih ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) ) = ( ( ๐‘‡ โ€˜ ๐ด ) ยทih ๐ด ) โ†” ๐ต โˆˆ โ„ ) )