HomeHome Hilbert Space Explorer < Previous   Next >
Related theorems
GIF version

Theorem projlem28 5220
Description: Part of Lemma 3.6 of [Beran] p. 101. Boundedness to show F is a Cauchy sequence. Used by projlem29 5221.
Hypotheses
Ref Expression
projlem27.1 A ∈ ℋ
projlem27.2 HC
projlem27.3 S = {u ∈ ℝ∣∃vH u = -(norm ‘(vv A))}
projlem27.4 R = -sup(S, ℝ, < )
projlem27.5 (φ ↔ (F:ℕ–→H ∧ ∀w ∈ ℕ ((R − (1 / w)) < (norm ‘((Fw) −v A)) ∧ (norm ‘((Fw) −v A)) < (R + (1 / w)))))
projlem28.6 D ∈ ℝ
Assertion
Ref Expression
projlem28 (φ → (0 < D → ∃z ∈ ℕ ∀x ∈ ℕ ∀y ∈ ℕ ((zxzy) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < D)))
Distinct variable group(s):   v,u,x,y,z,w,A   u,H,v,x,z   x,D,y,z,w   x,F,y,w,z   x,R,y,z,w   φ,x,y,z

Proof of Theorem projlem28
StepHypRef Expression
1 breq1 2065 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (z = if(z ∈ ℕ, z, 1) → (zx ↔ if(z ∈ ℕ, z, 1) ≤ x))
2 breq1 2065 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (z = if(z ∈ ℕ, z, 1) → (zy ↔ if(z ∈ ℕ, z, 1) ≤ y))
31, 2anbi12d 476 . . . . . . . . . . . . . . 15 (z = if(z ∈ ℕ, z, 1) → ((zxzy) ↔ (if(z ∈ ℕ, z, 1) ≤ x ∧ if(z ∈ ℕ, z, 1) ≤ y)))
4 opreq2 3007 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (z = if(z ∈ ℕ, z, 1) → ((4 · ((2 · R) + 1)) / z) = ((4 · ((2 · R) + 1)) / if(z ∈ ℕ, z, 1)))
54fveq2d 2836 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (z = if(z ∈ ℕ, z, 1) → (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) = (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / if(z ∈ ℕ, z, 1))))
65breq2d 2072 . . . . . . . . . . . . . . 15 (z = if(z ∈ ℕ, z, 1) → ((norm ‘((Fx) −v (Fy))) < (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) ↔ (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / if(z ∈ ℕ, z, 1)))))
73, 6imbi12d 474 . . . . . . . . . . . . . 14 (z = if(z ∈ ℕ, z, 1) → (((zxzy) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z))) ↔ ((if(z ∈ ℕ, z, 1) ≤ x ∧ if(z ∈ ℕ, z, 1) ≤ y) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / if(z ∈ ℕ, z, 1))))))
87imbi2d 464 . . . . . . . . . . . . 13 (z = if(z ∈ ℕ, z, 1) → (((φ ∧ (x ∈ ℕ ∧ y ∈ ℕ)) → ((zxzy) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)))) ↔ ((φ ∧ (x ∈ ℕ ∧ y ∈ ℕ)) → ((if(z ∈ ℕ, z, 1) ≤ x ∧ if(z ∈ ℕ, z, 1) ≤ y) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / if(z ∈ ℕ, z, 1)))))))
9 projlem27.1 . . . . . . . . . . . . . 14 A ∈ ℋ
10 projlem27.2 . . . . . . . . . . . . . 14 HC
11 projlem27.3 . . . . . . . . . . . . . 14 S = {u ∈ ℝ∣∃vH u = -(norm ‘(vv A))}
12 projlem27.4 . . . . . . . . . . . . . 14 R = -sup(S, ℝ, < )
13 projlem27.5 . . . . . . . . . . . . . 14 (φ ↔ (F:ℕ–→H ∧ ∀w ∈ ℕ ((R − (1 / w)) < (norm ‘((Fw) −v A)) ∧ (norm ‘((Fw) −v A)) < (R + (1 / w)))))
14 1nn 4432 . . . . . . . . . . . . . . 15 1 ∈ ℕ
1514elimel 1793 . . . . . . . . . . . . . 14 if(z ∈ ℕ, z, 1) ∈ ℕ
169, 10, 11, 12, 13, 15projlem27 5219 . . . . . . . . . . . . 13 ((φ ∧ (x ∈ ℕ ∧ y ∈ ℕ)) → ((if(z ∈ ℕ, z, 1) ≤ x ∧ if(z ∈ ℕ, z, 1) ≤ y) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / if(z ∈ ℕ, z, 1)))))
178, 16dedth 1784 . . . . . . . . . . . 12 (z ∈ ℕ → ((φ ∧ (x ∈ ℕ ∧ y ∈ ℕ)) → ((zxzy) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)))))
1817exp3a 292 . . . . . . . . . . 11 (z ∈ ℕ → (φ → ((x ∈ ℕ ∧ y ∈ ℕ) → ((zxzy) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z))))))
1918com12 13 . . . . . . . . . 10 (φ → (z ∈ ℕ → ((x ∈ ℕ ∧ y ∈ ℕ) → ((zxzy) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z))))))
2019imp31 280 . . . . . . . . 9 (((φz ∈ ℕ) ∧ (x ∈ ℕ ∧ y ∈ ℕ)) → ((zxzy) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z))))
2120adantlr 310 . . . . . . . 8 ((((φz ∈ ℕ) ∧ (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) < D) ∧ (x ∈ ℕ ∧ y ∈ ℕ)) → ((zxzy) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z))))
22 projlem28.6 . . . . . . . . . . . . . . . 16 D ∈ ℝ
23 axlttrn 4084 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((norm ‘((Fx) −v (Fy))) ∈ ℝ ∧ (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ) → (((norm ‘((Fx) −v (Fy))) < (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) ∧ (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) < D) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < D))
2422, 23mp3an3 641 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((norm ‘((Fx) −v (Fy))) ∈ ℝ ∧ (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) ∈ ℝ) → (((norm ‘((Fx) −v (Fy))) < (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) ∧ (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) < D) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < D))
25 hvsubclt 4998 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((Fx) ∈ ℋ ∧ (Fy) ∈ ℋ ) → ((Fx) −v (Fy)) ∈ ℋ )
2613projlem21 5213 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (φ → (x ∈ ℕ → (Fx) ∈ H))
2726imp 277 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((φx ∈ ℕ) → (Fx) ∈ H)
2810chel 5137 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((Fx) ∈ H → (Fx) ∈ ℋ )
2927, 28syl 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((φx ∈ ℕ) → (Fx) ∈ ℋ )
3013projlem21 5213 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (φ → (y ∈ ℕ → (Fy) ∈ H))
3130imp 277 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((φy ∈ ℕ) → (Fy) ∈ H)
3210chel 5137 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((Fy) ∈ H → (Fy) ∈ ℋ )
3331, 32syl 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((φy ∈ ℕ) → (Fy) ∈ ℋ )
3425, 29, 33syl2an 349 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((φx ∈ ℕ) ∧ (φy ∈ ℕ)) → ((Fx) −v (Fy)) ∈ ℋ )
3534anandis 394 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((φ ∧ (x ∈ ℕ ∧ y ∈ ℕ)) → ((Fx) −v (Fy)) ∈ ℋ )
36 normclt 5076 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((Fx) −v (Fy)) ∈ ℋ → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) ∈ ℝ)
3735, 36syl 12 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((φ ∧ (x ∈ ℕ ∧ y ∈ ℕ)) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) ∈ ℝ)
38 sqrclt 4767 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((((4 · ((2 · R) + 1)) / z) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ ((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) → (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) ∈ ℝ)
39 redivclt 4276 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((((4 · ((2 · R) + 1)) ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ) ∧ z ≠ 0) → ((4 · ((2 · R) + 1)) / z) ∈ ℝ)
40 nnret 4427 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (z ∈ ℕ → z ∈ ℝ)
41 4re 4473 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 4 ∈ ℝ
42 2re 4470 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2 ∈ ℝ
439, 10, 11, 12projlem11 5203 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 R ∈ ℝ
4442, 43remulcl 4119 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (2 · R) ∈ ℝ
45 ax1re 4064 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1 ∈ ℝ
4644, 45readdcl 4118 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((2 · R) + 1) ∈ ℝ
4741, 46remulcl 4119 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (4 · ((2 · R) + 1)) ∈ ℝ
4840, 47jctil 240 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (z ∈ ℕ → ((4 · ((2 · R) + 1)) ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ))
49 nnne0t 4444 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (z ∈ ℕ → z ≠ 0)
5039, 48, 49sylanc 361 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (z ∈ ℕ → ((4 · ((2 · R) + 1)) / z) ∈ ℝ)
51 divge0t 4403 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((4 · ((2 · R) + 1)) ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ) → ((0 ≤ (4 · ((2 · R) + 1)) ∧ 0 < z) → 0 ≤ ((4 · ((2 · R) + 1)) / z)))
52 nngt0t 4441 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (z ∈ ℕ → 0 < z)
53 ax0re 4063 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 0 ∈ ℝ
54 4pos 4481 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 0 < 4
5553, 41, 54ltlei 4303 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 0 ≤ 4
56 2pos 4479 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 0 < 2
5753, 42, 56ltlei 4303 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 0 ≤ 2
589, 10, 11, 12projlem13 5205 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 0 ≤ R
5942, 43mulge0 4335 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((0 ≤ 2 ∧ 0 ≤ R) → 0 ≤ (2 · R))
6057, 58, 59mp2an 520 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 0 ≤ (2 · R)
61 lt01 4377 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 0 < 1
6253, 45, 61ltlei 4303 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 0 ≤ 1
6344, 45addge0 4324 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((0 ≤ (2 · R) ∧ 0 ≤ 1) → 0 ≤ ((2 · R) + 1))
6460, 62, 63mp2an 520 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 0 ≤ ((2 · R) + 1)
6541, 46mulge0 4335 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((0 ≤ 4 ∧ 0 ≤ ((2 · R) + 1)) → 0 ≤ (4 · ((2 · R) + 1)))
6655, 64, 65mp2an 520 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 0 ≤ (4 · ((2 · R) + 1))
6752, 66jctil 240 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (z ∈ ℕ → (0 ≤ (4 · ((2 · R) + 1)) ∧ 0 < z))
6851, 48, 67sylc 62 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (z ∈ ℕ → 0 ≤ ((4 · ((2 · R) + 1)) / z))
6938, 50, 68sylanc 361 . . . . . . . . . . . . . . 15 (z ∈ ℕ → (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) ∈ ℝ)
7024, 37, 69syl2an 349 . . . . . . . . . . . . . 14 (((φ ∧ (x ∈ ℕ ∧ y ∈ ℕ)) ∧ z ∈ ℕ) → (((norm ‘((Fx) −v (Fy))) < (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) ∧ (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) < D) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < D))
7170exp4b 296 . . . . . . . . . . . . 13 ((φ ∧ (x ∈ ℕ ∧ y ∈ ℕ)) → (z ∈ ℕ → ((norm ‘((Fx) −v (Fy))) < (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) → ((√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) < D → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < D))))
7271com4r 41 . . . . . . . . . . . 12 ((√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) < D → ((φ ∧ (x ∈ ℕ ∧ y ∈ ℕ)) → (z ∈ ℕ → ((norm ‘((Fx) −v (Fy))) < (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < D))))
7372exp3a 292 . . . . . . . . . . 11 ((√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) < D → (φ → ((x ∈ ℕ ∧ y ∈ ℕ) → (z ∈ ℕ → ((norm ‘((Fx) −v (Fy))) < (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < D)))))
7473com4t 40 . . . . . . . . . 10 ((x ∈ ℕ ∧ y ∈ ℕ) → (z ∈ ℕ → ((√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) < D → (φ → ((norm ‘((Fx) −v (Fy))) < (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < D)))))
7574com14 38 . . . . . . . . 9 (φ → (z ∈ ℕ → ((√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) < D → ((x ∈ ℕ ∧ y ∈ ℕ) → ((norm ‘((Fx) −v (Fy))) < (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < D)))))
7675imp41 286 . . . . . . . 8 ((((φz ∈ ℕ) ∧ (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) < D) ∧ (x ∈ ℕ ∧ y ∈ ℕ)) → ((norm ‘((Fx) −v (Fy))) < (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < D))
7721, 76syld 27 . . . . . . 7 ((((φz ∈ ℕ) ∧ (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) < D) ∧ (x ∈ ℕ ∧ y ∈ ℕ)) → ((zxzy) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < D))
7877exp 291 . . . . . 6 (((φz ∈ ℕ) ∧ (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) < D) → ((x ∈ ℕ ∧ y ∈ ℕ) → ((zxzy) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < D)))
797819.21aivv 944 . . . . 5 (((φz ∈ ℕ) ∧ (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) < D) → ∀xy((x ∈ ℕ ∧ y ∈ ℕ) → ((zxzy) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < D)))
80 r2al 1231 . . . . 5 (∀x ∈ ℕ ∀y ∈ ℕ ((zxzy) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < D) ↔ ∀xy((x ∈ ℕ ∧ y ∈ ℕ) → ((zxzy) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < D)))
8179, 80sylibr 175 . . . 4 (((φz ∈ ℕ) ∧ (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) < D) → ∀x ∈ ℕ ∀y ∈ ℕ ((zxzy) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < D))
8281exp 291 . . 3 ((φz ∈ ℕ) → ((√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) < D → ∀x ∈ ℕ ∀y ∈ ℕ ((zxzy) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < D)))
8382r19.22dva 1280 . 2 (φ → (∃z ∈ ℕ (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) < D → ∃z ∈ ℕ ∀x ∈ ℕ ∀y ∈ ℕ ((zxzy) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < D)))
8443, 22, 58projlem2 5194 . 2 (0 < D → ∃z ∈ ℕ (√ ‘((4 · ((2 · R) + 1)) / z)) < D)
8583, 84syl5 22 1 (φ → (0 < D → ∃z ∈ ℕ ∀x ∈ ℕ ∀y ∈ ℕ ((zxzy) → (norm ‘((Fx) −v (Fy))) < D)))
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   → wi 2   ↔ wb 127   ∧ wa 196  ∀wal 672   = wceq 1091   ∈ wcel 1092   ≠ wne 1190  ∀wral 1201  ∃wrex 1202  {crab 1204  ifcif 1776   class class class wbr 2054  supcsup 2060  –→wf 2418   ‘cfv 2422  (class class class)co 3001  ℝcr 4027  0cc0 4028  1c1 4029   + caddc 4031   · cmulc 4032   < clt 4033   − cmin 4089  -cneg 4090   / cdiv 4091   ≤ cle 4092  ℕcn 4093  2c2 4454  4c4 4456  √csqr 4727   ℋ chil 4958   −v cmv 4962  normcno 4964   C cch 4968
This theorem is referenced by:  projlem29 5221
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-hilex 4983  ax-hvaddcl 4984  ax-hvcom 4985  ax-hvass 4986  ax-hvzercl 4987  ax-hvaddid 4988  ax-hvmulcl 4989  ax-hvmulid 4991  ax-hvmulass 4992  ax-hvdistr1 4993  ax-hvdistr2 4994  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  df-sh 5114  df-ch 5127
metamath.org