HSE Home Hilbert Space Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  HSE Home  >  Th. List  >  unoplin Unicode version

Theorem unoplin 23264
Description: A unitary operator is linear. Theorem in [AkhiezerGlazman] p. 72. (Contributed by NM, 22-Jan-2006.) (New usage is discouraged.)
Assertion
Ref Expression
unoplin  |-  ( T  e.  UniOp  ->  T  e.  LinOp
)

Proof of Theorem unoplin
Dummy variables  w  x  y  z are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 unopf1o 23260 . . 3  |-  ( T  e.  UniOp  ->  T : ~H
-1-1-onto-> ~H )
2 f1of 5607 . . 3  |-  ( T : ~H -1-1-onto-> ~H  ->  T : ~H
--> ~H )
31, 2syl 16 . 2  |-  ( T  e.  UniOp  ->  T : ~H
--> ~H )
4 simplll 735 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( T  e. 
UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  T  e.  UniOp )
5 hvmulcl 22357 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( x  e.  CC  /\  y  e.  ~H )  ->  ( x  .h  y
)  e.  ~H )
6 hvaddcl 22356 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( x  .h  y
)  e.  ~H  /\  z  e.  ~H )  ->  ( ( x  .h  y )  +h  z
)  e.  ~H )
75, 6sylan 458 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( x  e.  CC  /\  y  e.  ~H )  /\  z  e.  ~H )  ->  ( ( x  .h  y )  +h  z )  e.  ~H )
87adantll 695 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( T  e.  UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e.  ~H )
)  /\  z  e.  ~H )  ->  ( ( x  .h  y )  +h  z )  e. 
~H )
98adantr 452 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( T  e. 
UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  ( ( x  .h  y )  +h  z )  e.  ~H )
10 simpr 448 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( T  e. 
UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  w  e.  ~H )
11 unopadj 23263 . . . . . . . 8  |-  ( ( T  e.  UniOp  /\  (
( x  .h  y
)  +h  z )  e.  ~H  /\  w  e.  ~H )  ->  (
( T `  (
( x  .h  y
)  +h  z ) )  .ih  w )  =  ( ( ( x  .h  y )  +h  z )  .ih  ( `' T `  w ) ) )
124, 9, 10, 11syl3anc 1184 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ( T  e. 
UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  ( ( T `
 ( ( x  .h  y )  +h  z ) )  .ih  w )  =  ( ( ( x  .h  y )  +h  z
)  .ih  ( `' T `  w )
) )
13 simprl 733 . . . . . . . . 9  |-  ( ( T  e.  UniOp  /\  (
x  e.  CC  /\  y  e.  ~H )
)  ->  x  e.  CC )
1413ad2antrr 707 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( T  e. 
UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  x  e.  CC )
15 simprr 734 . . . . . . . . 9  |-  ( ( T  e.  UniOp  /\  (
x  e.  CC  /\  y  e.  ~H )
)  ->  y  e.  ~H )
1615ad2antrr 707 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( T  e. 
UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  y  e.  ~H )
17 simplr 732 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( T  e. 
UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  z  e.  ~H )
18 cnvunop 23262 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( T  e.  UniOp  ->  `' T  e.  UniOp )
19 unopf1o 23260 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( `' T  e.  UniOp  ->  `' T : ~H -1-1-onto-> ~H )
20 f1of 5607 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( `' T : ~H -1-1-onto-> ~H  ->  `' T : ~H --> ~H )
2118, 19, 203syl 19 . . . . . . . . . . 11  |-  ( T  e.  UniOp  ->  `' T : ~H --> ~H )
2221ffvelrnda 5802 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( T  e.  UniOp  /\  w  e.  ~H )  ->  ( `' T `  w )  e.  ~H )
2322adantlr 696 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( T  e.  UniOp  /\  z  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  ( `' T `  w )  e.  ~H )
2423adantllr 700 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( T  e. 
UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  ( `' T `  w )  e.  ~H )
25 hiassdi 22434 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( x  e.  CC  /\  y  e.  ~H )  /\  ( z  e.  ~H  /\  ( `' T `  w )  e.  ~H ) )  ->  (
( ( x  .h  y )  +h  z
)  .ih  ( `' T `  w )
)  =  ( ( x  x.  ( y 
.ih  ( `' T `  w ) ) )  +  ( z  .ih  ( `' T `  w ) ) ) )
2614, 16, 17, 24, 25syl22anc 1185 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ( T  e. 
UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  ( ( ( x  .h  y )  +h  z )  .ih  ( `' T `  w ) )  =  ( ( x  x.  ( y 
.ih  ( `' T `  w ) ) )  +  ( z  .ih  ( `' T `  w ) ) ) )
273ffvelrnda 5802 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( T  e.  UniOp  /\  y  e.  ~H )  ->  ( T `  y )  e.  ~H )
2827adantrl 697 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( T  e.  UniOp  /\  (
x  e.  CC  /\  y  e.  ~H )
)  ->  ( T `  y )  e.  ~H )
2928ad2antrr 707 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( T  e. 
UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  ( T `  y )  e.  ~H )
303ffvelrnda 5802 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( T  e.  UniOp  /\  z  e.  ~H )  ->  ( T `  z )  e.  ~H )
3130adantr 452 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( T  e.  UniOp  /\  z  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  ( T `  z )  e.  ~H )
3231adantllr 700 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( T  e. 
UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  ( T `  z )  e.  ~H )
33 hiassdi 22434 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( x  e.  CC  /\  ( T `  y
)  e.  ~H )  /\  ( ( T `  z )  e.  ~H  /\  w  e.  ~H )
)  ->  ( (
( x  .h  ( T `  y )
)  +h  ( T `
 z ) ) 
.ih  w )  =  ( ( x  x.  ( ( T `  y )  .ih  w
) )  +  ( ( T `  z
)  .ih  w )
) )
3414, 29, 32, 10, 33syl22anc 1185 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( T  e. 
UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  ( ( ( x  .h  ( T `
 y ) )  +h  ( T `  z ) )  .ih  w )  =  ( ( x  x.  (
( T `  y
)  .ih  w )
)  +  ( ( T `  z ) 
.ih  w ) ) )
35 unopadj 23263 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( T  e.  UniOp  /\  y  e.  ~H  /\  w  e. 
~H )  ->  (
( T `  y
)  .ih  w )  =  ( y  .ih  ( `' T `  w ) ) )
36353expa 1153 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( T  e.  UniOp  /\  y  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  ( ( T `
 y )  .ih  w )  =  ( y  .ih  ( `' T `  w ) ) )
3736oveq2d 6029 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( T  e.  UniOp  /\  y  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  ( x  x.  ( ( T `  y )  .ih  w
) )  =  ( x  x.  ( y 
.ih  ( `' T `  w ) ) ) )
3837adantlrl 701 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( T  e.  UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e.  ~H )
)  /\  w  e.  ~H )  ->  ( x  x.  ( ( T `
 y )  .ih  w ) )  =  ( x  x.  (
y  .ih  ( `' T `  w )
) ) )
3938adantlr 696 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( T  e. 
UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  ( x  x.  ( ( T `  y )  .ih  w
) )  =  ( x  x.  ( y 
.ih  ( `' T `  w ) ) ) )
40 unopadj 23263 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( T  e.  UniOp  /\  z  e.  ~H  /\  w  e. 
~H )  ->  (
( T `  z
)  .ih  w )  =  ( z  .ih  ( `' T `  w ) ) )
41403expa 1153 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( T  e.  UniOp  /\  z  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  ( ( T `
 z )  .ih  w )  =  ( z  .ih  ( `' T `  w ) ) )
4241adantllr 700 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( T  e. 
UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  ( ( T `
 z )  .ih  w )  =  ( z  .ih  ( `' T `  w ) ) )
4339, 42oveq12d 6031 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( T  e. 
UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  ( ( x  x.  ( ( T `
 y )  .ih  w ) )  +  ( ( T `  z )  .ih  w
) )  =  ( ( x  x.  (
y  .ih  ( `' T `  w )
) )  +  ( z  .ih  ( `' T `  w ) ) ) )
4434, 43eqtr2d 2413 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ( T  e. 
UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  ( ( x  x.  ( y  .ih  ( `' T `  w ) ) )  +  ( z  .ih  ( `' T `  w ) ) )  =  ( ( ( x  .h  ( T `  y
) )  +h  ( T `  z )
)  .ih  w )
)
4512, 26, 443eqtrd 2416 . . . . . 6  |-  ( ( ( ( T  e. 
UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  /\  w  e.  ~H )  ->  ( ( T `
 ( ( x  .h  y )  +h  z ) )  .ih  w )  =  ( ( ( x  .h  ( T `  y
) )  +h  ( T `  z )
)  .ih  w )
)
4645ralrimiva 2725 . . . . 5  |-  ( ( ( T  e.  UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e.  ~H )
)  /\  z  e.  ~H )  ->  A. w  e.  ~H  ( ( T `
 ( ( x  .h  y )  +h  z ) )  .ih  w )  =  ( ( ( x  .h  ( T `  y
) )  +h  ( T `  z )
)  .ih  w )
)
47 ffvelrn 5800 . . . . . . . . 9  |-  ( ( T : ~H --> ~H  /\  ( ( x  .h  y )  +h  z
)  e.  ~H )  ->  ( T `  (
( x  .h  y
)  +h  z ) )  e.  ~H )
487, 47sylan2 461 . . . . . . . 8  |-  ( ( T : ~H --> ~H  /\  ( ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H )  /\  z  e.  ~H ) )  -> 
( T `  (
( x  .h  y
)  +h  z ) )  e.  ~H )
4948anassrs 630 . . . . . . 7  |-  ( ( ( T : ~H --> ~H  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  ->  ( T `  (
( x  .h  y
)  +h  z ) )  e.  ~H )
50 ffvelrn 5800 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( T : ~H --> ~H  /\  y  e.  ~H )  ->  ( T `  y
)  e.  ~H )
51 hvmulcl 22357 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( x  e.  CC  /\  ( T `  y )  e.  ~H )  -> 
( x  .h  ( T `  y )
)  e.  ~H )
5250, 51sylan2 461 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( x  e.  CC  /\  ( T : ~H --> ~H  /\  y  e.  ~H )
)  ->  ( x  .h  ( T `  y
) )  e.  ~H )
5352an12s 777 . . . . . . . . 9  |-  ( ( T : ~H --> ~H  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e.  ~H )
)  ->  ( x  .h  ( T `  y
) )  e.  ~H )
5453adantr 452 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( T : ~H --> ~H  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  ->  ( x  .h  ( T `  y )
)  e.  ~H )
55 ffvelrn 5800 . . . . . . . . 9  |-  ( ( T : ~H --> ~H  /\  z  e.  ~H )  ->  ( T `  z
)  e.  ~H )
5655adantlr 696 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( T : ~H --> ~H  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  ->  ( T `  z
)  e.  ~H )
57 hvaddcl 22356 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( x  .h  ( T `  y )
)  e.  ~H  /\  ( T `  z )  e.  ~H )  -> 
( ( x  .h  ( T `  y
) )  +h  ( T `  z )
)  e.  ~H )
5854, 56, 57syl2anc 643 . . . . . . 7  |-  ( ( ( T : ~H --> ~H  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  ->  ( ( x  .h  ( T `  y
) )  +h  ( T `  z )
)  e.  ~H )
59 hial2eq 22449 . . . . . . 7  |-  ( ( ( T `  (
( x  .h  y
)  +h  z ) )  e.  ~H  /\  ( ( x  .h  ( T `  y
) )  +h  ( T `  z )
)  e.  ~H )  ->  ( A. w  e. 
~H  ( ( T `
 ( ( x  .h  y )  +h  z ) )  .ih  w )  =  ( ( ( x  .h  ( T `  y
) )  +h  ( T `  z )
)  .ih  w )  <->  ( T `  ( ( x  .h  y )  +h  z ) )  =  ( ( x  .h  ( T `  y ) )  +h  ( T `  z
) ) ) )
6049, 58, 59syl2anc 643 . . . . . 6  |-  ( ( ( T : ~H --> ~H  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e. 
~H ) )  /\  z  e.  ~H )  ->  ( A. w  e. 
~H  ( ( T `
 ( ( x  .h  y )  +h  z ) )  .ih  w )  =  ( ( ( x  .h  ( T `  y
) )  +h  ( T `  z )
)  .ih  w )  <->  ( T `  ( ( x  .h  y )  +h  z ) )  =  ( ( x  .h  ( T `  y ) )  +h  ( T `  z
) ) ) )
613, 60sylanl1 632 . . . . 5  |-  ( ( ( T  e.  UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e.  ~H )
)  /\  z  e.  ~H )  ->  ( A. w  e.  ~H  (
( T `  (
( x  .h  y
)  +h  z ) )  .ih  w )  =  ( ( ( x  .h  ( T `
 y ) )  +h  ( T `  z ) )  .ih  w )  <->  ( T `  ( ( x  .h  y )  +h  z
) )  =  ( ( x  .h  ( T `  y )
)  +h  ( T `
 z ) ) ) )
6246, 61mpbid 202 . . . 4  |-  ( ( ( T  e.  UniOp  /\  ( x  e.  CC  /\  y  e.  ~H )
)  /\  z  e.  ~H )  ->  ( T `
 ( ( x  .h  y )  +h  z ) )  =  ( ( x  .h  ( T `  y
) )  +h  ( T `  z )
) )
6362ralrimiva 2725 . . 3  |-  ( ( T  e.  UniOp  /\  (
x  e.  CC  /\  y  e.  ~H )
)  ->  A. z  e.  ~H  ( T `  ( ( x  .h  y )  +h  z
) )  =  ( ( x  .h  ( T `  y )
)  +h  ( T `
 z ) ) )
6463ralrimivva 2734 . 2  |-  ( T  e.  UniOp  ->  A. x  e.  CC  A. y  e. 
~H  A. z  e.  ~H  ( T `  ( ( x  .h  y )  +h  z ) )  =  ( ( x  .h  ( T `  y ) )  +h  ( T `  z
) ) )
65 ellnop 23202 . 2  |-  ( T  e.  LinOp 
<->  ( T : ~H --> ~H  /\  A. x  e.  CC  A. y  e. 
~H  A. z  e.  ~H  ( T `  ( ( x  .h  y )  +h  z ) )  =  ( ( x  .h  ( T `  y ) )  +h  ( T `  z
) ) ) )
663, 64, 65sylanbrc 646 1  |-  ( T  e.  UniOp  ->  T  e.  LinOp
)
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 177    /\ wa 359    = wceq 1649    e. wcel 1717   A.wral 2642   `'ccnv 4810   -->wf 5383   -1-1-onto->wf1o 5386   ` cfv 5387  (class class class)co 6013   CCcc 8914    + caddc 8919    x. cmul 8921   ~Hchil 22263    +h cva 22264    .h csm 22265    .ih csp 22266   LinOpclo 22291   UniOpcuo 22293
This theorem is referenced by:  unopadj2  23282  idlnop  23336  elunop2  23357  nmopun  23358  unopbd  23359
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1552  ax-5 1563  ax-17 1623  ax-9 1661  ax-8 1682  ax-13 1719  ax-14 1721  ax-6 1736  ax-7 1741  ax-11 1753  ax-12 1939  ax-ext 2361  ax-rep 4254  ax-sep 4264  ax-nul 4272  ax-pow 4311  ax-pr 4337  ax-un 4634  ax-resscn 8973  ax-1cn 8974  ax-icn 8975  ax-addcl 8976  ax-addrcl 8977  ax-mulcl 8978  ax-mulrcl 8979  ax-mulcom 8980  ax-addass 8981  ax-mulass 8982  ax-distr 8983  ax-i2m1 8984  ax-1ne0 8985  ax-1rid 8986  ax-rnegex 8987  ax-rrecex 8988  ax-cnre 8989  ax-pre-lttri 8990  ax-pre-lttrn 8991  ax-pre-ltadd 8992  ax-pre-mulgt0 8993  ax-hilex 22343  ax-hfvadd 22344  ax-hvcom 22345  ax-hvass 22346  ax-hv0cl 22347  ax-hvaddid 22348  ax-hfvmul 22349  ax-hvmulid 22350  ax-hvdistr2 22353  ax-hvmul0 22354  ax-hfi 22422  ax-his1 22425  ax-his2 22426  ax-his3 22427  ax-his4 22428
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1325  df-ex 1548  df-nf 1551  df-sb 1656  df-eu 2235  df-mo 2236  df-clab 2367  df-cleq 2373  df-clel 2376  df-nfc 2505  df-ne 2545  df-nel 2546  df-ral 2647  df-rex 2648  df-reu 2649  df-rmo 2650  df-rab 2651  df-v 2894  df-sbc 3098  df-csb 3188  df-dif 3259  df-un 3261  df-in 3263  df-ss 3270  df-nul 3565  df-if 3676  df-pw 3737  df-sn 3756  df-pr 3757  df-op 3759  df-uni 3951  df-iun 4030  df-br 4147  df-opab 4201  df-mpt 4202  df-id 4432  df-po 4437  df-so 4438  df-xp 4817  df-rel 4818  df-cnv 4819  df-co 4820  df-dm 4821  df-rn 4822  df-res 4823  df-ima 4824  df-iota 5351  df-fun 5389  df-fn 5390  df-f 5391  df-f1 5392  df-fo 5393  df-f1o 5394  df-fv 5395  df-ov 6016  df-oprab 6017  df-mpt2 6018  df-riota 6478  df-er 6834  df-map 6949  df-en 7039  df-dom 7040  df-sdom 7041  df-pnf 9048  df-mnf 9049  df-xr 9050  df-ltxr 9051  df-le 9052  df-sub 9218  df-neg 9219  df-div 9603  df-2 9983  df-cj 11824  df-re 11825  df-im 11826  df-hvsub 22315  df-lnop 23185  df-unop 23187
  Copyright terms: Public domain W3C validator