HSE Home Hilbert Space Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  HSE Home  >  Th. List  >  imaelshi Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem imaelshi 29045
Description: The image of a subspace under a linear operator is a subspace. (Contributed by Mario Carneiro, 19-May-2014.) (New usage is discouraged.)
Hypotheses
Ref Expression
rnelsh.1 𝑇 ∈ LinOp
imaelsh.2 𝐴S
Assertion
Ref Expression
imaelshi (𝑇𝐴) ∈ S

Proof of Theorem imaelshi
Dummy variables 𝑣 𝑢 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 imassrn 5512 . . . 4 (𝑇𝐴) ⊆ ran 𝑇
2 rnelsh.1 . . . . . 6 𝑇 ∈ LinOp
32lnopfi 28956 . . . . 5 𝑇: ℋ⟶ ℋ
4 frn 6091 . . . . 5 (𝑇: ℋ⟶ ℋ → ran 𝑇 ⊆ ℋ)
53, 4ax-mp 5 . . . 4 ran 𝑇 ⊆ ℋ
61, 5sstri 3645 . . 3 (𝑇𝐴) ⊆ ℋ
72lnop0i 28957 . . . 4 (𝑇‘0) = 0
8 imaelsh.2 . . . . . 6 𝐴S
9 sh0 28201 . . . . . 6 (𝐴S → 0𝐴)
108, 9ax-mp 5 . . . . 5 0𝐴
11 ffun 6086 . . . . . . 7 (𝑇: ℋ⟶ ℋ → Fun 𝑇)
123, 11ax-mp 5 . . . . . 6 Fun 𝑇
138shssii 28198 . . . . . . 7 𝐴 ⊆ ℋ
143fdmi 6090 . . . . . . 7 dom 𝑇 = ℋ
1513, 14sseqtr4i 3671 . . . . . 6 𝐴 ⊆ dom 𝑇
16 funfvima2 6533 . . . . . 6 ((Fun 𝑇𝐴 ⊆ dom 𝑇) → (0𝐴 → (𝑇‘0) ∈ (𝑇𝐴)))
1712, 15, 16mp2an 708 . . . . 5 (0𝐴 → (𝑇‘0) ∈ (𝑇𝐴))
1810, 17ax-mp 5 . . . 4 (𝑇‘0) ∈ (𝑇𝐴)
197, 18eqeltrri 2727 . . 3 0 ∈ (𝑇𝐴)
206, 19pm3.2i 470 . 2 ((𝑇𝐴) ⊆ ℋ ∧ 0 ∈ (𝑇𝐴))
21 ffn 6083 . . . . . 6 (𝑇: ℋ⟶ ℋ → 𝑇 Fn ℋ)
223, 21ax-mp 5 . . . . 5 𝑇 Fn ℋ
23 oveq1 6697 . . . . . . . 8 (𝑢 = (𝑇𝑥) → (𝑢 + 𝑣) = ((𝑇𝑥) + 𝑣))
2423eleq1d 2715 . . . . . . 7 (𝑢 = (𝑇𝑥) → ((𝑢 + 𝑣) ∈ (𝑇𝐴) ↔ ((𝑇𝑥) + 𝑣) ∈ (𝑇𝐴)))
2524ralbidv 3015 . . . . . 6 (𝑢 = (𝑇𝑥) → (∀𝑣 ∈ (𝑇𝐴)(𝑢 + 𝑣) ∈ (𝑇𝐴) ↔ ∀𝑣 ∈ (𝑇𝐴)((𝑇𝑥) + 𝑣) ∈ (𝑇𝐴)))
2625ralima 6538 . . . . 5 ((𝑇 Fn ℋ ∧ 𝐴 ⊆ ℋ) → (∀𝑢 ∈ (𝑇𝐴)∀𝑣 ∈ (𝑇𝐴)(𝑢 + 𝑣) ∈ (𝑇𝐴) ↔ ∀𝑥𝐴𝑣 ∈ (𝑇𝐴)((𝑇𝑥) + 𝑣) ∈ (𝑇𝐴)))
2722, 13, 26mp2an 708 . . . 4 (∀𝑢 ∈ (𝑇𝐴)∀𝑣 ∈ (𝑇𝐴)(𝑢 + 𝑣) ∈ (𝑇𝐴) ↔ ∀𝑥𝐴𝑣 ∈ (𝑇𝐴)((𝑇𝑥) + 𝑣) ∈ (𝑇𝐴))
288sheli 28199 . . . . . . . 8 (𝑥𝐴𝑥 ∈ ℋ)
298sheli 28199 . . . . . . . 8 (𝑦𝐴𝑦 ∈ ℋ)
302lnopaddi 28958 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ℋ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑇‘(𝑥 + 𝑦)) = ((𝑇𝑥) + (𝑇𝑦)))
3128, 29, 30syl2an 493 . . . . . . 7 ((𝑥𝐴𝑦𝐴) → (𝑇‘(𝑥 + 𝑦)) = ((𝑇𝑥) + (𝑇𝑦)))
32 shaddcl 28202 . . . . . . . . 9 ((𝐴S𝑥𝐴𝑦𝐴) → (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝐴)
338, 32mp3an1 1451 . . . . . . . 8 ((𝑥𝐴𝑦𝐴) → (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝐴)
34 funfvima2 6533 . . . . . . . . 9 ((Fun 𝑇𝐴 ⊆ dom 𝑇) → ((𝑥 + 𝑦) ∈ 𝐴 → (𝑇‘(𝑥 + 𝑦)) ∈ (𝑇𝐴)))
3512, 15, 34mp2an 708 . . . . . . . 8 ((𝑥 + 𝑦) ∈ 𝐴 → (𝑇‘(𝑥 + 𝑦)) ∈ (𝑇𝐴))
3633, 35syl 17 . . . . . . 7 ((𝑥𝐴𝑦𝐴) → (𝑇‘(𝑥 + 𝑦)) ∈ (𝑇𝐴))
3731, 36eqeltrrd 2731 . . . . . 6 ((𝑥𝐴𝑦𝐴) → ((𝑇𝑥) + (𝑇𝑦)) ∈ (𝑇𝐴))
3837ralrimiva 2995 . . . . 5 (𝑥𝐴 → ∀𝑦𝐴 ((𝑇𝑥) + (𝑇𝑦)) ∈ (𝑇𝐴))
39 oveq2 6698 . . . . . . . 8 (𝑣 = (𝑇𝑦) → ((𝑇𝑥) + 𝑣) = ((𝑇𝑥) + (𝑇𝑦)))
4039eleq1d 2715 . . . . . . 7 (𝑣 = (𝑇𝑦) → (((𝑇𝑥) + 𝑣) ∈ (𝑇𝐴) ↔ ((𝑇𝑥) + (𝑇𝑦)) ∈ (𝑇𝐴)))
4140ralima 6538 . . . . . 6 ((𝑇 Fn ℋ ∧ 𝐴 ⊆ ℋ) → (∀𝑣 ∈ (𝑇𝐴)((𝑇𝑥) + 𝑣) ∈ (𝑇𝐴) ↔ ∀𝑦𝐴 ((𝑇𝑥) + (𝑇𝑦)) ∈ (𝑇𝐴)))
4222, 13, 41mp2an 708 . . . . 5 (∀𝑣 ∈ (𝑇𝐴)((𝑇𝑥) + 𝑣) ∈ (𝑇𝐴) ↔ ∀𝑦𝐴 ((𝑇𝑥) + (𝑇𝑦)) ∈ (𝑇𝐴))
4338, 42sylibr 224 . . . 4 (𝑥𝐴 → ∀𝑣 ∈ (𝑇𝐴)((𝑇𝑥) + 𝑣) ∈ (𝑇𝐴))
4427, 43mprgbir 2956 . . 3 𝑢 ∈ (𝑇𝐴)∀𝑣 ∈ (𝑇𝐴)(𝑢 + 𝑣) ∈ (𝑇𝐴)
452lnopmuli 28959 . . . . . . . 8 ((𝑢 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℋ) → (𝑇‘(𝑢 · 𝑦)) = (𝑢 · (𝑇𝑦)))
4629, 45sylan2 490 . . . . . . 7 ((𝑢 ∈ ℂ ∧ 𝑦𝐴) → (𝑇‘(𝑢 · 𝑦)) = (𝑢 · (𝑇𝑦)))
47 shmulcl 28203 . . . . . . . . 9 ((𝐴S𝑢 ∈ ℂ ∧ 𝑦𝐴) → (𝑢 · 𝑦) ∈ 𝐴)
488, 47mp3an1 1451 . . . . . . . 8 ((𝑢 ∈ ℂ ∧ 𝑦𝐴) → (𝑢 · 𝑦) ∈ 𝐴)
49 funfvima2 6533 . . . . . . . . 9 ((Fun 𝑇𝐴 ⊆ dom 𝑇) → ((𝑢 · 𝑦) ∈ 𝐴 → (𝑇‘(𝑢 · 𝑦)) ∈ (𝑇𝐴)))
5012, 15, 49mp2an 708 . . . . . . . 8 ((𝑢 · 𝑦) ∈ 𝐴 → (𝑇‘(𝑢 · 𝑦)) ∈ (𝑇𝐴))
5148, 50syl 17 . . . . . . 7 ((𝑢 ∈ ℂ ∧ 𝑦𝐴) → (𝑇‘(𝑢 · 𝑦)) ∈ (𝑇𝐴))
5246, 51eqeltrrd 2731 . . . . . 6 ((𝑢 ∈ ℂ ∧ 𝑦𝐴) → (𝑢 · (𝑇𝑦)) ∈ (𝑇𝐴))
5352ralrimiva 2995 . . . . 5 (𝑢 ∈ ℂ → ∀𝑦𝐴 (𝑢 · (𝑇𝑦)) ∈ (𝑇𝐴))
54 oveq2 6698 . . . . . . . 8 (𝑣 = (𝑇𝑦) → (𝑢 · 𝑣) = (𝑢 · (𝑇𝑦)))
5554eleq1d 2715 . . . . . . 7 (𝑣 = (𝑇𝑦) → ((𝑢 · 𝑣) ∈ (𝑇𝐴) ↔ (𝑢 · (𝑇𝑦)) ∈ (𝑇𝐴)))
5655ralima 6538 . . . . . 6 ((𝑇 Fn ℋ ∧ 𝐴 ⊆ ℋ) → (∀𝑣 ∈ (𝑇𝐴)(𝑢 · 𝑣) ∈ (𝑇𝐴) ↔ ∀𝑦𝐴 (𝑢 · (𝑇𝑦)) ∈ (𝑇𝐴)))
5722, 13, 56mp2an 708 . . . . 5 (∀𝑣 ∈ (𝑇𝐴)(𝑢 · 𝑣) ∈ (𝑇𝐴) ↔ ∀𝑦𝐴 (𝑢 · (𝑇𝑦)) ∈ (𝑇𝐴))
5853, 57sylibr 224 . . . 4 (𝑢 ∈ ℂ → ∀𝑣 ∈ (𝑇𝐴)(𝑢 · 𝑣) ∈ (𝑇𝐴))
5958rgen 2951 . . 3 𝑢 ∈ ℂ ∀𝑣 ∈ (𝑇𝐴)(𝑢 · 𝑣) ∈ (𝑇𝐴)
6044, 59pm3.2i 470 . 2 (∀𝑢 ∈ (𝑇𝐴)∀𝑣 ∈ (𝑇𝐴)(𝑢 + 𝑣) ∈ (𝑇𝐴) ∧ ∀𝑢 ∈ ℂ ∀𝑣 ∈ (𝑇𝐴)(𝑢 · 𝑣) ∈ (𝑇𝐴))
61 issh2 28194 . 2 ((𝑇𝐴) ∈ S ↔ (((𝑇𝐴) ⊆ ℋ ∧ 0 ∈ (𝑇𝐴)) ∧ (∀𝑢 ∈ (𝑇𝐴)∀𝑣 ∈ (𝑇𝐴)(𝑢 + 𝑣) ∈ (𝑇𝐴) ∧ ∀𝑢 ∈ ℂ ∀𝑣 ∈ (𝑇𝐴)(𝑢 · 𝑣) ∈ (𝑇𝐴))))
6220, 60, 61mpbir2an 975 1 (𝑇𝐴) ∈ S
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 383   = wceq 1523  wcel 2030  wral 2941  wss 3607  dom cdm 5143  ran crn 5144  cima 5146  Fun wfun 5920   Fn wfn 5921  wf 5922  cfv 5926  (class class class)co 6690  cc 9972  chil 27904   + cva 27905   · csm 27906  0c0v 27909   S csh 27913  LinOpclo 27932
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1762  ax-4 1777  ax-5 1879  ax-6 1945  ax-7 1981  ax-8 2032  ax-9 2039  ax-10 2059  ax-11 2074  ax-12 2087  ax-13 2282  ax-ext 2631  ax-sep 4814  ax-nul 4822  ax-pow 4873  ax-pr 4936  ax-un 6991  ax-resscn 10031  ax-1cn 10032  ax-icn 10033  ax-addcl 10034  ax-addrcl 10035  ax-mulcl 10036  ax-mulrcl 10037  ax-mulcom 10038  ax-addass 10039  ax-mulass 10040  ax-distr 10041  ax-i2m1 10042  ax-1ne0 10043  ax-1rid 10044  ax-rnegex 10045  ax-rrecex 10046  ax-cnre 10047  ax-pre-lttri 10048  ax-pre-lttrn 10049  ax-pre-ltadd 10050  ax-hilex 27984  ax-hfvadd 27985  ax-hvass 27987  ax-hv0cl 27988  ax-hvaddid 27989  ax-hfvmul 27990  ax-hvmulid 27991  ax-hvdistr2 27994  ax-hvmul0 27995
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1055  df-3an 1056  df-tru 1526  df-ex 1745  df-nf 1750  df-sb 1938  df-eu 2502  df-mo 2503  df-clab 2638  df-cleq 2644  df-clel 2647  df-nfc 2782  df-ne 2824  df-nel 2927  df-ral 2946  df-rex 2947  df-reu 2948  df-rab 2950  df-v 3233  df-sbc 3469  df-csb 3567  df-dif 3610  df-un 3612  df-in 3614  df-ss 3621  df-nul 3949  df-if 4120  df-pw 4193  df-sn 4211  df-pr 4213  df-op 4217  df-uni 4469  df-iun 4554  df-br 4686  df-opab 4746  df-mpt 4763  df-id 5053  df-po 5064  df-so 5065  df-xp 5149  df-rel 5150  df-cnv 5151  df-co 5152  df-dm 5153  df-rn 5154  df-res 5155  df-ima 5156  df-iota 5889  df-fun 5928  df-fn 5929  df-f 5930  df-f1 5931  df-fo 5932  df-f1o 5933  df-fv 5934  df-riota 6651  df-ov 6693  df-oprab 6694  df-mpt2 6695  df-er 7787  df-map 7901  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-pnf 10114  df-mnf 10115  df-ltxr 10117  df-sub 10306  df-neg 10307  df-hvsub 27956  df-sh 28192  df-lnop 28828
This theorem is referenced by:  rnelshi  29046
  Copyright terms: Public domain W3C validator