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Theorem norm-ii 5086
Description: Triangle inequality for norms. Theorem 3.3(ii) of [Beran] p. 97.
Hypotheses
Ref Expression
norm-ii.1 A ∈ ℋ
norm-ii.2 B ∈ ℋ
Assertion
Ref Expression
norm-ii (norm ‘(A +v B)) ≤ ((norm ‘A) + (norm ‘B))

Proof of Theorem norm-ii
StepHypRef Expression
1 ax1re 4064 . . . . . . . . . . 11 1 ∈ ℝ
2 1cn 4101 . . . . . . . . . . . 12 1 ∈ ℂ
32cjre 4811 . . . . . . . . . . 11 (1 ∈ ℝ ↔ (∗ ‘1) = 1)
41, 3mpbi 164 . . . . . . . . . 10 (∗ ‘1) = 1
54opreq1i 3009 . . . . . . . . 9 ((∗ ‘1) · (B ·i A)) = (1 · (B ·i A))
6 norm-ii.2 . . . . . . . . . . 11 B ∈ ℋ
7 norm-ii.1 . . . . . . . . . . 11 A ∈ ℋ
86, 7hicl 5044 . . . . . . . . . 10 (B ·i A) ∈ ℂ
98mulid2 4115 . . . . . . . . 9 (1 · (B ·i A)) = (B ·i A)
105, 9eqtr 1119 . . . . . . . 8 ((∗ ‘1) · (B ·i A)) = (B ·i A)
117, 6hicl 5044 . . . . . . . . 9 (A ·i B) ∈ ℂ
1211mulid2 4115 . . . . . . . 8 (1 · (A ·i B)) = (A ·i B)
1310, 12opreq12i 3011 . . . . . . 7 (((∗ ‘1) · (B ·i A)) + (1 · (A ·i B))) = ((B ·i A) + (A ·i B))
14 ax0re 4063 . . . . . . . . . 10 0 ∈ ℝ
15 lt01 4377 . . . . . . . . . 10 0 < 1
1614, 1, 15ltlei 4303 . . . . . . . . 9 0 ≤ 1
171absid 4850 . . . . . . . . 9 (0 ≤ 1 → (abs ‘1) = 1)
1816, 17ax-mp 6 . . . . . . . 8 (abs ‘1) = 1
192, 6, 7, 18normlem7 5069 . . . . . . 7 (((∗ ‘1) · (B ·i A)) + (1 · (A ·i B))) ≤ (2 · ((√ ‘(A ·i A)) · (√ ‘(B ·i B))))
2013, 19eqbrtrr 2078 . . . . . 6 ((B ·i A) + (A ·i B)) ≤ (2 · ((√ ‘(A ·i A)) · (√ ‘(B ·i B))))
21 cleqid 1102 . . . . . . . . . 10 -(((∗ ‘1) · (B ·i A)) + (1 · (A ·i B))) = -(((∗ ‘1) · (B ·i A)) + (1 · (A ·i B)))
222, 6, 7, 21normlem2 5064 . . . . . . . . 9 -(((∗ ‘1) · (B ·i A)) + (1 · (A ·i B))) ∈ ℝ
232cjcl 4804 . . . . . . . . . . . 12 (∗ ‘1) ∈ ℂ
2423, 8mulcl 4105 . . . . . . . . . . 11 ((∗ ‘1) · (B ·i A)) ∈ ℂ
252, 11mulcl 4105 . . . . . . . . . . 11 (1 · (A ·i B)) ∈ ℂ
2624, 25addcl 4104 . . . . . . . . . 10 (((∗ ‘1) · (B ·i A)) + (1 · (A ·i B))) ∈ ℂ
2726negre 4825 . . . . . . . . 9 (-(((∗ ‘1) · (B ·i A)) + (1 · (A ·i B))) ∈ ℝ ↔ (((∗ ‘1) · (B ·i A)) + (1 · (A ·i B))) ∈ ℝ)
2822, 27mpbi 164 . . . . . . . 8 (((∗ ‘1) · (B ·i A)) + (1 · (A ·i B))) ∈ ℝ
2913, 28eqeltrr 1160 . . . . . . 7 ((B ·i A) + (A ·i B)) ∈ ℝ
30 2re 4470 . . . . . . . 8 2 ∈ ℝ
31 hiidge0t 5056 . . . . . . . . . . 11 (A ∈ ℋ → 0 ≤ (A ·i A))
327, 31ax-mp 6 . . . . . . . . . 10 0 ≤ (A ·i A)
33 hiidrclt 5053 . . . . . . . . . . . 12 (A ∈ ℋ → (A ·i A) ∈ ℝ)
347, 33ax-mp 6 . . . . . . . . . . 11 (A ·i A) ∈ ℝ
3534sqrcl 4758 . . . . . . . . . 10 (0 ≤ (A ·i A) → (√ ‘(A ·i A)) ∈ ℝ)
3632, 35ax-mp 6 . . . . . . . . 9 (√ ‘(A ·i A)) ∈ ℝ
37 hiidge0t 5056 . . . . . . . . . . 11 (B ∈ ℋ → 0 ≤ (B ·i B))
386, 37ax-mp 6 . . . . . . . . . 10 0 ≤ (B ·i B)
39 hiidrclt 5053 . . . . . . . . . . . 12 (B ∈ ℋ → (B ·i B) ∈ ℝ)
406, 39ax-mp 6 . . . . . . . . . . 11 (B ·i B) ∈ ℝ
4140sqrcl 4758 . . . . . . . . . 10 (0 ≤ (B ·i B) → (√ ‘(B ·i B)) ∈ ℝ)
4238, 41ax-mp 6 . . . . . . . . 9 (√ ‘(B ·i B)) ∈ ℝ
4336, 42remulcl 4119 . . . . . . . 8 ((√ ‘(A ·i A)) · (√ ‘(B ·i B))) ∈ ℝ
4430, 43remulcl 4119 . . . . . . 7 (2 · ((√ ‘(A ·i A)) · (√ ‘(B ·i B)))) ∈ ℝ
4534, 40readdcl 4118 . . . . . . 7 ((A ·i A) + (B ·i B)) ∈ ℝ
4629, 44, 45leadd2 4315 . . . . . 6 (((B ·i A) + (A ·i B)) ≤ (2 · ((√ ‘(A ·i A)) · (√ ‘(B ·i B)))) ↔ (((A ·i A) + (B ·i B)) + ((B ·i A) + (A ·i B))) ≤ (((A ·i A) + (B ·i B)) + (2 · ((√ ‘(A ·i A)) · (√ ‘(B ·i B))))))
4720, 46mpbi 164 . . . . 5 (((A ·i A) + (B ·i B)) + ((B ·i A) + (A ·i B))) ≤ (((A ·i A) + (B ·i B)) + (2 · ((√ ‘(A ·i A)) · (√ ‘(B ·i B)))))
487, 6hvaddcl 4999 . . . . . . 7 (A +v B) ∈ ℋ
49 his7 5051 . . . . . . 7 (((A +v B) ∈ ℋ ∧ A ∈ ℋ ∧ B ∈ ℋ ) → ((A +v B) ·i (A +v B)) = (((A +v B) ·i A) + ((A +v B) ·i B)))
5048, 7, 6, 49mp3an 642 . . . . . 6 ((A +v B) ·i (A +v B)) = (((A +v B) ·i A) + ((A +v B) ·i B))
51 ax-his2 5046 . . . . . . . . 9 ((A ∈ ℋ ∧ B ∈ ℋ ∧ A ∈ ℋ ) → ((A +v B) ·i A) = ((A ·i A) + (B ·i A)))
527, 6, 7, 51mp3an 642 . . . . . . . 8 ((A +v B) ·i A) = ((A ·i A) + (B ·i A))
53 ax-his2 5046 . . . . . . . . 9 ((A ∈ ℋ ∧ B ∈ ℋ ∧ B ∈ ℋ ) → ((A +v B) ·i B) = ((A ·i B) + (B ·i B)))
547, 6, 6, 53mp3an 642 . . . . . . . 8 ((A +v B) ·i B) = ((A ·i B) + (B ·i B))
5552, 54opreq12i 3011 . . . . . . 7 (((A +v B) ·i A) + ((A +v B) ·i B)) = (((A ·i A) + (B ·i A)) + ((A ·i B) + (B ·i B)))
567, 7hicl 5044 . . . . . . . . 9 (A ·i A) ∈ ℂ
5756, 8addcl 4104 . . . . . . . 8 ((A ·i A) + (B ·i A)) ∈ ℂ
586, 6hicl 5044 . . . . . . . 8 (B ·i B) ∈ ℂ
5957, 11, 58addass 4108 . . . . . . 7 ((((A ·i A) + (B ·i A)) + (A ·i B)) + (B ·i B)) = (((A ·i A) + (B ·i A)) + ((A ·i B) + (B ·i B)))
6055, 59eqtr4 1122 . . . . . 6 (((A +v B) ·i A) + ((A +v B) ·i B)) = ((((A ·i A) + (B ·i A)) + (A ·i B)) + (B ·i B))
6156, 8, 11addass 4108 . . . . . . . 8 (((A ·i A) + (B ·i A)) + (A ·i B)) = ((A ·i A) + ((B ·i A) + (A ·i B)))
6261opreq1i 3009 . . . . . . 7 ((((A ·i A) + (B ·i A)) + (A ·i B)) + (B ·i B)) = (((A ·i A) + ((B ·i A) + (A ·i B))) + (B ·i B))
638, 11addcl 4104 . . . . . . . 8 ((B ·i A) + (A ·i B)) ∈ ℂ
6456, 63, 58add23 4129 . . . . . . 7 (((A ·i A) + ((B ·i A) + (A ·i B))) + (B ·i B)) = (((A ·i A) + (B ·i B)) + ((B ·i A) + (A ·i B)))
6562, 64eqtr 1119 . . . . . 6 ((((A ·i A) + (B ·i A)) + (A ·i B)) + (B ·i B)) = (((A ·i A) + (B ·i B)) + ((B ·i A) + (A ·i B)))
6650, 60, 653eqtr 1123 . . . . 5 ((A +v B) ·i (A +v B)) = (((A ·i A) + (B ·i B)) + ((B ·i A) + (A ·i B)))
6736recn 4098 . . . . . . 7 (√ ‘(A ·i A)) ∈ ℂ
6842recn 4098 . . . . . . 7 (√ ‘(B ·i B)) ∈ ℂ
6967, 68binom 4712 . . . . . 6 (((√ ‘(A ·i A)) + (√ ‘(B ·i B)))↑2) = ((((√ ‘(A ·i A))↑2) + (2 · ((√ ‘(A ·i A)) · (√ ‘(B ·i B))))) + ((√ ‘(B ·i B))↑2))
7067sqcl 4686 . . . . . . 7 ((√ ‘(A ·i A))↑2) ∈ ℂ
71 2cn 4471 . . . . . . . 8 2 ∈ ℂ
7267, 68mulcl 4105 . . . . . . . 8 ((√ ‘(A ·i A)) · (√ ‘(B ·i B))) ∈ ℂ
7371, 72mulcl 4105 . . . . . . 7 (2 · ((√ ‘(A ·i A)) · (√ ‘(B ·i B)))) ∈ ℂ
7468sqcl 4686 . . . . . . 7 ((√ ‘(B ·i B))↑2) ∈ ℂ
7570, 73, 74add23 4129 . . . . . 6 ((((√ ‘(A ·i A))↑2) + (2 · ((√ ‘(A ·i A)) · (√ ‘(B ·i B))))) + ((√ ‘(B ·i B))↑2)) = ((((√ ‘(A ·i A))↑2) + ((√ ‘(B ·i B))↑2)) + (2 · ((√ ‘(A ·i A)) · (√ ‘(B ·i B)))))
7634sqsqr 4775 . . . . . . . . 9 (0 ≤ (A ·i A) → ((√ ‘(A ·i A))↑2) = (A ·i A))
7732, 76ax-mp 6 . . . . . . . 8 ((√ ‘(A ·i A))↑2) = (A ·i A)
7840sqsqr 4775 . . . . . . . . 9 (0 ≤ (B ·i B) → ((√ ‘(B ·i B))↑2) = (B ·i B))
7938, 78ax-mp 6 . . . . . . . 8 ((√ ‘(B ·i B))↑2) = (B ·i B)
8077, 79opreq12i 3011 . . . . . . 7 (((√ ‘(A ·i A))↑2) + ((√ ‘(B ·i B))↑2)) = ((A ·i A) + (B ·i B))
8180opreq1i 3009 . . . . . 6 ((((√ ‘(A ·i A))↑2) + ((√ ‘(B ·i B))↑2)) + (2 · ((√ ‘(A ·i A)) · (√ ‘(B ·i B))))) = (((A ·i A) + (B ·i B)) + (2 · ((√ ‘(A ·i A)) · (√ ‘(B ·i B)))))
8269, 75, 813eqtr 1123 . . . . 5 (((√ ‘(A ·i A)) + (√ ‘(B ·i B)))↑2) = (((A ·i A) + (B ·i B)) + (2 · ((√ ‘(A ·i A)) · (√ ‘(B ·i B)))))
8347, 66, 823brtr4 2085 . . . 4 ((A +v B) ·i (A +v B)) ≤ (((√ ‘(A ·i A)) + (√ ‘(B ·i B)))↑2)
84 hiidge0t 5056 . . . . . 6 ((A +v B) ∈ ℋ → 0 ≤ ((A +v B) ·i (A +v B)))
8548, 84ax-mp 6 . . . . 5 0 ≤ ((A +v B) ·i (A +v B))
8636, 42readdcl 4118 . . . . . 6 ((√ ‘(A ·i A)) + (√ ‘(B ·i B))) ∈ ℝ
8786sqege0 4704 . . . . 5 0 ≤ (((√ ‘(A ·i A)) + (√ ‘(B ·i B)))↑2)
88 hiidrclt 5053 . . . . . . 7 ((A +v B) ∈ ℋ → ((A +v B) ·i (A +v B)) ∈ ℝ)
8948, 88ax-mp 6 . . . . . 6 ((A +v B) ·i (A +v B)) ∈ ℝ
9086sqrecl 4699 . . . . . 6 (((√ ‘(A ·i A)) + (√ ‘(B ·i B)))↑2) ∈ ℝ
9189, 90sqrle 4765 . . . . 5 ((0 ≤ ((A +v B) ·i (A +v B)) ∧ 0 ≤ (((√ ‘(A ·i A)) + (√ ‘(B ·i B)))↑2)) → (((A +v B) ·i (A +v B)) ≤ (((√ ‘(A ·i A)) + (√ ‘(B ·i B)))↑2) ↔ (√ ‘((A +v B) ·i (A +v B))) ≤ (√ ‘(((√ ‘(A ·i A)) + (√ ‘(B ·i B)))↑2))))
9285, 87, 91mp2an 520 . . . 4 (((A +v B) ·i (A +v B)) ≤ (((√ ‘(A ·i A)) + (√ ‘(B ·i B)))↑2) ↔ (√ ‘((A +v B) ·i (A +v B))) ≤ (√ ‘(((√ ‘(A ·i A)) + (√ ‘(B ·i B)))↑2)))
9383, 92mpbi 164 . . 3 (√ ‘((A +v B) ·i (A +v B))) ≤ (√ ‘(((√ ‘(A ·i A)) + (√ ‘(B ·i B)))↑2))
9434sqrge0 4760 . . . . . 6 (0 ≤ (A ·i A) → 0 ≤ (√ ‘(A ·i A)))
9532, 94ax-mp 6 . . . . 5 0 ≤ (√ ‘(A ·i A))
9640sqrge0 4760 . . . . . 6 (0 ≤ (B ·i B) → 0 ≤ (√ ‘(B ·i B)))
9738, 96ax-mp 6 . . . . 5 0 ≤ (√ ‘(B ·i B))
9836, 42addge0 4324 . . . . 5 ((0 ≤ (√ ‘(A ·i A)) ∧ 0 ≤ (√ ‘(B ·i B))) → 0 ≤ ((√ ‘(A ·i A)) + (√ ‘(B ·i B))))
9995, 97, 98mp2an 520 . . . 4 0 ≤ ((√ ‘(A ·i A)) + (√ ‘(B ·i B)))
10086sqrsqe 4774 . . . 4 (0 ≤ ((√ ‘(A ·i A)) + (√ ‘(B ·i B))) → (√ ‘(((√ ‘(A ·i A)) + (√ ‘(B ·i B)))↑2)) = ((√ ‘(A ·i A)) + (√ ‘(B ·i B))))
10199, 100ax-mp 6 . . 3 (√ ‘(((√ ‘(A ·i A)) + (√ ‘(B ·i B)))↑2)) = ((√ ‘(A ·i A)) + (√ ‘(B ·i B)))
10293, 101breqtr 2080 . 2 (√ ‘((A +v B) ·i (A +v B))) ≤ ((√ ‘(A ·i A)) + (√ ‘(B ·i B)))
103 normvalt 5075 . . 3 ((A +v B) ∈ ℋ → (norm ‘(A +v B)) = (√ ‘((A +v B) ·i (A +v B))))
10448, 103ax-mp 6 . 2 (norm ‘(A +v B)) = (√ ‘((A +v B) ·i (A +v B)))
105 normvalt 5075 . . . 4 (A ∈ ℋ → (norm ‘A) = (√ ‘(A ·i A)))
1067, 105ax-mp 6 . . 3 (norm ‘A) = (√ ‘(A ·i A))
107 normvalt 5075 . . . 4 (B ∈ ℋ → (norm ‘B) = (√ ‘(B ·i B)))
1086, 107ax-mp 6 . . 3 (norm ‘B) = (√ ‘(B ·i B))
109106, 108opreq12i 3011 . 2 ((norm ‘A) + (norm ‘B)) = ((√ ‘(A ·i A)) + (√ ‘(B ·i B)))
110102, 104, 1093brtr4 2085 1 (norm ‘(A +v B)) ≤ ((norm ‘A) + (norm ‘B))
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   ↔ wb 127   = wceq 1091   ∈ wcel 1092   class class class wbr 2054   ‘cfv 2422  (class class class)co 3001  ℝcr 4027  0cc0 4028  1c1 4029   + caddc 4031   · cmulc 4032  -cneg 4090   ≤ cle 4092  2c2 4454  ↑cexp 4675  √csqr 4727  ∗ccj 4788  abscabs 4789   ℋ chil 4958   +v cva 4959   ·i csp 4963  normcno 4964
This theorem is referenced by:  norm3dif 5094
This theorem was proved from axioms:  ax-1 3  ax-2 4  ax-3 5  ax-mp 6  ax-4 673  ax-5 674  ax-6 675  ax-7 676  ax-gen 677  ax-8 798  ax-9 799  ax-10 800  ax-11 801  ax-12 802  ax-13 804  ax-14 805  ax-16 922  ax-17 925  ax-ext 1074  ax-rep 1075  ax-un 1076  ax-pow 1077  ax-reg 1078  ax-inf 1079  ax-hvaddcl 4984  ax-hvzercl 4987  ax-hvmulcl 4989  ax-hvmulass 4992  ax-hvmulzer 4995  ax-hicl 5043  ax-his1 5045  ax-his2 5046  ax-his3 5047  ax-his4 5048
This theorem depends on definitions:  df-bi 128  df-or 197  df-an 198  df-3or 582  df-3an 583  df-ex 679  df-sb 853  df-eu 1009  df-mo 1010  df-clab 1093  df-cleq 1097  df-clel 1099  df-ne 1192  df-ral 1205  df-rex 1206  df-reu 1207  df-rab 1208  df-v 1349  df-sbc 1441  df-dif 1489  df-un 1490  df-in 1491  df-ss 1492  df-pss 1494  df-nul 1708  df-if 1777  df-pw 1799  df-sn 1811  df-pr 1812  df-tp 1814  df-op 1815  df-uni 1920  df-int 1966  df-iun 1996  df-tr 2042  df-br 2063  df-opab 2098  df-eprel 2122  df-id 2125  df-po 2128  df-so 2138  df-sup 2154  df-fr 2169  df-we 2186  df-ord 2202  df-on 2203  df-lim 2204  df-suc 2205  df-om 2373  df-xp 2424  df-rel 2425  df-cnv 2426  df-co 2427  df-dm 2428  df-rn 2429  df-res 2430  df-ima 2431  df-fun 2432  df-fn 2433  df-f 2434  df-f1 2435  df-fo 2436  df-f1o 2437  df-fv 2438  df-rdg 2970  df-opr 3003  df-oprab 3004  df-1st 3087  df-2nd 3088  df-1o 3104  df-oadd 3106  df-omul 3107  df-er 3200  df-ec 3202  df-qs 3205  df-ni 3794  df-pli 3795  df-mi 3796  df-lti 3797  df-plpq 3829  df-mpq 3830  df-enq 3831  df-nq 3832  df-plq 3833  df-mq 3834  df-rq 3835  df-ltq 3836  df-1q 3837  df-np 3880  df-1p 3881  df-plp 3882  df-mp 3883  df-ltp 3884  df-plpr 3958  df-mpr 3959  df-enr 3960  df-nr 3961  df-plr 3962  df-mr 3963  df-ltr 3964  df-0r 3965  df-1r 3966  df-m1r 3967  df-c 4034  df-0 4035  df-1 4036  df-i 4037  df-r 4038  df-plus 4039  df-mul 4040  df-lt 4041  df-sub 4133  df-neg 4135  df-div 4216  df-le 4277  df-n 4423  df-2 4462  df-3 4463  df-4 4464  df-n0 4535  df-z 4564  df-seq 4661  df-exp 4676  df-sqr 4728  df-re 4790  df-im 4791  df-cj 4792  df-abs 4793  df-hvsub 4996  df-hnorm 5074
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