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Theorem ipcnlem1

Description: The inner product operation of a subcomplex pre-Hilbert space is continuous. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Oct-2015)

Ref Expression
Hypotheses ipcn.v 𝑉 = ( Base ‘ 𝑊 )
ipcn.h , = ( ·𝑖𝑊 )
ipcn.d 𝐷 = ( dist ‘ 𝑊 )
ipcn.n 𝑁 = ( norm ‘ 𝑊 )
ipcn.t 𝑇 = ( ( 𝑅 / 2 ) / ( ( 𝑁𝐴 ) + 1 ) )
ipcn.u 𝑈 = ( ( 𝑅 / 2 ) / ( ( 𝑁𝐵 ) + 𝑇 ) )
ipcn.w ( 𝜑𝑊 ∈ ℂPreHil )
ipcn.a ( 𝜑𝐴𝑉 )
ipcn.b ( 𝜑𝐵𝑉 )
ipcn.r ( 𝜑𝑅 ∈ ℝ+ )
Assertion ipcnlem1 ( 𝜑 → ∃ 𝑟 ∈ ℝ+𝑥𝑉𝑦𝑉 ( ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < 𝑟 ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < 𝑟 ) → ( abs ‘ ( ( 𝐴 , 𝐵 ) − ( 𝑥 , 𝑦 ) ) ) < 𝑅 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ipcn.v 𝑉 = ( Base ‘ 𝑊 )
2 ipcn.h , = ( ·𝑖𝑊 )
3 ipcn.d 𝐷 = ( dist ‘ 𝑊 )
4 ipcn.n 𝑁 = ( norm ‘ 𝑊 )
5 ipcn.t 𝑇 = ( ( 𝑅 / 2 ) / ( ( 𝑁𝐴 ) + 1 ) )
6 ipcn.u 𝑈 = ( ( 𝑅 / 2 ) / ( ( 𝑁𝐵 ) + 𝑇 ) )
7 ipcn.w ( 𝜑𝑊 ∈ ℂPreHil )
8 ipcn.a ( 𝜑𝐴𝑉 )
9 ipcn.b ( 𝜑𝐵𝑉 )
10 ipcn.r ( 𝜑𝑅 ∈ ℝ+ )
11 10 rphalfcld ( 𝜑 → ( 𝑅 / 2 ) ∈ ℝ+ )
12 cphnlm ( 𝑊 ∈ ℂPreHil → 𝑊 ∈ NrmMod )
13 7 12 syl ( 𝜑𝑊 ∈ NrmMod )
14 nlmngp ( 𝑊 ∈ NrmMod → 𝑊 ∈ NrmGrp )
15 13 14 syl ( 𝜑𝑊 ∈ NrmGrp )
16 1 4 nmcl ( ( 𝑊 ∈ NrmGrp ∧ 𝐴𝑉 ) → ( 𝑁𝐴 ) ∈ ℝ )
17 15 8 16 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝑁𝐴 ) ∈ ℝ )
18 1 4 nmge0 ( ( 𝑊 ∈ NrmGrp ∧ 𝐴𝑉 ) → 0 ≤ ( 𝑁𝐴 ) )
19 15 8 18 syl2anc ( 𝜑 → 0 ≤ ( 𝑁𝐴 ) )
20 17 19 ge0p1rpd ( 𝜑 → ( ( 𝑁𝐴 ) + 1 ) ∈ ℝ+ )
21 11 20 rpdivcld ( 𝜑 → ( ( 𝑅 / 2 ) / ( ( 𝑁𝐴 ) + 1 ) ) ∈ ℝ+ )
22 5 21 eqeltrid ( 𝜑𝑇 ∈ ℝ+ )
23 1 4 nmcl ( ( 𝑊 ∈ NrmGrp ∧ 𝐵𝑉 ) → ( 𝑁𝐵 ) ∈ ℝ )
24 15 9 23 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝑁𝐵 ) ∈ ℝ )
25 22 rpred ( 𝜑𝑇 ∈ ℝ )
26 24 25 readdcld ( 𝜑 → ( ( 𝑁𝐵 ) + 𝑇 ) ∈ ℝ )
27 0red ( 𝜑 → 0 ∈ ℝ )
28 1 4 nmge0 ( ( 𝑊 ∈ NrmGrp ∧ 𝐵𝑉 ) → 0 ≤ ( 𝑁𝐵 ) )
29 15 9 28 syl2anc ( 𝜑 → 0 ≤ ( 𝑁𝐵 ) )
30 24 22 ltaddrpd ( 𝜑 → ( 𝑁𝐵 ) < ( ( 𝑁𝐵 ) + 𝑇 ) )
31 27 24 26 29 30 lelttrd ( 𝜑 → 0 < ( ( 𝑁𝐵 ) + 𝑇 ) )
32 26 31 elrpd ( 𝜑 → ( ( 𝑁𝐵 ) + 𝑇 ) ∈ ℝ+ )
33 11 32 rpdivcld ( 𝜑 → ( ( 𝑅 / 2 ) / ( ( 𝑁𝐵 ) + 𝑇 ) ) ∈ ℝ+ )
34 6 33 eqeltrid ( 𝜑𝑈 ∈ ℝ+ )
35 22 34 ifcld ( 𝜑 → if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∈ ℝ+ )
36 7 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → 𝑊 ∈ ℂPreHil )
37 8 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → 𝐴𝑉 )
38 9 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → 𝐵𝑉 )
39 10 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → 𝑅 ∈ ℝ+ )
40 simprll ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → 𝑥𝑉 )
41 simprlr ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → 𝑦𝑉 )
42 15 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → 𝑊 ∈ NrmGrp )
43 ngpms ( 𝑊 ∈ NrmGrp → 𝑊 ∈ MetSp )
44 42 43 syl ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → 𝑊 ∈ MetSp )
45 1 3 mscl ( ( 𝑊 ∈ MetSp ∧ 𝐴𝑉𝑥𝑉 ) → ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) ∈ ℝ )
46 44 37 40 45 syl3anc ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) ∈ ℝ )
47 35 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∈ ℝ+ )
48 47 rpred ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∈ ℝ )
49 34 rpred ( 𝜑𝑈 ∈ ℝ )
50 49 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → 𝑈 ∈ ℝ )
51 simprrl ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) )
52 25 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → 𝑇 ∈ ℝ )
53 min2 ( ( 𝑇 ∈ ℝ ∧ 𝑈 ∈ ℝ ) → if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ≤ 𝑈 )
54 52 50 53 syl2anc ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ≤ 𝑈 )
55 46 48 50 51 54 ltletrd ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < 𝑈 )
56 15 43 syl ( 𝜑𝑊 ∈ MetSp )
57 56 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → 𝑊 ∈ MetSp )
58 1 3 mscl ( ( 𝑊 ∈ MetSp ∧ 𝐵𝑉𝑦𝑉 ) → ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) ∈ ℝ )
59 57 38 41 58 syl3anc ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) ∈ ℝ )
60 simprrr ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) )
61 min1 ( ( 𝑇 ∈ ℝ ∧ 𝑈 ∈ ℝ ) → if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ≤ 𝑇 )
62 52 50 61 syl2anc ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ≤ 𝑇 )
63 59 48 52 60 62 ltletrd ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < 𝑇 )
64 1 2 3 4 5 6 36 37 38 39 40 41 55 63 ipcnlem2 ( ( 𝜑 ∧ ( ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ∧ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) ) → ( abs ‘ ( ( 𝐴 , 𝐵 ) − ( 𝑥 , 𝑦 ) ) ) < 𝑅 )
65 64 expr ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥𝑉𝑦𝑉 ) ) → ( ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) → ( abs ‘ ( ( 𝐴 , 𝐵 ) − ( 𝑥 , 𝑦 ) ) ) < 𝑅 ) )
66 65 ralrimivva ( 𝜑 → ∀ 𝑥𝑉𝑦𝑉 ( ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) → ( abs ‘ ( ( 𝐴 , 𝐵 ) − ( 𝑥 , 𝑦 ) ) ) < 𝑅 ) )
67 breq2 ( 𝑟 = if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) → ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < 𝑟 ↔ ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) )
68 breq2 ( 𝑟 = if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) → ( ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < 𝑟 ↔ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) )
69 67 68 anbi12d ( 𝑟 = if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) → ( ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < 𝑟 ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < 𝑟 ) ↔ ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) ) )
70 69 imbi1d ( 𝑟 = if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) → ( ( ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < 𝑟 ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < 𝑟 ) → ( abs ‘ ( ( 𝐴 , 𝐵 ) − ( 𝑥 , 𝑦 ) ) ) < 𝑅 ) ↔ ( ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) → ( abs ‘ ( ( 𝐴 , 𝐵 ) − ( 𝑥 , 𝑦 ) ) ) < 𝑅 ) ) )
71 70 2ralbidv ( 𝑟 = if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) → ( ∀ 𝑥𝑉𝑦𝑉 ( ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < 𝑟 ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < 𝑟 ) → ( abs ‘ ( ( 𝐴 , 𝐵 ) − ( 𝑥 , 𝑦 ) ) ) < 𝑅 ) ↔ ∀ 𝑥𝑉𝑦𝑉 ( ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) → ( abs ‘ ( ( 𝐴 , 𝐵 ) − ( 𝑥 , 𝑦 ) ) ) < 𝑅 ) ) )
72 71 rspcev ( ( if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∈ ℝ+ ∧ ∀ 𝑥𝑉𝑦𝑉 ( ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < if ( 𝑇𝑈 , 𝑇 , 𝑈 ) ) → ( abs ‘ ( ( 𝐴 , 𝐵 ) − ( 𝑥 , 𝑦 ) ) ) < 𝑅 ) ) → ∃ 𝑟 ∈ ℝ+𝑥𝑉𝑦𝑉 ( ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < 𝑟 ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < 𝑟 ) → ( abs ‘ ( ( 𝐴 , 𝐵 ) − ( 𝑥 , 𝑦 ) ) ) < 𝑅 ) )
73 35 66 72 syl2anc ( 𝜑 → ∃ 𝑟 ∈ ℝ+𝑥𝑉𝑦𝑉 ( ( ( 𝐴 𝐷 𝑥 ) < 𝑟 ∧ ( 𝐵 𝐷 𝑦 ) < 𝑟 ) → ( abs ‘ ( ( 𝐴 , 𝐵 ) − ( 𝑥 , 𝑦 ) ) ) < 𝑅 ) )