MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  nmoi Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem nmoi 22579
Description: The operator norm achieves the minimum of the set of upper bounds, if the operator is bounded. (Contributed by Mario Carneiro, 18-Oct-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
nmofval.1 𝑁 = (𝑆 normOp 𝑇)
nmoi.2 𝑉 = (Base‘𝑆)
nmoi.3 𝐿 = (norm‘𝑆)
nmoi.4 𝑀 = (norm‘𝑇)
Assertion
Ref Expression
nmoi ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝑀‘(𝐹𝑋)) ≤ ((𝑁𝐹) · (𝐿𝑋)))

Proof of Theorem nmoi
Dummy variables 𝑟 𝑥 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 fveq2 6229 . . . 4 (𝑋 = (0g𝑆) → (𝐹𝑋) = (𝐹‘(0g𝑆)))
21fveq2d 6233 . . 3 (𝑋 = (0g𝑆) → (𝑀‘(𝐹𝑋)) = (𝑀‘(𝐹‘(0g𝑆))))
3 fveq2 6229 . . . 4 (𝑋 = (0g𝑆) → (𝐿𝑋) = (𝐿‘(0g𝑆)))
43oveq2d 6706 . . 3 (𝑋 = (0g𝑆) → ((𝑁𝐹) · (𝐿𝑋)) = ((𝑁𝐹) · (𝐿‘(0g𝑆))))
52, 4breq12d 4698 . 2 (𝑋 = (0g𝑆) → ((𝑀‘(𝐹𝑋)) ≤ ((𝑁𝐹) · (𝐿𝑋)) ↔ (𝑀‘(𝐹‘(0g𝑆))) ≤ ((𝑁𝐹) · (𝐿‘(0g𝑆)))))
6 fveq2 6229 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑋 → (𝐹𝑥) = (𝐹𝑋))
76fveq2d 6233 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑋 → (𝑀‘(𝐹𝑥)) = (𝑀‘(𝐹𝑋)))
8 fveq2 6229 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑋 → (𝐿𝑥) = (𝐿𝑋))
98oveq2d 6706 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑋 → (𝑟 · (𝐿𝑥)) = (𝑟 · (𝐿𝑋)))
107, 9breq12d 4698 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑋 → ((𝑀‘(𝐹𝑥)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑥)) ↔ (𝑀‘(𝐹𝑋)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑋))))
1110rspcv 3336 . . . . . . 7 (𝑋𝑉 → (∀𝑥𝑉 (𝑀‘(𝐹𝑥)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑥)) → (𝑀‘(𝐹𝑋)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑋))))
1211ad3antlr 767 . . . . . 6 ((((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) ∧ 𝑟 ∈ (0[,)+∞)) → (∀𝑥𝑉 (𝑀‘(𝐹𝑥)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑥)) → (𝑀‘(𝐹𝑋)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑋))))
13 nmofval.1 . . . . . . . . . . . . . 14 𝑁 = (𝑆 normOp 𝑇)
1413isnghm 22574 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ↔ ((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) ∧ (𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇) ∧ (𝑁𝐹) ∈ ℝ)))
1514simplbi 475 . . . . . . . . . . . 12 (𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) → (𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp))
1615adantr 480 . . . . . . . . . . 11 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp))
1716simprd 478 . . . . . . . . . 10 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → 𝑇 ∈ NrmGrp)
1814simprbi 479 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) → (𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇) ∧ (𝑁𝐹) ∈ ℝ))
1918adantr 480 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇) ∧ (𝑁𝐹) ∈ ℝ))
2019simpld 474 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇))
21 nmoi.2 . . . . . . . . . . . . 13 𝑉 = (Base‘𝑆)
22 eqid 2651 . . . . . . . . . . . . 13 (Base‘𝑇) = (Base‘𝑇)
2321, 22ghmf 17711 . . . . . . . . . . . 12 (𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇) → 𝐹:𝑉⟶(Base‘𝑇))
2420, 23syl 17 . . . . . . . . . . 11 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → 𝐹:𝑉⟶(Base‘𝑇))
25 ffvelrn 6397 . . . . . . . . . . 11 ((𝐹:𝑉⟶(Base‘𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝐹𝑋) ∈ (Base‘𝑇))
2624, 25sylancom 702 . . . . . . . . . 10 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝐹𝑋) ∈ (Base‘𝑇))
27 nmoi.4 . . . . . . . . . . 11 𝑀 = (norm‘𝑇)
2822, 27nmcl 22467 . . . . . . . . . 10 ((𝑇 ∈ NrmGrp ∧ (𝐹𝑋) ∈ (Base‘𝑇)) → (𝑀‘(𝐹𝑋)) ∈ ℝ)
2917, 26, 28syl2anc 694 . . . . . . . . 9 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝑀‘(𝐹𝑋)) ∈ ℝ)
3029adantr 480 . . . . . . . 8 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → (𝑀‘(𝐹𝑋)) ∈ ℝ)
3130adantr 480 . . . . . . 7 ((((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) ∧ 𝑟 ∈ (0[,)+∞)) → (𝑀‘(𝐹𝑋)) ∈ ℝ)
32 elrege0 12316 . . . . . . . . 9 (𝑟 ∈ (0[,)+∞) ↔ (𝑟 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑟))
3332simplbi 475 . . . . . . . 8 (𝑟 ∈ (0[,)+∞) → 𝑟 ∈ ℝ)
3433adantl 481 . . . . . . 7 ((((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) ∧ 𝑟 ∈ (0[,)+∞)) → 𝑟 ∈ ℝ)
3516simpld 474 . . . . . . . . . . 11 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → 𝑆 ∈ NrmGrp)
36 simpr 476 . . . . . . . . . . 11 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → 𝑋𝑉)
3735, 36jca 553 . . . . . . . . . 10 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑋𝑉))
38 nmoi.3 . . . . . . . . . . . 12 𝐿 = (norm‘𝑆)
39 eqid 2651 . . . . . . . . . . . 12 (0g𝑆) = (0g𝑆)
4021, 38, 39nmrpcl 22471 . . . . . . . . . . 11 ((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑋𝑉𝑋 ≠ (0g𝑆)) → (𝐿𝑋) ∈ ℝ+)
41403expa 1284 . . . . . . . . . 10 (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → (𝐿𝑋) ∈ ℝ+)
4237, 41sylan 487 . . . . . . . . 9 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → (𝐿𝑋) ∈ ℝ+)
4342rpregt0d 11916 . . . . . . . 8 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → ((𝐿𝑋) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝐿𝑋)))
4443adantr 480 . . . . . . 7 ((((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) ∧ 𝑟 ∈ (0[,)+∞)) → ((𝐿𝑋) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝐿𝑋)))
45 ledivmul2 10940 . . . . . . 7 (((𝑀‘(𝐹𝑋)) ∈ ℝ ∧ 𝑟 ∈ ℝ ∧ ((𝐿𝑋) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝐿𝑋))) → (((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ≤ 𝑟 ↔ (𝑀‘(𝐹𝑋)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑋))))
4631, 34, 44, 45syl3anc 1366 . . . . . 6 ((((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) ∧ 𝑟 ∈ (0[,)+∞)) → (((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ≤ 𝑟 ↔ (𝑀‘(𝐹𝑋)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑋))))
4712, 46sylibrd 249 . . . . 5 ((((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) ∧ 𝑟 ∈ (0[,)+∞)) → (∀𝑥𝑉 (𝑀‘(𝐹𝑥)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑥)) → ((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ≤ 𝑟))
4847ralrimiva 2995 . . . 4 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → ∀𝑟 ∈ (0[,)+∞)(∀𝑥𝑉 (𝑀‘(𝐹𝑥)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑥)) → ((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ≤ 𝑟))
4935adantr 480 . . . . 5 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → 𝑆 ∈ NrmGrp)
5017adantr 480 . . . . 5 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → 𝑇 ∈ NrmGrp)
5120adantr 480 . . . . 5 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇))
5230, 42rerpdivcld 11941 . . . . . 6 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → ((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ∈ ℝ)
5352rexrd 10127 . . . . 5 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → ((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ∈ ℝ*)
5413, 21, 38, 27nmogelb 22567 . . . . 5 (((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) ∧ ((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ∈ ℝ*) → (((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ≤ (𝑁𝐹) ↔ ∀𝑟 ∈ (0[,)+∞)(∀𝑥𝑉 (𝑀‘(𝐹𝑥)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑥)) → ((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ≤ 𝑟)))
5549, 50, 51, 53, 54syl31anc 1369 . . . 4 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → (((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ≤ (𝑁𝐹) ↔ ∀𝑟 ∈ (0[,)+∞)(∀𝑥𝑉 (𝑀‘(𝐹𝑥)) ≤ (𝑟 · (𝐿𝑥)) → ((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ≤ 𝑟)))
5648, 55mpbird 247 . . 3 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → ((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ≤ (𝑁𝐹))
5719simprd 478 . . . . 5 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝑁𝐹) ∈ ℝ)
5857adantr 480 . . . 4 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → (𝑁𝐹) ∈ ℝ)
5930, 58, 42ledivmul2d 11964 . . 3 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → (((𝑀‘(𝐹𝑋)) / (𝐿𝑋)) ≤ (𝑁𝐹) ↔ (𝑀‘(𝐹𝑋)) ≤ ((𝑁𝐹) · (𝐿𝑋))))
6056, 59mpbid 222 . 2 (((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) ∧ 𝑋 ≠ (0g𝑆)) → (𝑀‘(𝐹𝑋)) ≤ ((𝑁𝐹) · (𝐿𝑋)))
61 eqid 2651 . . . . . . 7 (0g𝑇) = (0g𝑇)
6239, 61ghmid 17713 . . . . . 6 (𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇) → (𝐹‘(0g𝑆)) = (0g𝑇))
6320, 62syl 17 . . . . 5 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝐹‘(0g𝑆)) = (0g𝑇))
6463fveq2d 6233 . . . 4 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝑀‘(𝐹‘(0g𝑆))) = (𝑀‘(0g𝑇)))
6527, 61nm0 22480 . . . . 5 (𝑇 ∈ NrmGrp → (𝑀‘(0g𝑇)) = 0)
6617, 65syl 17 . . . 4 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝑀‘(0g𝑇)) = 0)
6764, 66eqtrd 2685 . . 3 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝑀‘(𝐹‘(0g𝑆))) = 0)
6838, 39nm0 22480 . . . . . 6 (𝑆 ∈ NrmGrp → (𝐿‘(0g𝑆)) = 0)
6935, 68syl 17 . . . . 5 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝐿‘(0g𝑆)) = 0)
70 0re 10078 . . . . 5 0 ∈ ℝ
7169, 70syl6eqel 2738 . . . 4 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝐿‘(0g𝑆)) ∈ ℝ)
7213nmoge0 22572 . . . . 5 ((𝑆 ∈ NrmGrp ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp ∧ 𝐹 ∈ (𝑆 GrpHom 𝑇)) → 0 ≤ (𝑁𝐹))
7335, 17, 20, 72syl3anc 1366 . . . 4 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → 0 ≤ (𝑁𝐹))
74 0le0 11148 . . . . 5 0 ≤ 0
7574, 69syl5breqr 4723 . . . 4 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → 0 ≤ (𝐿‘(0g𝑆)))
7657, 71, 73, 75mulge0d 10642 . . 3 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → 0 ≤ ((𝑁𝐹) · (𝐿‘(0g𝑆))))
7767, 76eqbrtrd 4707 . 2 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝑀‘(𝐹‘(0g𝑆))) ≤ ((𝑁𝐹) · (𝐿‘(0g𝑆))))
785, 60, 77pm2.61ne 2908 1 ((𝐹 ∈ (𝑆 NGHom 𝑇) ∧ 𝑋𝑉) → (𝑀‘(𝐹𝑋)) ≤ ((𝑁𝐹) · (𝐿𝑋)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 383   = wceq 1523  wcel 2030  wne 2823  wral 2941   class class class wbr 4685  wf 5922  cfv 5926  (class class class)co 6690  cr 9973  0cc0 9974   · cmul 9979  +∞cpnf 10109  *cxr 10111   < clt 10112  cle 10113   / cdiv 10722  +crp 11870  [,)cico 12215  Basecbs 15904  0gc0g 16147   GrpHom cghm 17704  normcnm 22428  NrmGrpcngp 22429   normOp cnmo 22556   NGHom cnghm 22557
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-rep 4804  ax-sep 4814  ax-nul 4822  ax-pow 4873  ax-pr 4936  ax-un 6991  ax-cnex 10030  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-pre-mulgt0 10051  ax-pre-sup 10052
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-rmo 2949  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-pss 3623  df-nul 3949  df-if 4120  df-pw 4193  df-sn 4211  df-pr 4213  df-tp 4215  df-op 4217  df-uni 4469  df-iun 4554  df-br 4686  df-opab 4746  df-mpt 4763  df-tr 4786  df-id 5053  df-eprel 5058  df-po 5064  df-so 5065  df-fr 5102  df-we 5104  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-pred 5718  df-ord 5764  df-on 5765  df-lim 5766  df-suc 5767  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-om 7108  df-1st 7210  df-2nd 7211  df-wrecs 7452  df-recs 7513  df-rdg 7551  df-er 7787  df-map 7901  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-sup 8389  df-inf 8390  df-pnf 10114  df-mnf 10115  df-xr 10116  df-ltxr 10117  df-le 10118  df-sub 10306  df-neg 10307  df-div 10723  df-nn 11059  df-2 11117  df-n0 11331  df-z 11416  df-uz 11726  df-q 11827  df-rp 11871  df-xneg 11984  df-xadd 11985  df-xmul 11986  df-ico 12219  df-0g 16149  df-topgen 16151  df-mgm 17289  df-sgrp 17331  df-mnd 17342  df-grp 17472  df-ghm 17705  df-psmet 19786  df-xmet 19787  df-met 19788  df-bl 19789  df-mopn 19790  df-top 20747  df-topon 20764  df-topsp 20785  df-bases 20798  df-xms 22172  df-ms 22173  df-nm 22434  df-ngp 22435  df-nmo 22559  df-nghm 22560
This theorem is referenced by:  nmoix  22580  nmoeq0  22587  nmoco  22588  nmotri  22590  nmoid  22593  nmods  22595
  Copyright terms: Public domain W3C validator