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Theorem strlem1 26873
Description: Lemma for strong state theorem: if closed subspace  A is not contained in  B, there is a unit vector  u in their difference. (Contributed by NM, 25-Oct-1999.) (New usage is discouraged.)
Hypotheses
Ref Expression
strlem1.1  |-  A  e. 
CH
strlem1.2  |-  B  e. 
CH
Assertion
Ref Expression
strlem1  |-  ( -.  A  C_  B  ->  E. u  e.  ( A 
\  B ) (
normh `  u )  =  1 )
Distinct variable groups:    u, A    u, B

Proof of Theorem strlem1
Dummy variable  x is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 neq0 3795 . . 3  |-  ( -.  ( A  \  B
)  =  (/)  <->  E. x  x  e.  ( A  \  B ) )
2 ssdif0 3885 . . 3  |-  ( A 
C_  B  <->  ( A  \  B )  =  (/) )
31, 2xchnxbir 309 . 2  |-  ( -.  A  C_  B  <->  E. x  x  e.  ( A  \  B ) )
4 eldifi 3626 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  x  e.  A )
5 strlem1.1 . . . . . . . . . . . 12  |-  A  e. 
CH
65cheli 25854 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  e.  A  ->  x  e.  ~H )
7 normcl 25746 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  e.  ~H  ->  ( normh `  x )  e.  RR )
84, 6, 73syl 20 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  ( normh `  x )  e.  RR )
9 strlem1.2 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  B  e. 
CH
10 ch0 25850 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( B  e.  CH  ->  0h  e.  B )
119, 10ax-mp 5 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  0h  e.  B
12 eldifn 3627 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( 0h  e.  ( A  \  B )  ->  -.  0h  e.  B )
1311, 12mt2 179 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  -.  0h  e.  ( A  \  B
)
14 eleq1 2539 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( x  =  0h  ->  (
x  e.  ( A 
\  B )  <->  0h  e.  ( A  \  B ) ) )
1513, 14mtbiri 303 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( x  =  0h  ->  -.  x  e.  ( A  \  B ) )
1615con2i 120 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  -.  x  =  0h )
17 norm-i 25750 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( x  e.  ~H  ->  (
( normh `  x )  =  0  <->  x  =  0h ) )
184, 6, 173syl 20 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  (
( normh `  x )  =  0  <->  x  =  0h ) )
1916, 18mtbird 301 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  -.  ( normh `  x )  =  0 )
2019neqned 2670 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  ( normh `  x )  =/=  0 )
218, 20rereccld 10371 . . . . . . . . 9  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  (
1  /  ( normh `  x ) )  e.  RR )
2221recnd 9622 . . . . . . . 8  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  (
1  /  ( normh `  x ) )  e.  CC )
235chshii 25849 . . . . . . . . . 10  |-  A  e.  SH
24 shmulcl 25839 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( A  e.  SH  /\  ( 1  /  ( normh `  x ) )  e.  CC  /\  x  e.  A )  ->  (
( 1  /  ( normh `  x ) )  .h  x )  e.  A )
2523, 24mp3an1 1311 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( 1  /  ( normh `  x ) )  e.  CC  /\  x  e.  A )  ->  (
( 1  /  ( normh `  x ) )  .h  x )  e.  A )
2625ex 434 . . . . . . . 8  |-  ( ( 1  /  ( normh `  x ) )  e.  CC  ->  ( x  e.  A  ->  ( ( 1  /  ( normh `  x ) )  .h  x )  e.  A
) )
2722, 26syl 16 . . . . . . 7  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  (
x  e.  A  -> 
( ( 1  / 
( normh `  x )
)  .h  x )  e.  A ) )
288recnd 9622 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  ( normh `  x )  e.  CC )
299chshii 25849 . . . . . . . . . . . 12  |-  B  e.  SH
30 shmulcl 25839 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( B  e.  SH  /\  ( normh `  x )  e.  CC  /\  ( ( 1  /  ( normh `  x ) )  .h  x )  e.  B
)  ->  ( ( normh `  x )  .h  ( ( 1  / 
( normh `  x )
)  .h  x ) )  e.  B )
3129, 30mp3an1 1311 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( normh `  x )  e.  CC  /\  ( ( 1  /  ( normh `  x ) )  .h  x )  e.  B
)  ->  ( ( normh `  x )  .h  ( ( 1  / 
( normh `  x )
)  .h  x ) )  e.  B )
3231ex 434 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
normh `  x )  e.  CC  ->  ( (
( 1  /  ( normh `  x ) )  .h  x )  e.  B  ->  ( ( normh `  x )  .h  ( ( 1  / 
( normh `  x )
)  .h  x ) )  e.  B ) )
3328, 32syl 16 . . . . . . . . 9  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  (
( ( 1  / 
( normh `  x )
)  .h  x )  e.  B  ->  (
( normh `  x )  .h  ( ( 1  / 
( normh `  x )
)  .h  x ) )  e.  B ) )
3428, 20recidd 10315 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  (
( normh `  x )  x.  ( 1  /  ( normh `  x ) ) )  =  1 )
3534oveq1d 6299 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  (
( ( normh `  x
)  x.  ( 1  /  ( normh `  x
) ) )  .h  x )  =  ( 1  .h  x ) )
364, 6syl 16 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  x  e.  ~H )
37 ax-hvmulass 25628 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( normh `  x )  e.  CC  /\  ( 1  /  ( normh `  x
) )  e.  CC  /\  x  e.  ~H )  ->  ( ( ( normh `  x )  x.  (
1  /  ( normh `  x ) ) )  .h  x )  =  ( ( normh `  x
)  .h  ( ( 1  /  ( normh `  x ) )  .h  x ) ) )
3828, 22, 36, 37syl3anc 1228 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  (
( ( normh `  x
)  x.  ( 1  /  ( normh `  x
) ) )  .h  x )  =  ( ( normh `  x )  .h  ( ( 1  / 
( normh `  x )
)  .h  x ) ) )
39 ax-hvmulid 25627 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( x  e.  ~H  ->  (
1  .h  x )  =  x )
404, 6, 393syl 20 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  (
1  .h  x )  =  x )
4135, 38, 403eqtr3d 2516 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  (
( normh `  x )  .h  ( ( 1  / 
( normh `  x )
)  .h  x ) )  =  x )
4241eleq1d 2536 . . . . . . . . 9  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  (
( ( normh `  x
)  .h  ( ( 1  /  ( normh `  x ) )  .h  x ) )  e.  B  <->  x  e.  B
) )
4333, 42sylibd 214 . . . . . . . 8  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  (
( ( 1  / 
( normh `  x )
)  .h  x )  e.  B  ->  x  e.  B ) )
4443con3d 133 . . . . . . 7  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  ( -.  x  e.  B  ->  -.  ( ( 1  /  ( normh `  x
) )  .h  x
)  e.  B ) )
4527, 44anim12d 563 . . . . . 6  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  (
( x  e.  A  /\  -.  x  e.  B
)  ->  ( (
( 1  /  ( normh `  x ) )  .h  x )  e.  A  /\  -.  (
( 1  /  ( normh `  x ) )  .h  x )  e.  B ) ) )
46 eldif 3486 . . . . . 6  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  <->  ( x  e.  A  /\  -.  x  e.  B ) )
47 eldif 3486 . . . . . 6  |-  ( ( ( 1  /  ( normh `  x ) )  .h  x )  e.  ( A  \  B
)  <->  ( ( ( 1  /  ( normh `  x ) )  .h  x )  e.  A  /\  -.  ( ( 1  /  ( normh `  x
) )  .h  x
)  e.  B ) )
4845, 46, 473imtr4g 270 . . . . 5  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  (
x  e.  ( A 
\  B )  -> 
( ( 1  / 
( normh `  x )
)  .h  x )  e.  ( A  \  B ) ) )
4948pm2.43i 47 . . . 4  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  (
( 1  /  ( normh `  x ) )  .h  x )  e.  ( A  \  B
) )
50 norm-iii 25761 . . . . . 6  |-  ( ( ( 1  /  ( normh `  x ) )  e.  CC  /\  x  e.  ~H )  ->  ( normh `  ( ( 1  /  ( normh `  x
) )  .h  x
) )  =  ( ( abs `  (
1  /  ( normh `  x ) ) )  x.  ( normh `  x
) ) )
5122, 36, 50syl2anc 661 . . . . 5  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  ( normh `  ( ( 1  /  ( normh `  x
) )  .h  x
) )  =  ( ( abs `  (
1  /  ( normh `  x ) ) )  x.  ( normh `  x
) ) )
5215necon2ai 2702 . . . . . . . . 9  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  x  =/=  0h )
53 normgt0 25748 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  e.  ~H  ->  (
x  =/=  0h  <->  0  <  (
normh `  x ) ) )
544, 6, 533syl 20 . . . . . . . . 9  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  (
x  =/=  0h  <->  0  <  (
normh `  x ) ) )
5552, 54mpbid 210 . . . . . . . 8  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  0  <  ( normh `  x )
)
56 1re 9595 . . . . . . . . 9  |-  1  e.  RR
57 0le1 10076 . . . . . . . . 9  |-  0  <_  1
58 divge0 10411 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( 1  e.  RR  /\  0  <_  1 )  /\  ( ( normh `  x )  e.  RR  /\  0  <  ( normh `  x ) ) )  ->  0  <_  (
1  /  ( normh `  x ) ) )
5956, 57, 58mpanl12 682 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( normh `  x )  e.  RR  /\  0  < 
( normh `  x )
)  ->  0  <_  ( 1  /  ( normh `  x ) ) )
608, 55, 59syl2anc 661 . . . . . . 7  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  0  <_  ( 1  /  ( normh `  x ) ) )
6121, 60absidd 13217 . . . . . 6  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  ( abs `  ( 1  / 
( normh `  x )
) )  =  ( 1  /  ( normh `  x ) ) )
6261oveq1d 6299 . . . . 5  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  (
( abs `  (
1  /  ( normh `  x ) ) )  x.  ( normh `  x
) )  =  ( ( 1  /  ( normh `  x ) )  x.  ( normh `  x
) ) )
6328, 20recid2d 10316 . . . . 5  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  (
( 1  /  ( normh `  x ) )  x.  ( normh `  x
) )  =  1 )
6451, 62, 633eqtrd 2512 . . . 4  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  ( normh `  ( ( 1  /  ( normh `  x
) )  .h  x
) )  =  1 )
65 fveq2 5866 . . . . . 6  |-  ( u  =  ( ( 1  /  ( normh `  x
) )  .h  x
)  ->  ( normh `  u )  =  (
normh `  ( ( 1  /  ( normh `  x
) )  .h  x
) ) )
6665eqeq1d 2469 . . . . 5  |-  ( u  =  ( ( 1  /  ( normh `  x
) )  .h  x
)  ->  ( ( normh `  u )  =  1  <->  ( normh `  (
( 1  /  ( normh `  x ) )  .h  x ) )  =  1 ) )
6766rspcev 3214 . . . 4  |-  ( ( ( ( 1  / 
( normh `  x )
)  .h  x )  e.  ( A  \  B )  /\  ( normh `  ( ( 1  /  ( normh `  x
) )  .h  x
) )  =  1 )  ->  E. u  e.  ( A  \  B
) ( normh `  u
)  =  1 )
6849, 64, 67syl2anc 661 . . 3  |-  ( x  e.  ( A  \  B )  ->  E. u  e.  ( A  \  B
) ( normh `  u
)  =  1 )
6968exlimiv 1698 . 2  |-  ( E. x  x  e.  ( A  \  B )  ->  E. u  e.  ( A  \  B ) ( normh `  u )  =  1 )
703, 69sylbi 195 1  |-  ( -.  A  C_  B  ->  E. u  e.  ( A 
\  B ) (
normh `  u )  =  1 )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 184    /\ wa 369    = wceq 1379   E.wex 1596    e. wcel 1767    =/= wne 2662   E.wrex 2815    \ cdif 3473    C_ wss 3476   (/)c0 3785   class class class wbr 4447   ` cfv 5588  (class class class)co 6284   CCcc 9490   RRcr 9491   0cc0 9492   1c1 9493    x. cmul 9497    < clt 9628    <_ cle 9629    / cdiv 10206   abscabs 13030   ~Hchil 25540    .h csm 25542   normhcno 25544   0hc0v 25545   SHcsh 25549   CHcch 25550
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1601  ax-4 1612  ax-5 1680  ax-6 1719  ax-7 1739  ax-8 1769  ax-9 1771  ax-10 1786  ax-11 1791  ax-12 1803  ax-13 1968  ax-ext 2445  ax-sep 4568  ax-nul 4576  ax-pow 4625  ax-pr 4686  ax-un 6576  ax-cnex 9548  ax-resscn 9549  ax-1cn 9550  ax-icn 9551  ax-addcl 9552  ax-addrcl 9553  ax-mulcl 9554  ax-mulrcl 9555  ax-mulcom 9556  ax-addass 9557  ax-mulass 9558  ax-distr 9559  ax-i2m1 9560  ax-1ne0 9561  ax-1rid 9562  ax-rnegex 9563  ax-rrecex 9564  ax-cnre 9565  ax-pre-lttri 9566  ax-pre-lttrn 9567  ax-pre-ltadd 9568  ax-pre-mulgt0 9569  ax-pre-sup 9570  ax-hilex 25620  ax-hfvadd 25621  ax-hv0cl 25624  ax-hfvmul 25626  ax-hvmulid 25627  ax-hvmulass 25628  ax-hvmul0 25631  ax-hfi 25700  ax-his1 25703  ax-his3 25705  ax-his4 25706
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3or 974  df-3an 975  df-tru 1382  df-ex 1597  df-nf 1600  df-sb 1712  df-eu 2279  df-mo 2280  df-clab 2453  df-cleq 2459  df-clel 2462  df-nfc 2617  df-ne 2664  df-nel 2665  df-ral 2819  df-rex 2820  df-reu 2821  df-rmo 2822  df-rab 2823  df-v 3115  df-sbc 3332  df-csb 3436  df-dif 3479  df-un 3481  df-in 3483  df-ss 3490  df-pss 3492  df-nul 3786  df-if 3940  df-pw 4012  df-sn 4028  df-pr 4030  df-tp 4032  df-op 4034  df-uni 4246  df-iun 4327  df-br 4448  df-opab 4506  df-mpt 4507  df-tr 4541  df-eprel 4791  df-id 4795  df-po 4800  df-so 4801  df-fr 4838  df-we 4840  df-ord 4881  df-on 4882  df-lim 4883  df-suc 4884  df-xp 5005  df-rel 5006  df-cnv 5007  df-co 5008  df-dm 5009  df-rn 5010  df-res 5011  df-ima 5012  df-iota 5551  df-fun 5590  df-fn 5591  df-f 5592  df-f1 5593  df-fo 5594  df-f1o 5595  df-fv 5596  df-riota 6245  df-ov 6287  df-oprab 6288  df-mpt2 6289  df-om 6685  df-2nd 6785  df-recs 7042  df-rdg 7076  df-er 7311  df-en 7517  df-dom 7518  df-sdom 7519  df-sup 7901  df-pnf 9630  df-mnf 9631  df-xr 9632  df-ltxr 9633  df-le 9634  df-sub 9807  df-neg 9808  df-div 10207  df-nn 10537  df-2 10594  df-3 10595  df-n0 10796  df-z 10865  df-uz 11083  df-rp 11221  df-seq 12076  df-exp 12135  df-cj 12895  df-re 12896  df-im 12897  df-sqrt 13031  df-abs 13032  df-hnorm 25589  df-sh 25828  df-ch 25843
This theorem is referenced by:  stri  26880  hstri  26888
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