[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝¹ : IsROrC 𝕜
inst✝ : NormedAddCommGroup E
c : InnerProductSpace 𝕜 E
x : E
⊢ 0 ≤ ↑re (inner x x)
[PROOFSTEP]
rw [← InnerProductSpace.norm_sq_eq_inner]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝¹ : IsROrC 𝕜
inst✝ : NormedAddCommGroup E
c : InnerProductSpace 𝕜 E
x : E
⊢ 0 ≤ ‖x‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
apply sq_nonneg
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝¹ : IsROrC 𝕜
inst✝ : NormedAddCommGroup E
c : InnerProductSpace 𝕜 E
x : E
hx : inner x x = 0
⊢ ‖x‖ ^ 2 = 0
[PROOFSTEP]
rw [InnerProductSpace.norm_sq_eq_inner (𝕜 := 𝕜) x, hx, map_zero]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x : F
⊢ ↑im (inner x x) = 0
[PROOFSTEP]
rw [← @ofReal_inj 𝕜, im_eq_conj_sub]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x : F
⊢ I * (↑(starRingEnd 𝕜) (inner x x) - inner x x) / 2 = ↑0
[PROOFSTEP]
simp [inner_conj_symm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y z : F
⊢ inner x (y + z) = inner x y + inner x z
[PROOFSTEP]
rw [← inner_conj_symm, inner_add_left, RingHom.map_add]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y z : F
⊢ ↑(starRingEnd 𝕜) (inner y x) + ↑(starRingEnd 𝕜) (inner z x) = inner x y + inner x z
[PROOFSTEP]
simp only [inner_conj_symm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x : F
⊢ ↑(normSq x) = inner x x
[PROOFSTEP]
rw [ext_iff]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x : F
⊢ ↑re ↑(normSq x) = ↑re (inner x x) ∧ ↑im ↑(normSq x) = ↑im (inner x x)
[PROOFSTEP]
exact ⟨by simp only [ofReal_re]; rfl, by simp only [inner_self_im, ofReal_im]⟩
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x : F
⊢ ↑re ↑(normSq x) = ↑re (inner x x)
[PROOFSTEP]
simp only [ofReal_re]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x : F
⊢ normSq x = ↑re (inner x x)
[PROOFSTEP]
rfl
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x : F
⊢ ↑im ↑(normSq x) = ↑im (inner x x)
[PROOFSTEP]
simp only [inner_self_im, ofReal_im]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ ↑re (inner x y) = ↑re (inner y x)
[PROOFSTEP]
rw [← inner_conj_symm, conj_re]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ ↑im (inner x y) = -↑im (inner y x)
[PROOFSTEP]
rw [← inner_conj_symm, conj_im]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
r : 𝕜
⊢ inner x (r • y) = r * inner x y
[PROOFSTEP]
rw [← inner_conj_symm, inner_smul_left]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
r : 𝕜
⊢ ↑(starRingEnd 𝕜) (↑(starRingEnd 𝕜) r * inner y x) = r * inner x y
[PROOFSTEP]
simp only [conj_conj, inner_conj_symm, RingHom.map_mul]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x : F
⊢ inner 0 x = 0
[PROOFSTEP]
rw [← zero_smul 𝕜 (0 : F), inner_smul_left]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x : F
⊢ ↑(starRingEnd 𝕜) 0 * inner 0 x = 0
[PROOFSTEP]
simp only [zero_mul, RingHom.map_zero]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x : F
⊢ inner x 0 = 0
[PROOFSTEP]
rw [← inner_conj_symm, inner_zero_left]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x : F
⊢ ↑(starRingEnd 𝕜) 0 = 0
[PROOFSTEP]
simp only [RingHom.map_zero]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x : F
⊢ x = 0 → inner x x = 0
[PROOFSTEP]
rintro rfl
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
⊢ inner 0 0 = 0
[PROOFSTEP]
exact inner_zero_left _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x : F
⊢ normSq x = 0 ↔ inner x x = 0
[PROOFSTEP]
simp only [normSq, ext_iff, map_zero, inner_self_im, eq_self_iff_true, and_true_iff]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x : F
⊢ ↑(↑re (inner x x)) = inner x x
[PROOFSTEP]
rw [ext_iff, inner_self_im]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x : F
⊢ ↑re ↑(↑re (inner x x)) = ↑re (inner x x) ∧ ↑im ↑(↑re (inner x x)) = 0
[PROOFSTEP]
norm_num
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ ‖inner x y‖ = ‖inner y x‖
[PROOFSTEP]
rw [← inner_conj_symm, norm_conj]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ inner (-x) y = -inner x y
[PROOFSTEP]
rw [← neg_one_smul 𝕜 x, inner_smul_left]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ ↑(starRingEnd 𝕜) (-1) * inner x y = -inner x y
[PROOFSTEP]
simp
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ inner x (-y) = -inner x y
[PROOFSTEP]
rw [← inner_conj_symm, inner_neg_left]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ ↑(starRingEnd 𝕜) (-inner y x) = -inner x y
[PROOFSTEP]
simp only [RingHom.map_neg, inner_conj_symm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y z : F
⊢ inner (x - y) z = inner x z - inner y z
[PROOFSTEP]
simp [sub_eq_add_neg, inner_add_left, inner_neg_left]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y z : F
⊢ inner x (y - z) = inner x y - inner x z
[PROOFSTEP]
simp [sub_eq_add_neg, inner_add_right, inner_neg_right]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ ↑re (inner x y * inner y x) = ‖inner x y * inner y x‖
[PROOFSTEP]
rw [← inner_conj_symm, mul_comm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ ↑re (inner y x * ↑(starRingEnd 𝕜) (inner y x)) = ‖inner y x * ↑(starRingEnd 𝕜) (inner y x)‖
[PROOFSTEP]
exact re_eq_norm_of_mul_conj (inner y x)
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ inner (x + y) (x + y) = inner x x + inner x y + inner y x + inner y y
[PROOFSTEP]
simp only [inner_add_left, inner_add_right]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ inner x x + inner y x + (inner x y + inner y y) = inner x x + inner x y + inner y x + inner y y
[PROOFSTEP]
ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ inner (x - y) (x - y) = inner x x - inner x y - inner y x + inner y y
[PROOFSTEP]
simp only [inner_sub_left, inner_sub_right]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ inner x x - inner y x - (inner x y - inner y y) = inner x x - inner x y - inner y x + inner y y
[PROOFSTEP]
ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ normSq (inner x y • x - inner x x • y) = normSq x * (normSq x * normSq y - ‖inner x y‖ ^ 2)
[PROOFSTEP]
rw [← @ofReal_inj 𝕜, ofReal_normSq_eq_inner_self]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ inner (inner x y • x - inner x x • y) (inner x y • x - inner x x • y) =
    ↑(normSq x * (normSq x * normSq y - ‖inner x y‖ ^ 2))
[PROOFSTEP]
simp only [inner_sub_sub_self, inner_smul_left, inner_smul_right, conj_ofReal, mul_sub, ← ofReal_normSq_eq_inner_self x,
  ← ofReal_normSq_eq_inner_self y]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ inner x y * (↑(starRingEnd 𝕜) (inner x y) * ↑(normSq x)) - ↑(normSq x) * (↑(starRingEnd 𝕜) (inner x y) * inner x y) -
        inner x y * (↑(normSq x) * inner y x) +
      ↑(normSq x) * (↑(normSq x) * ↑(normSq y)) =
    ↑(normSq x * (normSq x * normSq y) - normSq x * ‖inner x y‖ ^ 2)
[PROOFSTEP]
rw [← mul_assoc, mul_conj, IsROrC.conj_mul, normSq_eq_def', mul_left_comm, ← inner_conj_symm y, mul_conj,
  normSq_eq_def']
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ ↑(‖inner x y‖ ^ 2) * ↑(normSq x) - ↑(normSq x) * ↑(‖inner x y‖ ^ 2) - ↑(normSq x) * ↑(‖inner x y‖ ^ 2) +
      ↑(normSq x) * (↑(normSq x) * ↑(normSq y)) =
    ↑(normSq x * (normSq x * normSq y) - normSq x * ‖inner x y‖ ^ 2)
[PROOFSTEP]
push_cast
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ ↑‖inner x y‖ ^ 2 * ↑(normSq x) - ↑(normSq x) * ↑‖inner x y‖ ^ 2 - ↑(normSq x) * ↑‖inner x y‖ ^ 2 +
      ↑(normSq x) * (↑(normSq x) * ↑(normSq y)) =
    ↑(normSq x) * (↑(normSq x) * ↑(normSq y)) - ↑(normSq x) * ↑‖inner x y‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ ‖inner x y‖ * ‖inner y x‖ ≤ ↑re (inner x x) * ↑re (inner y y)
[PROOFSTEP]
rcases eq_or_ne x 0 with (rfl | hx)
[GOAL]
case inl
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
y : F
⊢ ‖inner 0 y‖ * ‖inner y 0‖ ≤ ↑re (inner 0 0) * ↑re (inner y y)
[PROOFSTEP]
simpa only [inner_zero_left, map_zero, zero_mul, norm_zero] using le_rfl
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
hx : x ≠ 0
⊢ ‖inner x y‖ * ‖inner y x‖ ≤ ↑re (inner x x) * ↑re (inner y y)
[PROOFSTEP]
have hx' : 0 < normSqF x := inner_self_nonneg.lt_of_ne' (mt normSq_eq_zero.1 hx)
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
hx : x ≠ 0
hx' : 0 < normSq x
⊢ ‖inner x y‖ * ‖inner y x‖ ≤ ↑re (inner x x) * ↑re (inner y y)
[PROOFSTEP]
rw [← sub_nonneg, ← mul_nonneg_iff_right_nonneg_of_pos hx', ← normSq, ← normSq, norm_inner_symm y, ← sq, ←
  cauchy_schwarz_aux]
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
hx : x ≠ 0
hx' : 0 < normSq x
⊢ 0 ≤ normSq (inner x y • x - inner x x • y)
[PROOFSTEP]
exact inner_self_nonneg
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x : F
⊢ ↑re (inner x x) = ‖x‖ * ‖x‖
[PROOFSTEP]
rw [norm_eq_sqrt_inner, ← sqrt_mul inner_self_nonneg (re ⟪x, x⟫), sqrt_mul_self inner_self_nonneg]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ ‖inner x y‖ * ‖inner x y‖ = ‖inner x y‖ * ‖inner y x‖
[PROOFSTEP]
rw [norm_inner_symm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ ↑re (inner x x) * ↑re (inner y y) = ‖x‖ * ‖y‖ * (‖x‖ * ‖y‖)
[PROOFSTEP]
simp only [inner_self_eq_norm_mul_norm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ ‖x‖ * ‖x‖ * (‖y‖ * ‖y‖) = ‖x‖ * ‖y‖ * (‖x‖ * ‖y‖)
[PROOFSTEP]
ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
⊢ (fun x => sqrt (↑re (inner x x))) 0 = 0
[PROOFSTEP]
simp only [sqrt_zero, inner_zero_right, map_zero]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
⊢ (fun x => sqrt (↑re (inner x x))) (x + y) ≤ (fun x => sqrt (↑re (inner x x))) x + (fun x => sqrt (↑re (inner x x))) y
[PROOFSTEP]
have h₁ : ‖⟪x, y⟫‖ ≤ ‖x‖ * ‖y‖ := norm_inner_le_norm _ _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
h₁ : ‖inner x y‖ ≤ ‖x‖ * ‖y‖
⊢ (fun x => sqrt (↑re (inner x x))) (x + y) ≤ (fun x => sqrt (↑re (inner x x))) x + (fun x => sqrt (↑re (inner x x))) y
[PROOFSTEP]
have h₂ : re ⟪x, y⟫ ≤ ‖⟪x, y⟫‖ := re_le_norm _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
h₁ : ‖inner x y‖ ≤ ‖x‖ * ‖y‖
h₂ : ↑re (inner x y) ≤ ‖inner x y‖
⊢ (fun x => sqrt (↑re (inner x x))) (x + y) ≤ (fun x => sqrt (↑re (inner x x))) x + (fun x => sqrt (↑re (inner x x))) y
[PROOFSTEP]
have h₃ : re ⟪x, y⟫ ≤ ‖x‖ * ‖y‖ := h₂.trans h₁
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
h₁ : ‖inner x y‖ ≤ ‖x‖ * ‖y‖
h₂ : ↑re (inner x y) ≤ ‖inner x y‖
h₃ : ↑re (inner x y) ≤ ‖x‖ * ‖y‖
⊢ (fun x => sqrt (↑re (inner x x))) (x + y) ≤ (fun x => sqrt (↑re (inner x x))) x + (fun x => sqrt (↑re (inner x x))) y
[PROOFSTEP]
have h₄ : re ⟪y, x⟫ ≤ ‖x‖ * ‖y‖ := by rwa [← inner_conj_symm, conj_re]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
h₁ : ‖inner x y‖ ≤ ‖x‖ * ‖y‖
h₂ : ↑re (inner x y) ≤ ‖inner x y‖
h₃ : ↑re (inner x y) ≤ ‖x‖ * ‖y‖
⊢ ↑re (inner y x) ≤ ‖x‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
rwa [← inner_conj_symm, conj_re]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
h₁ : ‖inner x y‖ ≤ ‖x‖ * ‖y‖
h₂ : ↑re (inner x y) ≤ ‖inner x y‖
h₃ : ↑re (inner x y) ≤ ‖x‖ * ‖y‖
h₄ : ↑re (inner y x) ≤ ‖x‖ * ‖y‖
⊢ (fun x => sqrt (↑re (inner x x))) (x + y) ≤ (fun x => sqrt (↑re (inner x x))) x + (fun x => sqrt (↑re (inner x x))) y
[PROOFSTEP]
have : ‖x + y‖ * ‖x + y‖ ≤ (‖x‖ + ‖y‖) * (‖x‖ + ‖y‖) :=
  by
  simp only [← inner_self_eq_norm_mul_norm, inner_add_add_self, mul_add, mul_comm, map_add]
  linarith
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
h₁ : ‖inner x y‖ ≤ ‖x‖ * ‖y‖
h₂ : ↑re (inner x y) ≤ ‖inner x y‖
h₃ : ↑re (inner x y) ≤ ‖x‖ * ‖y‖
h₄ : ↑re (inner y x) ≤ ‖x‖ * ‖y‖
⊢ ‖x + y‖ * ‖x + y‖ ≤ (‖x‖ + ‖y‖) * (‖x‖ + ‖y‖)
[PROOFSTEP]
simp only [← inner_self_eq_norm_mul_norm, inner_add_add_self, mul_add, mul_comm, map_add]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
h₁ : ‖inner x y‖ ≤ ‖x‖ * ‖y‖
h₂ : ↑re (inner x y) ≤ ‖inner x y‖
h₃ : ↑re (inner x y) ≤ ‖x‖ * ‖y‖
h₄ : ↑re (inner y x) ≤ ‖x‖ * ‖y‖
⊢ ↑re (inner x x) + ↑re (inner x y) + ↑re (inner y x) + ↑re (inner y y) ≤
    ↑re (inner x x) + ‖x‖ * ‖y‖ + (‖x‖ * ‖y‖ + ↑re (inner y y))
[PROOFSTEP]
linarith
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x y : F
h₁ : ‖inner x y‖ ≤ ‖x‖ * ‖y‖
h₂ : ↑re (inner x y) ≤ ‖inner x y‖
h₃ : ↑re (inner x y) ≤ ‖x‖ * ‖y‖
h₄ : ↑re (inner y x) ≤ ‖x‖ * ‖y‖
this : ‖x + y‖ * ‖x + y‖ ≤ (‖x‖ + ‖y‖) * (‖x‖ + ‖y‖)
⊢ (fun x => sqrt (↑re (inner x x))) (x + y) ≤ (fun x => sqrt (↑re (inner x x))) x + (fun x => sqrt (↑re (inner x x))) y
[PROOFSTEP]
exact nonneg_le_nonneg_of_sq_le_sq (add_nonneg (sqrt_nonneg _) (sqrt_nonneg _)) this
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
x : F
⊢ (fun x => sqrt (↑re (inner x x))) (-x) = (fun x => sqrt (↑re (inner x x))) x
[PROOFSTEP]
simp only [inner_neg_left, neg_neg, inner_neg_right]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
r : 𝕜
x : F
⊢ ‖r • x‖ ≤ ‖r‖ * ‖x‖
[PROOFSTEP]
rw [norm_eq_sqrt_inner, inner_smul_left, inner_smul_right, ← mul_assoc]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
r : 𝕜
x : F
⊢ sqrt (↑re (↑(starRingEnd 𝕜) r * r * inner x x)) ≤ ‖r‖ * ‖x‖
[PROOFSTEP]
rw [IsROrC.conj_mul, ofReal_mul_re, sqrt_mul, ← ofReal_normSq_eq_inner_self, ofReal_re]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
r : 𝕜
x : F
⊢ sqrt (↑IsROrC.normSq r) * sqrt (normSq x) ≤ ‖r‖ * ‖x‖
[PROOFSTEP]
simp [sqrt_normSq_eq_norm, IsROrC.sqrt_normSq_eq_norm]
[GOAL]
case hx
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
r : 𝕜
x : F
⊢ 0 ≤ ↑IsROrC.normSq r
[PROOFSTEP]
exact normSq_nonneg r
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
this : NormedSpace 𝕜 F := Core.toNormedSpace
x : F
⊢ ‖x‖ ^ 2 = ↑re (inner x x)
[PROOFSTEP]
have h₁ : ‖x‖ ^ 2 = sqrt (re (c.inner x x)) ^ 2 := rfl
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
this : NormedSpace 𝕜 F := Core.toNormedSpace
x : F
h₁ : ‖x‖ ^ 2 = sqrt (↑re (inner x x)) ^ 2
⊢ ‖x‖ ^ 2 = ↑re (inner x x)
[PROOFSTEP]
have h₂ : 0 ≤ re (c.inner x x) := InnerProductSpace.Core.inner_self_nonneg
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝² : IsROrC 𝕜
inst✝¹ : AddCommGroup F
inst✝ : Module 𝕜 F
c : Core 𝕜 F
this : NormedSpace 𝕜 F := Core.toNormedSpace
x : F
h₁ : ‖x‖ ^ 2 = sqrt (↑re (inner x x)) ^ 2
h₂ : 0 ≤ ↑re (inner x x)
⊢ ‖x‖ ^ 2 = ↑re (inner x x)
[PROOFSTEP]
simp [h₁, sq_sqrt, h₂]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ inner x y = 0 ↔ inner y x = 0
[PROOFSTEP]
rw [← inner_conj_symm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑(starRingEnd 𝕜) (inner y x) = 0 ↔ inner y x = 0
[PROOFSTEP]
exact star_eq_zero
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
⊢ ↑im (inner x x) = 0
[PROOFSTEP]
rw [← @ofReal_inj 𝕜, im_eq_conj_sub]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
⊢ I * (↑(starRingEnd 𝕜) (inner x x) - inner x x) / 2 = ↑0
[PROOFSTEP]
simp
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y z : E
⊢ inner x (y + z) = inner x y + inner x z
[PROOFSTEP]
rw [← inner_conj_symm, inner_add_left, RingHom.map_add]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y z : E
⊢ ↑(starRingEnd 𝕜) (inner y x) + ↑(starRingEnd 𝕜) (inner z x) = inner x y + inner x z
[PROOFSTEP]
simp only [inner_conj_symm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑re (inner x y) = ↑re (inner y x)
[PROOFSTEP]
rw [← inner_conj_symm, conj_re]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑im (inner x y) = -↑im (inner y x)
[PROOFSTEP]
rw [← inner_conj_symm, conj_im]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
r : ℝ
⊢ inner (↑r • x) y = r • inner x y
[PROOFSTEP]
rw [inner_smul_left, conj_ofReal, Algebra.smul_def]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
r : ℝ
⊢ ↑r * inner x y = ↑(algebraMap ℝ 𝕜) r * inner x y
[PROOFSTEP]
rfl
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
r : 𝕜
⊢ inner x (r • y) = r * inner x y
[PROOFSTEP]
rw [← inner_conj_symm, inner_smul_left, RingHom.map_mul, conj_conj, inner_conj_symm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
r : ℝ
⊢ inner x (↑r • y) = r • inner x y
[PROOFSTEP]
rw [inner_smul_right, Algebra.smul_def]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
r : ℝ
⊢ ↑r * inner x y = ↑(algebraMap ℝ 𝕜) r * inner x y
[PROOFSTEP]
rfl
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
l : ι →₀ 𝕜
v : ι → E
x : E
⊢ inner (sum l fun i a => a • v i) x = sum l fun i a => ↑(starRingEnd 𝕜) a • inner (v i) x
[PROOFSTEP]
convert _root_.sum_inner (𝕜 := 𝕜) l.support (fun a => l a • v a) x
[GOAL]
case h.e'_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
l : ι →₀ 𝕜
v : ι → E
x : E
⊢ (sum l fun i a => ↑(starRingEnd 𝕜) a • inner (v i) x) = ∑ i in l.support, inner (↑l i • v i) x
[PROOFSTEP]
simp only [inner_smul_left, Finsupp.sum, smul_eq_mul]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
l : ι →₀ 𝕜
v : ι → E
x : E
⊢ inner x (sum l fun i a => a • v i) = sum l fun i a => a • inner x (v i)
[PROOFSTEP]
convert _root_.inner_sum (𝕜 := 𝕜) l.support (fun a => l a • v a) x
[GOAL]
case h.e'_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
l : ι →₀ 𝕜
v : ι → E
x : E
⊢ (sum l fun i a => a • inner x (v i)) = ∑ i in l.support, inner x (↑l i • v i)
[PROOFSTEP]
simp only [inner_smul_right, Finsupp.sum, smul_eq_mul]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec : DecidableEq ι
α : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → AddZeroClass (α i)
inst✝ : (i : ι) → (x : α i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → α i → E
l : Π₀ (i : ι), α i
x : E
⊢ inner (sum l f) x = sum l fun i a => inner (f i a) x
[PROOFSTEP]
simp (config := { contextual := true }) only [DFinsupp.sum, _root_.sum_inner, smul_eq_mul]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec : DecidableEq ι
α : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → AddZeroClass (α i)
inst✝ : (i : ι) → (x : α i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → α i → E
l : Π₀ (i : ι), α i
x : E
⊢ inner x (sum l f) = sum l fun i a => inner x (f i a)
[PROOFSTEP]
simp (config := { contextual := true }) only [DFinsupp.sum, _root_.inner_sum, smul_eq_mul]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
⊢ inner 0 x = 0
[PROOFSTEP]
rw [← zero_smul 𝕜 (0 : E), inner_smul_left, RingHom.map_zero, zero_mul]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
⊢ ↑re (inner 0 x) = 0
[PROOFSTEP]
simp only [inner_zero_left, AddMonoidHom.map_zero]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
⊢ inner x 0 = 0
[PROOFSTEP]
rw [← inner_conj_symm, inner_zero_left, RingHom.map_zero]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
⊢ ↑re (inner x 0) = 0
[PROOFSTEP]
simp only [inner_zero_right, AddMonoidHom.map_zero]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
⊢ inner x x = ↑‖x‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
rw [← inner_self_ofReal_re, ← norm_sq_eq_inner, ofReal_pow]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
⊢ ↑re (inner x x) = ‖inner x x‖
[PROOFSTEP]
conv_rhs => rw [← inner_self_ofReal_re]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
| ‖inner x x‖
[PROOFSTEP]
rw [← inner_self_ofReal_re]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
| ‖inner x x‖
[PROOFSTEP]
rw [← inner_self_ofReal_re]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
| ‖inner x x‖
[PROOFSTEP]
rw [← inner_self_ofReal_re]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
⊢ ↑re (inner x x) = ‖↑(↑re (inner x x))‖
[PROOFSTEP]
symm
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
⊢ ‖↑(↑re (inner x x))‖ = ↑re (inner x x)
[PROOFSTEP]
exact norm_of_nonneg inner_self_nonneg
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
⊢ ↑‖inner x x‖ = inner x x
[PROOFSTEP]
rw [← inner_self_re_eq_norm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
⊢ ↑(↑re (inner x x)) = inner x x
[PROOFSTEP]
exact inner_self_ofReal_re _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
⊢ inner x x = 0 ↔ x = 0
[PROOFSTEP]
rw [inner_self_eq_norm_sq_to_K, sq_eq_zero_iff, ofReal_eq_zero, norm_eq_zero]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
⊢ ↑re (inner x x) ≤ 0 ↔ x = 0
[PROOFSTEP]
rw [← norm_sq_eq_inner, (sq_nonneg _).le_iff_eq, sq_eq_zero_iff, norm_eq_zero]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖inner x y‖ = ‖inner y x‖
[PROOFSTEP]
rw [← inner_conj_symm, norm_conj]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ inner (-x) y = -inner x y
[PROOFSTEP]
rw [← neg_one_smul 𝕜 x, inner_smul_left]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑(starRingEnd 𝕜) (-1) * inner x y = -inner x y
[PROOFSTEP]
simp
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ inner x (-y) = -inner x y
[PROOFSTEP]
rw [← inner_conj_symm, inner_neg_left]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑(starRingEnd 𝕜) (-inner y x) = -inner x y
[PROOFSTEP]
simp only [RingHom.map_neg, inner_conj_symm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ inner (-x) (-y) = inner x y
[PROOFSTEP]
simp
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y z : E
⊢ inner (x - y) z = inner x z - inner y z
[PROOFSTEP]
simp [sub_eq_add_neg, inner_add_left]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y z : E
⊢ inner x (y - z) = inner x y - inner x z
[PROOFSTEP]
simp [sub_eq_add_neg, inner_add_right]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑re (inner x y * inner y x) = ‖inner x y * inner y x‖
[PROOFSTEP]
rw [← inner_conj_symm, mul_comm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑re (inner y x * ↑(starRingEnd 𝕜) (inner y x)) = ‖inner y x * ↑(starRingEnd 𝕜) (inner y x)‖
[PROOFSTEP]
exact re_eq_norm_of_mul_conj (inner y x)
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ inner (x + y) (x + y) = inner x x + inner x y + inner y x + inner y y
[PROOFSTEP]
simp only [inner_add_left, inner_add_right]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ inner x x + inner y x + (inner x y + inner y y) = inner x x + inner x y + inner y x + inner y y
[PROOFSTEP]
ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ inner (x + y) (x + y) = inner x x + 2 * inner x y + inner y y
[PROOFSTEP]
have : ⟪y, x⟫_ℝ = ⟪x, y⟫_ℝ := by rw [← inner_conj_symm]; rfl
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ inner y x = inner x y
[PROOFSTEP]
rw [← inner_conj_symm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ ↑(starRingEnd ℝ) (inner x y) = inner x y
[PROOFSTEP]
rfl
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
this : inner y x = inner x y
⊢ inner (x + y) (x + y) = inner x x + 2 * inner x y + inner y y
[PROOFSTEP]
simp only [inner_add_add_self, this, add_left_inj]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
this : inner y x = inner x y
⊢ inner x x + inner x y + inner x y = inner x x + 2 * inner x y
[PROOFSTEP]
ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ inner (x - y) (x - y) = inner x x - inner x y - inner y x + inner y y
[PROOFSTEP]
simp only [inner_sub_left, inner_sub_right]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ inner x x - inner y x - (inner x y - inner y y) = inner x x - inner x y - inner y x + inner y y
[PROOFSTEP]
ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ inner (x - y) (x - y) = inner x x - 2 * inner x y + inner y y
[PROOFSTEP]
have : ⟪y, x⟫_ℝ = ⟪x, y⟫_ℝ := by rw [← inner_conj_symm]; rfl
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ inner y x = inner x y
[PROOFSTEP]
rw [← inner_conj_symm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ ↑(starRingEnd ℝ) (inner x y) = inner x y
[PROOFSTEP]
rfl
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
this : inner y x = inner x y
⊢ inner (x - y) (x - y) = inner x x - 2 * inner x y + inner y y
[PROOFSTEP]
simp only [inner_sub_sub_self, this, add_left_inj]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
this : inner y x = inner x y
⊢ inner x x - inner x y - inner x y = inner x x - 2 * inner x y
[PROOFSTEP]
ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h : ∀ (v : E), inner v x = inner v y
⊢ x = y
[PROOFSTEP]
rw [← sub_eq_zero, ← @inner_self_eq_zero 𝕜, inner_sub_right, sub_eq_zero, h (x - y)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h : ∀ (v : E), inner x v = inner y v
⊢ x = y
[PROOFSTEP]
rw [← sub_eq_zero, ← @inner_self_eq_zero 𝕜, inner_sub_left, sub_eq_zero, h (x - y)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ inner (x + y) (x + y) + inner (x - y) (x - y) = 2 * (inner x x + inner y y)
[PROOFSTEP]
simp only [inner_add_add_self, inner_sub_sub_self]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ inner x x + inner x y + inner y x + inner y y + (inner x x - inner x y - inner y x + inner y y) =
    2 * (inner x x + inner y y)
[PROOFSTEP]
ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ inner x y * inner x y ≤ ‖inner x y‖ * ‖inner y x‖
[PROOFSTEP]
rw [real_inner_comm y, ← norm_mul]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ inner y x * inner y x ≤ ‖inner y x * inner y x‖
[PROOFSTEP]
exact le_abs_self _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
v : ι → E
hz : ∀ (i : ι), v i ≠ 0
ho : ∀ (i j : ι), i ≠ j → inner (v i) (v j) = 0
⊢ LinearIndependent 𝕜 v
[PROOFSTEP]
rw [linearIndependent_iff']
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
v : ι → E
hz : ∀ (i : ι), v i ≠ 0
ho : ∀ (i j : ι), i ≠ j → inner (v i) (v j) = 0
⊢ ∀ (s : Finset ι) (g : ι → 𝕜), ∑ i in s, g i • v i = 0 → ∀ (i : ι), i ∈ s → g i = 0
[PROOFSTEP]
intro s g hg i hi
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
v : ι → E
hz : ∀ (i : ι), v i ≠ 0
ho : ∀ (i j : ι), i ≠ j → inner (v i) (v j) = 0
s : Finset ι
g : ι → 𝕜
hg : ∑ i in s, g i • v i = 0
i : ι
hi : i ∈ s
⊢ g i = 0
[PROOFSTEP]
have h' : g i * inner (v i) (v i) = inner (v i) (∑ j in s, g j • v j) :=
  by
  rw [inner_sum]
  symm
  convert Finset.sum_eq_single (β := 𝕜) i ?_ ?_
  · rw [inner_smul_right]
  · intro j _hj hji
    rw [inner_smul_right, ho i j hji.symm, mul_zero]
  · exact fun h => False.elim (h hi)
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
v : ι → E
hz : ∀ (i : ι), v i ≠ 0
ho : ∀ (i j : ι), i ≠ j → inner (v i) (v j) = 0
s : Finset ι
g : ι → 𝕜
hg : ∑ i in s, g i • v i = 0
i : ι
hi : i ∈ s
⊢ g i * inner (v i) (v i) = inner (v i) (∑ j in s, g j • v j)
[PROOFSTEP]
rw [inner_sum]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
v : ι → E
hz : ∀ (i : ι), v i ≠ 0
ho : ∀ (i j : ι), i ≠ j → inner (v i) (v j) = 0
s : Finset ι
g : ι → 𝕜
hg : ∑ i in s, g i • v i = 0
i : ι
hi : i ∈ s
⊢ g i * inner (v i) (v i) = ∑ i_1 in s, inner (v i) (g i_1 • v i_1)
[PROOFSTEP]
symm
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
v : ι → E
hz : ∀ (i : ι), v i ≠ 0
ho : ∀ (i j : ι), i ≠ j → inner (v i) (v j) = 0
s : Finset ι
g : ι → 𝕜
hg : ∑ i in s, g i • v i = 0
i : ι
hi : i ∈ s
⊢ ∑ i_1 in s, inner (v i) (g i_1 • v i_1) = g i * inner (v i) (v i)
[PROOFSTEP]
convert Finset.sum_eq_single (β := 𝕜) i ?_ ?_
[GOAL]
case h.e'_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
v : ι → E
hz : ∀ (i : ι), v i ≠ 0
ho : ∀ (i j : ι), i ≠ j → inner (v i) (v j) = 0
s : Finset ι
g : ι → 𝕜
hg : ∑ i in s, g i • v i = 0
i : ι
hi : i ∈ s
⊢ g i * inner (v i) (v i) = inner (v i) (g i • v i)
[PROOFSTEP]
rw [inner_smul_right]
[GOAL]
case convert_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
v : ι → E
hz : ∀ (i : ι), v i ≠ 0
ho : ∀ (i j : ι), i ≠ j → inner (v i) (v j) = 0
s : Finset ι
g : ι → 𝕜
hg : ∑ i in s, g i • v i = 0
i : ι
hi : i ∈ s
⊢ ∀ (b : ι), b ∈ s → b ≠ i → inner (v i) (g b • v b) = 0
[PROOFSTEP]
intro j _hj hji
[GOAL]
case convert_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
v : ι → E
hz : ∀ (i : ι), v i ≠ 0
ho : ∀ (i j : ι), i ≠ j → inner (v i) (v j) = 0
s : Finset ι
g : ι → 𝕜
hg : ∑ i in s, g i • v i = 0
i : ι
hi : i ∈ s
j : ι
_hj : j ∈ s
hji : j ≠ i
⊢ inner (v i) (g j • v j) = 0
[PROOFSTEP]
rw [inner_smul_right, ho i j hji.symm, mul_zero]
[GOAL]
case convert_4
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
v : ι → E
hz : ∀ (i : ι), v i ≠ 0
ho : ∀ (i j : ι), i ≠ j → inner (v i) (v j) = 0
s : Finset ι
g : ι → 𝕜
hg : ∑ i in s, g i • v i = 0
i : ι
hi : i ∈ s
⊢ ¬i ∈ s → inner (v i) (g i • v i) = 0
[PROOFSTEP]
exact fun h => False.elim (h hi)
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
v : ι → E
hz : ∀ (i : ι), v i ≠ 0
ho : ∀ (i j : ι), i ≠ j → inner (v i) (v j) = 0
s : Finset ι
g : ι → 𝕜
hg : ∑ i in s, g i • v i = 0
i : ι
hi : i ∈ s
h' : g i * inner (v i) (v i) = inner (v i) (∑ j in s, g j • v j)
⊢ g i = 0
[PROOFSTEP]
simpa [hg, hz] using h'
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
⊢ Orthonormal 𝕜 v ↔ ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
[PROOFSTEP]
constructor
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
⊢ Orthonormal 𝕜 v → ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
[PROOFSTEP]
intro hv i j
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
i j : ι
⊢ inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
[PROOFSTEP]
split_ifs with h
[GOAL]
case pos
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
i j : ι
h : i = j
⊢ inner (v i) (v j) = 1
[PROOFSTEP]
simp [h, inner_self_eq_norm_sq_to_K, hv.1]
[GOAL]
case neg
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
i j : ι
h : ¬i = j
⊢ inner (v i) (v j) = 0
[PROOFSTEP]
exact hv.2 h
[GOAL]
case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
⊢ (∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0) → Orthonormal 𝕜 v
[PROOFSTEP]
intro h
[GOAL]
case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
h : ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
⊢ Orthonormal 𝕜 v
[PROOFSTEP]
constructor
[GOAL]
case mpr.left
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
h : ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
⊢ ∀ (i : ι), ‖v i‖ = 1
[PROOFSTEP]
intro i
[GOAL]
case mpr.left
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
h : ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
i : ι
⊢ ‖v i‖ = 1
[PROOFSTEP]
have h' : ‖v i‖ ^ 2 = 1 ^ 2 := by simp [@norm_sq_eq_inner 𝕜, h i i]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
h : ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
i : ι
⊢ ‖v i‖ ^ 2 = 1 ^ 2
[PROOFSTEP]
simp [@norm_sq_eq_inner 𝕜, h i i]
[GOAL]
case mpr.left
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
h : ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
i : ι
h' : ‖v i‖ ^ 2 = 1 ^ 2
⊢ ‖v i‖ = 1
[PROOFSTEP]
have h₁ : 0 ≤ ‖v i‖ := norm_nonneg _
[GOAL]
case mpr.left
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
h : ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
i : ι
h' : ‖v i‖ ^ 2 = 1 ^ 2
h₁ : 0 ≤ ‖v i‖
⊢ ‖v i‖ = 1
[PROOFSTEP]
have h₂ : (0 : ℝ) ≤ 1 := zero_le_one
[GOAL]
case mpr.left
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
h : ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
i : ι
h' : ‖v i‖ ^ 2 = 1 ^ 2
h₁ : 0 ≤ ‖v i‖
h₂ : 0 ≤ 1
⊢ ‖v i‖ = 1
[PROOFSTEP]
rwa [sq_eq_sq h₁ h₂] at h' 
[GOAL]
case mpr.right
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
h : ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
⊢ ∀ {i j : ι}, i ≠ j → inner (v i) (v j) = 0
[PROOFSTEP]
intro i j hij
[GOAL]
case mpr.right
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
h : ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
i j : ι
hij : i ≠ j
⊢ inner (v i) (v j) = 0
[PROOFSTEP]
simpa [hij] using h i j
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
s : Set E
⊢ Orthonormal 𝕜 Subtype.val ↔ ∀ (v : E), v ∈ s → ∀ (w : E), w ∈ s → inner v w = if v = w then 1 else 0
[PROOFSTEP]
rw [orthonormal_iff_ite]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
s : Set E
⊢ (∀ (i j : { x // x ∈ s }), inner ↑i ↑j = if i = j then 1 else 0) ↔
    ∀ (v : E), v ∈ s → ∀ (w : E), w ∈ s → inner v w = if v = w then 1 else 0
[PROOFSTEP]
constructor
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
s : Set E
⊢ (∀ (i j : { x // x ∈ s }), inner ↑i ↑j = if i = j then 1 else 0) →
    ∀ (v : E), v ∈ s → ∀ (w : E), w ∈ s → inner v w = if v = w then 1 else 0
[PROOFSTEP]
intro h v hv w hw
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
s : Set E
h : ∀ (i j : { x // x ∈ s }), inner ↑i ↑j = if i = j then 1 else 0
v : E
hv : v ∈ s
w : E
hw : w ∈ s
⊢ inner v w = if v = w then 1 else 0
[PROOFSTEP]
convert h ⟨v, hv⟩ ⟨w, hw⟩ using 1
[GOAL]
case h.e'_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
s : Set E
h : ∀ (i j : { x // x ∈ s }), inner ↑i ↑j = if i = j then 1 else 0
v : E
hv : v ∈ s
w : E
hw : w ∈ s
⊢ (if v = w then 1 else 0) = if { val := v, property := hv } = { val := w, property := hw } then 1 else 0
[PROOFSTEP]
simp
[GOAL]
case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
s : Set E
⊢ (∀ (v : E), v ∈ s → ∀ (w : E), w ∈ s → inner v w = if v = w then 1 else 0) →
    ∀ (i j : { x // x ∈ s }), inner ↑i ↑j = if i = j then 1 else 0
[PROOFSTEP]
rintro h ⟨v, hv⟩ ⟨w, hw⟩
[GOAL]
case mpr.mk.mk
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
s : Set E
h : ∀ (v : E), v ∈ s → ∀ (w : E), w ∈ s → inner v w = if v = w then 1 else 0
v : E
hv : v ∈ s
w : E
hw : w ∈ s
⊢ inner ↑{ val := v, property := hv } ↑{ val := w, property := hw } =
    if { val := v, property := hv } = { val := w, property := hw } then 1 else 0
[PROOFSTEP]
convert h v hv w hw using 1
[GOAL]
case h.e'_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
s : Set E
h : ∀ (v : E), v ∈ s → ∀ (w : E), w ∈ s → inner v w = if v = w then 1 else 0
v : E
hv : v ∈ s
w : E
hw : w ∈ s
⊢ (if { val := v, property := hv } = { val := w, property := hw } then 1 else 0) = if v = w then 1 else 0
[PROOFSTEP]
simp
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
l : ι →₀ 𝕜
i : ι
⊢ inner (v i) (↑(Finsupp.total ι E 𝕜 v) l) = ↑l i
[PROOFSTEP]
classical!
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
l : ι →₀ 𝕜
i : ι
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
⊢ inner (v i) (↑(Finsupp.total ι E 𝕜 v) l) = ↑l i
[PROOFSTEP]
simpa [Finsupp.total_apply, Finsupp.inner_sum, orthonormal_iff_ite.mp hv] using Eq.symm
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
l : ι → 𝕜
s : Finset ι
i : ι
hi : i ∈ s
⊢ inner (v i) (∑ i in s, l i • v i) = l i
[PROOFSTEP]
classical!
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
l : ι → 𝕜
s : Finset ι
i : ι
hi : i ∈ s
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
⊢ inner (v i) (∑ i in s, l i • v i) = l i
[PROOFSTEP]
simp [inner_sum, inner_smul_right, orthonormal_iff_ite.mp hv, hi]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
l : ι →₀ 𝕜
i : ι
⊢ inner (↑(Finsupp.total ι E 𝕜 v) l) (v i) = ↑(starRingEnd ((fun x => 𝕜) i)) (↑l i)
[PROOFSTEP]
rw [← inner_conj_symm, hv.inner_right_finsupp]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
l : ι → 𝕜
s : Finset ι
i : ι
hi : i ∈ s
⊢ inner (∑ i in s, l i • v i) (v i) = ↑(starRingEnd 𝕜) (l i)
[PROOFSTEP]
classical!
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
l : ι → 𝕜
s : Finset ι
i : ι
hi : i ∈ s
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
⊢ inner (∑ i in s, l i • v i) (v i) = ↑(starRingEnd 𝕜) (l i)
[PROOFSTEP]
simp only [sum_inner, inner_smul_left, orthonormal_iff_ite.mp hv, hi, mul_boole, Finset.sum_ite_eq', if_true]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
l₁ l₂ : ι →₀ 𝕜
⊢ inner (↑(Finsupp.total ι E 𝕜 v) l₁) (↑(Finsupp.total ι E 𝕜 v) l₂) =
    Finsupp.sum l₁ fun i y => ↑(starRingEnd 𝕜) y * ↑l₂ i
[PROOFSTEP]
simp only [l₁.total_apply _, Finsupp.sum_inner, hv.inner_right_finsupp, smul_eq_mul]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
l₁ l₂ : ι →₀ 𝕜
⊢ inner (↑(Finsupp.total ι E 𝕜 v) l₁) (↑(Finsupp.total ι E 𝕜 v) l₂) =
    Finsupp.sum l₂ fun i y => ↑(starRingEnd ((fun x => 𝕜) i)) (↑l₁ i) * y
[PROOFSTEP]
simp only [l₂.total_apply _, Finsupp.inner_sum, hv.inner_left_finsupp, mul_comm, smul_eq_mul]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
l₁ l₂ : ι → 𝕜
s : Finset ι
⊢ inner (∑ i in s, l₁ i • v i) (∑ i in s, l₂ i • v i) = ∑ i in s, ↑(starRingEnd 𝕜) (l₁ i) * l₂ i
[PROOFSTEP]
simp_rw [sum_inner, inner_smul_left]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
l₁ l₂ : ι → 𝕜
s : Finset ι
⊢ ∑ x in s, ↑(starRingEnd 𝕜) (l₁ x) * inner (v x) (∑ i in s, l₂ i • v i) = ∑ x in s, ↑(starRingEnd 𝕜) (l₁ x) * l₂ x
[PROOFSTEP]
refine' Finset.sum_congr rfl fun i hi => _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
l₁ l₂ : ι → 𝕜
s : Finset ι
i : ι
hi : i ∈ s
⊢ ↑(starRingEnd 𝕜) (l₁ i) * inner (v i) (∑ i in s, l₂ i • v i) = ↑(starRingEnd 𝕜) (l₁ i) * l₂ i
[PROOFSTEP]
rw [hv.inner_right_sum l₂ hi]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
s : Finset ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
a : ι → ι → 𝕜
⊢ ∑ i in s, ∑ j in s, a i j • inner (v j) (v i) = ∑ k in s, a k k
[PROOFSTEP]
classical!
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
s : Finset ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
a : ι → ι → 𝕜
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
⊢ ∑ i in s, ∑ j in s, a i j • inner (v j) (v i) = ∑ k in s, a k k
[PROOFSTEP]
simp [orthonormal_iff_ite.mp hv, Finset.sum_ite_of_true]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
⊢ LinearIndependent 𝕜 v
[PROOFSTEP]
rw [linearIndependent_iff]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
⊢ ∀ (l : ι →₀ 𝕜), ↑(Finsupp.total ι E 𝕜 v) l = 0 → l = 0
[PROOFSTEP]
intro l hl
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
l : ι →₀ 𝕜
hl : ↑(Finsupp.total ι E 𝕜 v) l = 0
⊢ l = 0
[PROOFSTEP]
ext i
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
l : ι →₀ 𝕜
hl : ↑(Finsupp.total ι E 𝕜 v) l = 0
i : ι
⊢ ↑l i = ↑0 i
[PROOFSTEP]
have key : ⟪v i, Finsupp.total ι E 𝕜 v l⟫ = ⟪v i, 0⟫ := by rw [hl]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
l : ι →₀ 𝕜
hl : ↑(Finsupp.total ι E 𝕜 v) l = 0
i : ι
⊢ inner (v i) (↑(Finsupp.total ι E 𝕜 v) l) = inner (v i) 0
[PROOFSTEP]
rw [hl]
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
l : ι →₀ 𝕜
hl : ↑(Finsupp.total ι E 𝕜 v) l = 0
i : ι
key : inner (v i) (↑(Finsupp.total ι E 𝕜 v) l) = inner (v i) 0
⊢ ↑l i = ↑0 i
[PROOFSTEP]
simpa only [hv.inner_right_finsupp, inner_zero_right] using key
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
ι' : Type u_5
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
f : ι' → ι
hf : Function.Injective f
⊢ Orthonormal 𝕜 (v ∘ f)
[PROOFSTEP]
classical!
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
ι' : Type u_5
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
f : ι' → ι
hf : Function.Injective f
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
⊢ Orthonormal 𝕜 (v ∘ f)
[PROOFSTEP]
rw [orthonormal_iff_ite] at hv ⊢
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
ι' : Type u_5
v : ι → E
f : ι' → ι
hf : Function.Injective f
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
hv : ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
⊢ ∀ (i j : ι'), inner ((v ∘ f) i) ((v ∘ f) j) = if i = j then 1 else 0
[PROOFSTEP]
intro i j
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
ι' : Type u_5
v : ι → E
f : ι' → ι
hf : Function.Injective f
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
hv : ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
i j : ι'
⊢ inner ((v ∘ f) i) ((v ∘ f) j) = if i = j then 1 else 0
[PROOFSTEP]
convert hv (f i) (f j) using 1
[GOAL]
case h.e'_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
ι' : Type u_5
v : ι → E
f : ι' → ι
hf : Function.Injective f
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
hv : ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
i j : ι'
⊢ (if i = j then 1 else 0) = if f i = f j then 1 else 0
[PROOFSTEP]
simp [hf.eq_iff]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Function.Injective v
⊢ Orthonormal 𝕜 Subtype.val ↔ Orthonormal 𝕜 v
[PROOFSTEP]
let f : ι ≃ Set.range v := Equiv.ofInjective v hv
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Function.Injective v
f : ι ≃ ↑(Set.range v) := Equiv.ofInjective v hv
⊢ Orthonormal 𝕜 Subtype.val ↔ Orthonormal 𝕜 v
[PROOFSTEP]
refine' ⟨fun h => h.comp f f.injective, fun h => _⟩
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Function.Injective v
f : ι ≃ ↑(Set.range v) := Equiv.ofInjective v hv
h : Orthonormal 𝕜 v
⊢ Orthonormal 𝕜 Subtype.val
[PROOFSTEP]
rw [← Equiv.self_comp_ofInjective_symm hv]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Function.Injective v
f : ι ≃ ↑(Set.range v) := Equiv.ofInjective v hv
h : Orthonormal 𝕜 v
⊢ Orthonormal 𝕜 (v ∘ ↑(Equiv.ofInjective v hv).symm)
[PROOFSTEP]
exact h.comp f.symm f.symm.injective
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
s : Set ι
i : ι
hi : ¬i ∈ s
l : ι →₀ 𝕜
hl : l ∈ Finsupp.supported 𝕜 𝕜 s
⊢ inner (↑(Finsupp.total ι E 𝕜 v) l) (v i) = 0
[PROOFSTEP]
rw [Finsupp.mem_supported'] at hl 
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
s : Set ι
i : ι
hi : ¬i ∈ s
l : ι →₀ 𝕜
hl : ∀ (x : ι), ¬x ∈ s → ↑l x = 0
⊢ inner (↑(Finsupp.total ι E 𝕜 v) l) (v i) = 0
[PROOFSTEP]
simp only [hv.inner_left_finsupp, hl i hi, map_zero]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
⊢ Orthonormal 𝕜 w
[PROOFSTEP]
classical!
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
⊢ Orthonormal 𝕜 w
[PROOFSTEP]
rw [orthonormal_iff_ite] at *
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
hv : ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
⊢ ∀ (i j : ι), inner (w i) (w j) = if i = j then 1 else 0
[PROOFSTEP]
intro i j
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
hv : ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
i j : ι
⊢ inner (w i) (w j) = if i = j then 1 else 0
[PROOFSTEP]
cases' hw i with hi hi
[GOAL]
case inl
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
hv : ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
i j : ι
hi : w i = v i
⊢ inner (w i) (w j) = if i = j then 1 else 0
[PROOFSTEP]
cases' hw j with hj hj
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
hv : ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
i j : ι
hi : w i = -v i
⊢ inner (w i) (w j) = if i = j then 1 else 0
[PROOFSTEP]
cases' hw j with hj hj
[GOAL]
case inl.inl
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
hv : ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
i j : ι
hi : w i = v i
hj : w j = v j
⊢ inner (w i) (w j) = if i = j then 1 else 0
[PROOFSTEP]
replace hv := hv i j
[GOAL]
case inl.inr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
hv : ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
i j : ι
hi : w i = v i
hj : w j = -v j
⊢ inner (w i) (w j) = if i = j then 1 else 0
[PROOFSTEP]
replace hv := hv i j
[GOAL]
case inr.inl
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
hv : ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
i j : ι
hi : w i = -v i
hj : w j = v j
⊢ inner (w i) (w j) = if i = j then 1 else 0
[PROOFSTEP]
replace hv := hv i j
[GOAL]
case inr.inr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
hv : ∀ (i j : ι), inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
i j : ι
hi : w i = -v i
hj : w j = -v j
⊢ inner (w i) (w j) = if i = j then 1 else 0
[PROOFSTEP]
replace hv := hv i j
[GOAL]
case inl.inl
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
i j : ι
hi : w i = v i
hj : w j = v j
hv : inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
⊢ inner (w i) (w j) = if i = j then 1 else 0
[PROOFSTEP]
split_ifs at hv ⊢ with h
[GOAL]
case inl.inr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
i j : ι
hi : w i = v i
hj : w j = -v j
hv : inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
⊢ inner (w i) (w j) = if i = j then 1 else 0
[PROOFSTEP]
split_ifs at hv ⊢ with h
[GOAL]
case inr.inl
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
i j : ι
hi : w i = -v i
hj : w j = v j
hv : inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
⊢ inner (w i) (w j) = if i = j then 1 else 0
[PROOFSTEP]
split_ifs at hv ⊢ with h
[GOAL]
case inr.inr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
i j : ι
hi : w i = -v i
hj : w j = -v j
hv : inner (v i) (v j) = if i = j then 1 else 0
⊢ inner (w i) (w j) = if i = j then 1 else 0
[PROOFSTEP]
split_ifs at hv ⊢ with h
[GOAL]
case pos
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
i j : ι
hi : w i = v i
hj : w j = v j
h : i = j
hv : inner (v i) (v j) = 1
⊢ inner (w i) (w j) = 1
[PROOFSTEP]
simpa only [hi, hj, h, inner_neg_right, inner_neg_left, neg_neg, eq_self_iff_true, neg_eq_zero] using hv
[GOAL]
case neg
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
i j : ι
hi : w i = v i
hj : w j = v j
h : ¬i = j
hv : inner (v i) (v j) = 0
⊢ inner (w i) (w j) = 0
[PROOFSTEP]
simpa only [hi, hj, h, inner_neg_right, inner_neg_left, neg_neg, eq_self_iff_true, neg_eq_zero] using hv
[GOAL]
case pos
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
i j : ι
hi : w i = v i
hj : w j = -v j
h : i = j
hv : inner (v i) (v j) = 1
⊢ inner (w i) (w j) = 1
[PROOFSTEP]
simpa only [hi, hj, h, inner_neg_right, inner_neg_left, neg_neg, eq_self_iff_true, neg_eq_zero] using hv
[GOAL]
case neg
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
i j : ι
hi : w i = v i
hj : w j = -v j
h : ¬i = j
hv : inner (v i) (v j) = 0
⊢ inner (w i) (w j) = 0
[PROOFSTEP]
simpa only [hi, hj, h, inner_neg_right, inner_neg_left, neg_neg, eq_self_iff_true, neg_eq_zero] using hv
[GOAL]
case pos
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
i j : ι
hi : w i = -v i
hj : w j = v j
h : i = j
hv : inner (v i) (v j) = 1
⊢ inner (w i) (w j) = 1
[PROOFSTEP]
simpa only [hi, hj, h, inner_neg_right, inner_neg_left, neg_neg, eq_self_iff_true, neg_eq_zero] using hv
[GOAL]
case neg
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
i j : ι
hi : w i = -v i
hj : w j = v j
h : ¬i = j
hv : inner (v i) (v j) = 0
⊢ inner (w i) (w j) = 0
[PROOFSTEP]
simpa only [hi, hj, h, inner_neg_right, inner_neg_left, neg_neg, eq_self_iff_true, neg_eq_zero] using hv
[GOAL]
case pos
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
i j : ι
hi : w i = -v i
hj : w j = -v j
h : i = j
hv : inner (v i) (v j) = 1
⊢ inner (w i) (w j) = 1
[PROOFSTEP]
simpa only [hi, hj, h, inner_neg_right, inner_neg_left, neg_neg, eq_self_iff_true, neg_eq_zero] using hv
[GOAL]
case neg
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v w : ι → E
hw : ∀ (i : ι), w i = v i ∨ w i = -v i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
i j : ι
hi : w i = -v i
hj : w j = -v j
h : ¬i = j
hv : inner (v i) (v j) = 0
⊢ inner (w i) (w j) = 0
[PROOFSTEP]
simpa only [hi, hj, h, inner_neg_right, inner_neg_left, neg_neg, eq_self_iff_true, neg_eq_zero] using hv
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
⊢ Orthonormal 𝕜 fun x => ↑x
[PROOFSTEP]
classical!
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
⊢ Orthonormal 𝕜 fun x => ↑x
[PROOFSTEP]
simp [orthonormal_subtype_iff_ite]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
η : Type u_5
s : η → Set E
hs : Directed (fun x x_1 => x ⊆ x_1) s
h : ∀ (i : η), Orthonormal 𝕜 fun x => ↑x
⊢ Orthonormal 𝕜 fun x => ↑x
[PROOFSTEP]
classical!
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
η : Type u_5
s : η → Set E
hs : Directed (fun x x_1 => x ⊆ x_1) s
h : ∀ (i : η), Orthonormal 𝕜 fun x => ↑x
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
⊢ Orthonormal 𝕜 fun x => ↑x
[PROOFSTEP]
rw [orthonormal_subtype_iff_ite]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
η : Type u_5
s : η → Set E
hs : Directed (fun x x_1 => x ⊆ x_1) s
h : ∀ (i : η), Orthonormal 𝕜 fun x => ↑x
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
⊢ ∀ (v : E), v ∈ ⋃ (i : η), s i → ∀ (w : E), w ∈ ⋃ (i : η), s i → inner v w = if v = w then 1 else 0
[PROOFSTEP]
rintro x ⟨_, ⟨i, rfl⟩, hxi⟩ y ⟨_, ⟨j, rfl⟩, hyj⟩
[GOAL]
case intro.intro.intro.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
η : Type u_5
s : η → Set E
hs : Directed (fun x x_1 => x ⊆ x_1) s
h : ∀ (i : η), Orthonormal 𝕜 fun x => ↑x
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
x : E
i : η
hxi : x ∈ (fun i => s i) i
y : E
j : η
hyj : y ∈ (fun i => s i) j
⊢ inner x y = if x = y then 1 else 0
[PROOFSTEP]
obtain ⟨k, hik, hjk⟩ := hs i j
[GOAL]
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
η : Type u_5
s : η → Set E
hs : Directed (fun x x_1 => x ⊆ x_1) s
h : ∀ (i : η), Orthonormal 𝕜 fun x => ↑x
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
x : E
i : η
hxi : x ∈ (fun i => s i) i
y : E
j : η
hyj : y ∈ (fun i => s i) j
k : η
hik : s i ⊆ s k
hjk : s j ⊆ s k
⊢ inner x y = if x = y then 1 else 0
[PROOFSTEP]
have h_orth : Orthonormal 𝕜 (fun x => x : s k → E) := h k
[GOAL]
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
η : Type u_5
s : η → Set E
hs : Directed (fun x x_1 => x ⊆ x_1) s
h : ∀ (i : η), Orthonormal 𝕜 fun x => ↑x
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
x : E
i : η
hxi : x ∈ (fun i => s i) i
y : E
j : η
hyj : y ∈ (fun i => s i) j
k : η
hik : s i ⊆ s k
hjk : s j ⊆ s k
h_orth : Orthonormal 𝕜 fun x => ↑x
⊢ inner x y = if x = y then 1 else 0
[PROOFSTEP]
rw [orthonormal_subtype_iff_ite] at h_orth 
[GOAL]
case intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
η : Type u_5
s : η → Set E
hs : Directed (fun x x_1 => x ⊆ x_1) s
h : ∀ (i : η), Orthonormal 𝕜 fun x => ↑x
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
x : E
i : η
hxi : x ∈ (fun i => s i) i
y : E
j : η
hyj : y ∈ (fun i => s i) j
k : η
hik : s i ⊆ s k
hjk : s j ⊆ s k
h_orth : ∀ (v : E), v ∈ s k → ∀ (w : E), w ∈ s k → inner v w = if v = w then 1 else 0
⊢ inner x y = if x = y then 1 else 0
[PROOFSTEP]
exact h_orth x (hik hxi) y (hjk hyj)
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
s : Set (Set E)
hs : DirectedOn (fun x x_1 => x ⊆ x_1) s
h : ∀ (a : Set E), a ∈ s → Orthonormal 𝕜 fun x => ↑x
⊢ Orthonormal 𝕜 fun x => ↑x
[PROOFSTEP]
rw [Set.sUnion_eq_iUnion]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
s : Set (Set E)
hs : DirectedOn (fun x x_1 => x ⊆ x_1) s
h : ∀ (a : Set E), a ∈ s → Orthonormal 𝕜 fun x => ↑x
⊢ Orthonormal 𝕜 fun x => ↑x
[PROOFSTEP]
exact orthonormal_iUnion_of_directed hs.directed_val (by simpa using h)
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
s : Set (Set E)
hs : DirectedOn (fun x x_1 => x ⊆ x_1) s
h : ∀ (a : Set E), a ∈ s → Orthonormal 𝕜 fun x => ↑x
⊢ ∀ (i : ↑s), Orthonormal 𝕜 fun x => ↑x
[PROOFSTEP]
simpa using h
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
s : Set E
hs : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
⊢ ∃ w _hw, Orthonormal 𝕜 Subtype.val ∧ ∀ (u : Set E), u ⊇ w → Orthonormal 𝕜 Subtype.val → u = w
[PROOFSTEP]
have := zorn_subset_nonempty {b | Orthonormal 𝕜 (Subtype.val : b → E)} ?_ _ hs
[GOAL]
case refine_2
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
s : Set E
hs : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
this :
  ∃ m, m ∈ {b | Orthonormal 𝕜 Subtype.val} ∧ s ⊆ m ∧ ∀ (a : Set E), a ∈ {b | Orthonormal 𝕜 Subtype.val} → m ⊆ a → a = m
⊢ ∃ w _hw, Orthonormal 𝕜 Subtype.val ∧ ∀ (u : Set E), u ⊇ w → Orthonormal 𝕜 Subtype.val → u = w
case refine_1
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
s : Set E
hs : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
⊢ ∀ (c : Set (Set E)),
    c ⊆ {b | Orthonormal 𝕜 Subtype.val} →
      IsChain (fun x x_1 => x ⊆ x_1) c →
        Set.Nonempty c → ∃ ub, ub ∈ {b | Orthonormal 𝕜 Subtype.val} ∧ ∀ (s : Set E), s ∈ c → s ⊆ ub
[PROOFSTEP]
obtain ⟨b, bi, sb, h⟩ := this
[GOAL]
case refine_2.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
s : Set E
hs : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
b : Set E
bi : b ∈ {b | Orthonormal 𝕜 Subtype.val}
sb : s ⊆ b
h : ∀ (a : Set E), a ∈ {b | Orthonormal 𝕜 Subtype.val} → b ⊆ a → a = b
⊢ ∃ w _hw, Orthonormal 𝕜 Subtype.val ∧ ∀ (u : Set E), u ⊇ w → Orthonormal 𝕜 Subtype.val → u = w
[PROOFSTEP]
refine' ⟨b, sb, bi, _⟩
[GOAL]
case refine_2.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
s : Set E
hs : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
b : Set E
bi : b ∈ {b | Orthonormal 𝕜 Subtype.val}
sb : s ⊆ b
h : ∀ (a : Set E), a ∈ {b | Orthonormal 𝕜 Subtype.val} → b ⊆ a → a = b
⊢ ∀ (u : Set E), u ⊇ b → Orthonormal 𝕜 Subtype.val → u = b
[PROOFSTEP]
exact fun u hus hu => h u hu hus
[GOAL]
case refine_1
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
s : Set E
hs : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
⊢ ∀ (c : Set (Set E)),
    c ⊆ {b | Orthonormal 𝕜 Subtype.val} →
      IsChain (fun x x_1 => x ⊆ x_1) c →
        Set.Nonempty c → ∃ ub, ub ∈ {b | Orthonormal 𝕜 Subtype.val} ∧ ∀ (s : Set E), s ∈ c → s ⊆ ub
[PROOFSTEP]
refine' fun c hc cc _c0 => ⟨⋃₀ c, _, _⟩
[GOAL]
case refine_1.refine'_1
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
s : Set E
hs : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
c : Set (Set E)
hc : c ⊆ {b | Orthonormal 𝕜 Subtype.val}
cc : IsChain (fun x x_1 => x ⊆ x_1) c
_c0 : Set.Nonempty c
⊢ ⋃₀ c ∈ {b | Orthonormal 𝕜 Subtype.val}
[PROOFSTEP]
exact orthonormal_sUnion_of_directed cc.directedOn fun x xc => hc xc
[GOAL]
case refine_1.refine'_2
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
s : Set E
hs : Orthonormal 𝕜 Subtype.val
c : Set (Set E)
hc : c ⊆ {b | Orthonormal 𝕜 Subtype.val}
cc : IsChain (fun x x_1 => x ⊆ x_1) c
_c0 : Set.Nonempty c
⊢ ∀ (s : Set E), s ∈ c → s ⊆ ⋃₀ c
[PROOFSTEP]
exact fun _ => Set.subset_sUnion_of_mem
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
i : ι
⊢ v i ≠ 0
[PROOFSTEP]
have : ‖v i‖ ≠ 0 := by
  rw [hv.1 i]
  norm_num
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
i : ι
⊢ ‖v i‖ ≠ 0
[PROOFSTEP]
rw [hv.1 i]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
i : ι
⊢ 1 ≠ 0
[PROOFSTEP]
norm_num
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
i : ι
this : ‖v i‖ ≠ 0
⊢ v i ≠ 0
[PROOFSTEP]
simpa using this
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
⊢ ↑re (inner x x) = ‖x‖ * ‖x‖
[PROOFSTEP]
rw [@norm_eq_sqrt_inner 𝕜, ← sqrt_mul inner_self_nonneg (re ⟪x, x⟫), sqrt_mul_self inner_self_nonneg]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
⊢ ↑re (inner x x) = ‖x‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
rw [pow_two, inner_self_eq_norm_mul_norm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : F
⊢ inner x x = ‖x‖ * ‖x‖
[PROOFSTEP]
have h := @inner_self_eq_norm_mul_norm ℝ F _ _ _ x
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : F
h : ↑re (inner x x) = ‖x‖ * ‖x‖
⊢ inner x x = ‖x‖ * ‖x‖
[PROOFSTEP]
simpa using h
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : F
⊢ inner x x = ‖x‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
rw [pow_two, real_inner_self_eq_norm_mul_norm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖x + y‖ ^ 2 = ‖x‖ ^ 2 + 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
repeat' rw [sq (M := ℝ), ← @inner_self_eq_norm_mul_norm 𝕜]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖x + y‖ ^ 2 = ‖x‖ ^ 2 + 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
rw [sq (M := ℝ), ← @inner_self_eq_norm_mul_norm 𝕜]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑re (inner (x + y) (x + y)) = ‖x‖ ^ 2 + 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
rw [sq (M := ℝ), ← @inner_self_eq_norm_mul_norm 𝕜]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑re (inner (x + y) (x + y)) = ↑re (inner x x) + 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
rw [sq (M := ℝ), ← @inner_self_eq_norm_mul_norm 𝕜]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑re (inner (x + y) (x + y)) = ↑re (inner x x) + 2 * ↑re (inner x y) + ↑re (inner y y)
[PROOFSTEP]
rw [sq (M := ℝ), ← @inner_self_eq_norm_mul_norm 𝕜]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑re (inner (x + y) (x + y)) = ↑re (inner x x) + 2 * ↑re (inner x y) + ↑re (inner y y)
[PROOFSTEP]
rw [inner_add_add_self, two_mul]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑re (inner x x + inner x y + inner y x + inner y y) =
    ↑re (inner x x) + (↑re (inner x y) + ↑re (inner x y)) + ↑re (inner y y)
[PROOFSTEP]
simp only [add_assoc, add_left_inj, add_right_inj, AddMonoidHom.map_add]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑re (inner y x) = ↑re (inner x y)
[PROOFSTEP]
rw [← inner_conj_symm, conj_re]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ ‖x + y‖ ^ 2 = ‖x‖ ^ 2 + 2 * inner x y + ‖y‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
have h := @norm_add_sq ℝ _ _ _ _ x y
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
h : ‖x + y‖ ^ 2 = ‖x‖ ^ 2 + 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ ^ 2
⊢ ‖x + y‖ ^ 2 = ‖x‖ ^ 2 + 2 * inner x y + ‖y‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
simpa using h
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖x + y‖ * ‖x + y‖ = ‖x‖ * ‖x‖ + 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
repeat' rw [← sq (M := ℝ)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖x + y‖ * ‖x + y‖ = ‖x‖ * ‖x‖ + 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
rw [← sq (M := ℝ)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖x + y‖ ^ 2 = ‖x‖ * ‖x‖ + 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
rw [← sq (M := ℝ)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖x + y‖ ^ 2 = ‖x‖ ^ 2 + 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
rw [← sq (M := ℝ)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖x + y‖ ^ 2 = ‖x‖ ^ 2 + 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
rw [← sq (M := ℝ)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖x + y‖ ^ 2 = ‖x‖ ^ 2 + 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
exact norm_add_sq _ _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ ‖x + y‖ * ‖x + y‖ = ‖x‖ * ‖x‖ + 2 * inner x y + ‖y‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
have h := @norm_add_mul_self ℝ _ _ _ _ x y
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
h : ‖x + y‖ * ‖x + y‖ = ‖x‖ * ‖x‖ + 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ * ‖y‖
⊢ ‖x + y‖ * ‖x + y‖ = ‖x‖ * ‖x‖ + 2 * inner x y + ‖y‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
simpa using h
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖x - y‖ ^ 2 = ‖x‖ ^ 2 - 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
rw [sub_eq_add_neg, @norm_add_sq 𝕜 _ _ _ _ x (-y), norm_neg, inner_neg_right, map_neg, mul_neg, sub_eq_add_neg]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖x - y‖ * ‖x - y‖ = ‖x‖ * ‖x‖ - 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
repeat' rw [← sq (M := ℝ)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖x - y‖ * ‖x - y‖ = ‖x‖ * ‖x‖ - 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
rw [← sq (M := ℝ)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖x - y‖ ^ 2 = ‖x‖ * ‖x‖ - 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
rw [← sq (M := ℝ)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖x - y‖ ^ 2 = ‖x‖ ^ 2 - 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
rw [← sq (M := ℝ)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖x - y‖ ^ 2 = ‖x‖ ^ 2 - 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
rw [← sq (M := ℝ)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖x - y‖ ^ 2 = ‖x‖ ^ 2 - 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
exact norm_sub_sq _ _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ ‖x - y‖ * ‖x - y‖ = ‖x‖ * ‖x‖ - 2 * inner x y + ‖y‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
have h := @norm_sub_mul_self ℝ _ _ _ _ x y
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
h : ‖x - y‖ * ‖x - y‖ = ‖x‖ * ‖x‖ - 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ * ‖y‖
⊢ ‖x - y‖ * ‖x - y‖ = ‖x‖ * ‖x‖ - 2 * inner x y + ‖y‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
simpa using h
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖inner x y‖ ≤ ‖x‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
rw [norm_eq_sqrt_inner (𝕜 := 𝕜) x, norm_eq_sqrt_inner (𝕜 := 𝕜) y]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖inner x y‖ ≤ sqrt (↑re (inner x x)) * sqrt (↑re (inner y y))
[PROOFSTEP]
letI : InnerProductSpace.Core 𝕜 E := InnerProductSpace.toCore
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
this : InnerProductSpace.Core 𝕜 E := InnerProductSpace.toCore
⊢ ‖inner x y‖ ≤ sqrt (↑re (inner x x)) * sqrt (↑re (inner y y))
[PROOFSTEP]
exact InnerProductSpace.Core.norm_inner_le_norm x y
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖x + y‖ * ‖x + y‖ + ‖x - y‖ * ‖x - y‖ = 2 * (‖x‖ * ‖x‖ + ‖y‖ * ‖y‖)
[PROOFSTEP]
simp only [← @inner_self_eq_norm_mul_norm 𝕜]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑re (inner (x + y) (x + y)) + ↑re (inner (x - y) (x - y)) = 2 * (↑re (inner x x) + ↑re (inner y y))
[PROOFSTEP]
rw [← re.map_add, parallelogram_law, two_mul, two_mul]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑re (inner x x + inner y y + (inner x x + inner y y)) =
    ↑re (inner x x) + ↑re (inner y y) + (↑re (inner x x) + ↑re (inner y y))
[PROOFSTEP]
simp only [re.map_add]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑re (inner x y) = (‖x + y‖ * ‖x + y‖ - ‖x‖ * ‖x‖ - ‖y‖ * ‖y‖) / 2
[PROOFSTEP]
rw [@norm_add_mul_self 𝕜]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑re (inner x y) = (‖x‖ * ‖x‖ + 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ * ‖y‖ - ‖x‖ * ‖x‖ - ‖y‖ * ‖y‖) / 2
[PROOFSTEP]
ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑re (inner x y) = (‖x‖ * ‖x‖ + ‖y‖ * ‖y‖ - ‖x - y‖ * ‖x - y‖) / 2
[PROOFSTEP]
rw [@norm_sub_mul_self 𝕜]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑re (inner x y) = (‖x‖ * ‖x‖ + ‖y‖ * ‖y‖ - (‖x‖ * ‖x‖ - 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ * ‖y‖)) / 2
[PROOFSTEP]
ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑re (inner x y) = (‖x + y‖ * ‖x + y‖ - ‖x - y‖ * ‖x - y‖) / 4
[PROOFSTEP]
rw [@norm_add_mul_self 𝕜, @norm_sub_mul_self 𝕜]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑re (inner x y) = (‖x‖ * ‖x‖ + 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ * ‖y‖ - (‖x‖ * ‖x‖ - 2 * ↑re (inner x y) + ‖y‖ * ‖y‖)) / 4
[PROOFSTEP]
ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑im (inner x y) = (‖x - I • y‖ * ‖x - I • y‖ - ‖x + I • y‖ * ‖x + I • y‖) / 4
[PROOFSTEP]
simp only [@norm_add_mul_self 𝕜, @norm_sub_mul_self 𝕜, inner_smul_right, I_mul_re]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑im (inner x y) =
    (‖x‖ * ‖x‖ - 2 * -↑im (inner x y) + ‖I • y‖ * ‖I • y‖ - (‖x‖ * ‖x‖ + 2 * -↑im (inner x y) + ‖I • y‖ * ‖I • y‖)) / 4
[PROOFSTEP]
ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ inner x y = (↑‖x + y‖ ^ 2 - ↑‖x - y‖ ^ 2 + (↑‖x - I • y‖ ^ 2 - ↑‖x + I • y‖ ^ 2) * I) / 4
[PROOFSTEP]
rw [← re_add_im ⟪x, y⟫, re_inner_eq_norm_add_mul_self_sub_norm_sub_mul_self_div_four,
  im_inner_eq_norm_sub_i_smul_mul_self_sub_norm_add_i_smul_mul_self_div_four]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ↑((‖x + y‖ * ‖x + y‖ - ‖x - y‖ * ‖x - y‖) / 4) + ↑((‖x - I • y‖ * ‖x - I • y‖ - ‖x + I • y‖ * ‖x + I • y‖) / 4) * I =
    (↑‖x + y‖ ^ 2 - ↑‖x - y‖ ^ 2 + (↑‖x - I • y‖ ^ 2 - ↑‖x + I • y‖ ^ 2) * I) / 4
[PROOFSTEP]
push_cast
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ (↑‖x + y‖ * ↑‖x + y‖ - ↑‖x - y‖ * ↑‖x - y‖) / 4 +
      (↑‖x - I • y‖ * ↑‖x - I • y‖ - ↑‖x + I • y‖ * ↑‖x + I • y‖) / 4 * I =
    (↑‖x + y‖ ^ 2 - ↑‖x - y‖ ^ 2 + (↑‖x - I • y‖ ^ 2 - ↑‖x + I • y‖ ^ 2) * I) / 4
[PROOFSTEP]
simp only [sq, ← mul_div_right_comm, ← add_div]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
hx : x ≠ 0
hy : y ≠ 0
R : ℝ
hx' : ‖x‖ ≠ 0
hy' : ‖y‖ ≠ 0
⊢ dist ((R / ‖x‖) ^ 2 • x) ((R / ‖y‖) ^ 2 • y) = sqrt (‖(R / ‖x‖) ^ 2 • x - (R / ‖y‖) ^ 2 • y‖ ^ 2)
[PROOFSTEP]
rw [dist_eq_norm, sqrt_sq (norm_nonneg _)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
hx : x ≠ 0
hy : y ≠ 0
R : ℝ
hx' : ‖x‖ ≠ 0
hy' : ‖y‖ ≠ 0
⊢ ‖(R / ‖x‖) ^ 2 • x - (R / ‖y‖) ^ 2 • y‖ ^ 2 = (R ^ 2 / (‖x‖ * ‖y‖)) ^ 2 * ‖x - y‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
field_simp [sq, norm_sub_mul_self_real, norm_smul, real_inner_smul_left, inner_smul_right,
  Real.norm_of_nonneg (mul_self_nonneg _)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
hx : x ≠ 0
hy : y ≠ 0
R : ℝ
hx' : ‖x‖ ≠ 0
hy' : ‖y‖ ≠ 0
⊢ ((R * R * ‖x‖ * (R * R * ‖x‖) * (‖y‖ * ‖y‖ * (‖x‖ * ‖x‖)) -
            ‖x‖ * ‖x‖ * (‖x‖ * ‖x‖) * (2 * (R * R * (R * R * inner x y)))) *
          (‖y‖ * ‖y‖ * (‖y‖ * ‖y‖)) +
        R * R * ‖y‖ * (R * R * ‖y‖) * (‖x‖ * ‖x‖ * (‖x‖ * ‖x‖) * (‖y‖ * ‖y‖ * (‖x‖ * ‖x‖)))) *
      (‖x‖ * ‖y‖ * (‖x‖ * ‖y‖)) =
    R * R * (R * R) * (‖x‖ * ‖x‖ - 2 * inner x y + ‖y‖ * ‖y‖) *
      (‖x‖ * ‖x‖ * (‖x‖ * ‖x‖) * (‖y‖ * ‖y‖ * (‖x‖ * ‖x‖)) * (‖y‖ * ‖y‖ * (‖y‖ * ‖y‖)))
[PROOFSTEP]
ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
hx : x ≠ 0
hy : y ≠ 0
R : ℝ
hx' : ‖x‖ ≠ 0
hy' : ‖y‖ ≠ 0
⊢ sqrt ((R ^ 2 / (‖x‖ * ‖y‖)) ^ 2 * ‖x - y‖ ^ 2) = R ^ 2 / (‖x‖ * ‖y‖) * dist x y
[PROOFSTEP]
rw [sqrt_mul (sq_nonneg _), sqrt_sq (norm_nonneg _),
  sqrt_sq (div_nonneg (sq_nonneg _) (mul_nonneg (norm_nonneg _) (norm_nonneg _))), dist_eq_norm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ε : ℝ
hε : 0 < ε
⊢ ∃ δ, 0 < δ ∧ ∀ ⦃x : F⦄, ‖x‖ = 1 → ∀ ⦃y : F⦄, ‖y‖ = 1 → ε ≤ ‖x - y‖ → ‖x + y‖ ≤ 2 - δ
[PROOFSTEP]
refine' ⟨2 - sqrt (4 - ε ^ 2), sub_pos_of_lt <| (sqrt_lt' zero_lt_two).2 _, fun x hx y hy hxy => _⟩
[GOAL]
case refine'_1
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ε : ℝ
hε : 0 < ε
⊢ 4 - ε ^ 2 < 2 ^ 2
[PROOFSTEP]
norm_num
[GOAL]
case refine'_1
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ε : ℝ
hε : 0 < ε
⊢ 0 < ε ^ 2
[PROOFSTEP]
exact pow_pos hε _
[GOAL]
case refine'_2
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ε : ℝ
hε : 0 < ε
x : F
hx : ‖x‖ = 1
y : F
hy : ‖y‖ = 1
hxy : ε ≤ ‖x - y‖
⊢ ‖x + y‖ ≤ 2 - (2 - sqrt (4 - ε ^ 2))
[PROOFSTEP]
rw [sub_sub_cancel]
[GOAL]
case refine'_2
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ε : ℝ
hε : 0 < ε
x : F
hx : ‖x‖ = 1
y : F
hy : ‖y‖ = 1
hxy : ε ≤ ‖x - y‖
⊢ ‖x + y‖ ≤ sqrt (4 - ε ^ 2)
[PROOFSTEP]
refine' le_sqrt_of_sq_le _
[GOAL]
case refine'_2
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ε : ℝ
hε : 0 < ε
x : F
hx : ‖x‖ = 1
y : F
hy : ‖y‖ = 1
hxy : ε ≤ ‖x - y‖
⊢ ‖x + y‖ ^ 2 ≤ 4 - ε ^ 2
[PROOFSTEP]
rw [sq, eq_sub_iff_add_eq.2 (parallelogram_law_with_norm ℝ x y), ← sq ‖x - y‖, hx, hy]
[GOAL]
case refine'_2
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ε : ℝ
hε : 0 < ε
x : F
hx : ‖x‖ = 1
y : F
hy : ‖y‖ = 1
hxy : ε ≤ ‖x - y‖
⊢ 2 * (1 * 1 + 1 * 1) - ‖x - y‖ ^ 2 ≤ 4 - ε ^ 2
[PROOFSTEP]
ring_nf
[GOAL]
case refine'_2
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ε : ℝ
hε : 0 < ε
x : F
hx : ‖x‖ = 1
y : F
hy : ‖y‖ = 1
hxy : ε ≤ ‖x - y‖
⊢ 4 - ‖x - y‖ ^ 2 ≤ 4 - ε ^ 2
[PROOFSTEP]
exact sub_le_sub_left (pow_le_pow_of_le_left hε.le hxy _) 4
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
V : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup V
inst✝ : InnerProductSpace ℂ V
T : V →ₗ[ℂ] V
x y : V
⊢ inner (↑T y) x =
    (inner (↑T (x + y)) (x + y) - inner (↑T (x - y)) (x - y) +
          Complex.I * inner (↑T (x + Complex.I • y)) (x + Complex.I • y) -
        Complex.I * inner (↑T (x - Complex.I • y)) (x - Complex.I • y)) /
      4
[PROOFSTEP]
simp only [map_add, map_sub, inner_add_left, inner_add_right, LinearMap.map_smul, inner_smul_left, inner_smul_right,
  Complex.conj_I, ← pow_two, Complex.I_sq, inner_sub_left, inner_sub_right, mul_add, ← mul_assoc, mul_neg, neg_neg,
  sub_neg_eq_add, one_mul, neg_one_mul, mul_sub, sub_sub]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
V : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup V
inst✝ : InnerProductSpace ℂ V
T : V →ₗ[ℂ] V
x y : V
⊢ inner (↑T y) x =
    (inner (↑T x) x + inner (↑T y) x + (inner (↑T x) y + inner (↑T y) y) -
            (inner (↑T x) x - (inner (↑T y) x + (inner (↑T x) y - inner (↑T y) y))) +
          (Complex.I * inner (↑T x) x + inner (↑T y) x + (-inner (↑T x) y + Complex.I * inner (↑T y) y)) -
        (Complex.I * inner (↑T x) x - (inner (↑T y) x + (-inner (↑T x) y - Complex.I * inner (↑T y) y)))) /
      4
[PROOFSTEP]
ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
V : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup V
inst✝ : InnerProductSpace ℂ V
T : V →ₗ[ℂ] V
x y : V
⊢ inner (↑T x) y =
    (inner (↑T (x + y)) (x + y) - inner (↑T (x - y)) (x - y) -
          Complex.I * inner (↑T (x + Complex.I • y)) (x + Complex.I • y) +
        Complex.I * inner (↑T (x - Complex.I • y)) (x - Complex.I • y)) /
      4
[PROOFSTEP]
simp only [map_add, map_sub, inner_add_left, inner_add_right, LinearMap.map_smul, inner_smul_left, inner_smul_right,
  Complex.conj_I, ← pow_two, Complex.I_sq, inner_sub_left, inner_sub_right, mul_add, ← mul_assoc, mul_neg, neg_neg,
  sub_neg_eq_add, one_mul, neg_one_mul, mul_sub, sub_sub]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
V : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup V
inst✝ : InnerProductSpace ℂ V
T : V →ₗ[ℂ] V
x y : V
⊢ inner (↑T x) y =
    (inner (↑T x) x + inner (↑T y) x + (inner (↑T x) y + inner (↑T y) y) -
          (inner (↑T x) x - (inner (↑T y) x + (inner (↑T x) y - inner (↑T y) y)) +
            (Complex.I * inner (↑T x) x + inner (↑T y) x + (-inner (↑T x) y + Complex.I * inner (↑T y) y))) +
        (Complex.I * inner (↑T x) x - (inner (↑T y) x + (-inner (↑T x) y - Complex.I * inner (↑T y) y)))) /
      4
[PROOFSTEP]
ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
V : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup V
inst✝ : InnerProductSpace ℂ V
T : V →ₗ[ℂ] V
⊢ (∀ (x : V), inner (↑T x) x = 0) ↔ T = 0
[PROOFSTEP]
constructor
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
V : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup V
inst✝ : InnerProductSpace ℂ V
T : V →ₗ[ℂ] V
⊢ (∀ (x : V), inner (↑T x) x = 0) → T = 0
[PROOFSTEP]
intro hT
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
V : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup V
inst✝ : InnerProductSpace ℂ V
T : V →ₗ[ℂ] V
hT : ∀ (x : V), inner (↑T x) x = 0
⊢ T = 0
[PROOFSTEP]
ext x
[GOAL]
case mp.h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
V : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup V
inst✝ : InnerProductSpace ℂ V
T : V →ₗ[ℂ] V
hT : ∀ (x : V), inner (↑T x) x = 0
x : V
⊢ ↑T x = ↑0 x
[PROOFSTEP]
simp only [LinearMap.zero_apply, ← @inner_self_eq_zero ℂ V]
[GOAL]
case mp.h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
V : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup V
inst✝ : InnerProductSpace ℂ V
T : V →ₗ[ℂ] V
hT : ∀ (x : V), inner (↑T x) x = 0
x : V
⊢ inner (↑T x) (↑T x) = 0
[PROOFSTEP]
simp (config := { singlePass := true }) only [inner_map_polarization]
[GOAL]
case mp.h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
V : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup V
inst✝ : InnerProductSpace ℂ V
T : V →ₗ[ℂ] V
hT : ∀ (x : V), inner (↑T x) x = 0
x : V
⊢ (inner (↑T (↑T x + x)) (↑T x + x) - inner (↑T (↑T x - x)) (↑T x - x) +
          Complex.I * inner (↑T (↑T x + Complex.I • x)) (↑T x + Complex.I • x) -
        Complex.I * inner (↑T (↑T x - Complex.I • x)) (↑T x - Complex.I • x)) /
      4 =
    0
[PROOFSTEP]
simp only [hT]
[GOAL]
case mp.h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
V : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup V
inst✝ : InnerProductSpace ℂ V
T : V →ₗ[ℂ] V
hT : ∀ (x : V), inner (↑T x) x = 0
x : V
⊢ (0 - 0 + Complex.I * 0 - Complex.I * 0) / 4 = 0
[PROOFSTEP]
norm_num
[GOAL]
case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
V : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup V
inst✝ : InnerProductSpace ℂ V
T : V →ₗ[ℂ] V
⊢ T = 0 → ∀ (x : V), inner (↑T x) x = 0
[PROOFSTEP]
rintro rfl x
[GOAL]
case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
V : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup V
inst✝ : InnerProductSpace ℂ V
x : V
⊢ inner (↑0 x) x = 0
[PROOFSTEP]
simp only [LinearMap.zero_apply, inner_zero_left]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
V : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup V
inst✝ : InnerProductSpace ℂ V
S T : V →ₗ[ℂ] V
⊢ (∀ (x : V), inner (↑S x) x = inner (↑T x) x) ↔ S = T
[PROOFSTEP]
rw [← sub_eq_zero, ← inner_map_self_eq_zero]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
V : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup V
inst✝ : InnerProductSpace ℂ V
S T : V →ₗ[ℂ] V
⊢ (∀ (x : V), inner (↑S x) x = inner (↑T x) x) ↔ ∀ (x : V), inner (↑(S - T) x) x = 0
[PROOFSTEP]
refine' forall_congr' fun x => _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
V : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup V
inst✝ : InnerProductSpace ℂ V
S T : V →ₗ[ℂ] V
x : V
⊢ inner (↑S x) x = inner (↑T x) x ↔ inner (↑(S - T) x) x = 0
[PROOFSTEP]
rw [LinearMap.sub_apply, inner_sub_left, sub_eq_zero]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁸ : IsROrC 𝕜
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
ι' : Type u_5
ι'' : Type u_6
E' : Type u_7
inst✝³ : NormedAddCommGroup E'
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E'
E'' : Type u_8
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E''
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E''
f : E →ₗᵢ[𝕜] E'
x y : E
⊢ inner (↑f x) (↑f y) = inner x y
[PROOFSTEP]
simp [inner_eq_sum_norm_sq_div_four, ← f.norm_map]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁸ : IsROrC 𝕜
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
ι' : Type u_5
ι'' : Type u_6
E' : Type u_7
inst✝³ : NormedAddCommGroup E'
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E'
E'' : Type u_8
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E''
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E''
f : E →ₗ[𝕜] E'
h : ∀ (x y : E), inner (↑f x) (↑f y) = inner x y
x : E
⊢ ‖↑f x‖ = ‖x‖
[PROOFSTEP]
simp only [@norm_eq_sqrt_inner 𝕜, h]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁸ : IsROrC 𝕜
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
ι' : Type u_5
ι'' : Type u_6
E' : Type u_7
inst✝³ : NormedAddCommGroup E'
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E'
E'' : Type u_8
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E''
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E''
v : ι → E
f : E →ₗᵢ[𝕜] E'
⊢ Orthonormal 𝕜 (↑f ∘ v) ↔ Orthonormal 𝕜 v
[PROOFSTEP]
classical simp_rw [orthonormal_iff_ite, Function.comp_apply, LinearIsometry.inner_map_map]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁸ : IsROrC 𝕜
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
ι' : Type u_5
ι'' : Type u_6
E' : Type u_7
inst✝³ : NormedAddCommGroup E'
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E'
E'' : Type u_8
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E''
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E''
v : ι → E
f : E →ₗᵢ[𝕜] E'
⊢ Orthonormal 𝕜 (↑f ∘ v) ↔ Orthonormal 𝕜 v
[PROOFSTEP]
simp_rw [orthonormal_iff_ite, Function.comp_apply, LinearIsometry.inner_map_map]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁸ : IsROrC 𝕜
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
ι' : Type u_5
ι'' : Type u_6
E' : Type u_7
inst✝³ : NormedAddCommGroup E'
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E'
E'' : Type u_8
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E''
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E''
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
f : E →ₗᵢ[𝕜] E'
⊢ Orthonormal 𝕜 (↑f ∘ v)
[PROOFSTEP]
rwa [f.orthonormal_comp_iff]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁸ : IsROrC 𝕜
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
ι' : Type u_5
ι'' : Type u_6
E' : Type u_7
inst✝³ : NormedAddCommGroup E'
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E'
E'' : Type u_8
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E''
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E''
f : E →ₗ[𝕜] E'
v : Basis ι 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 ↑v
hf : Orthonormal 𝕜 (↑f ∘ ↑v)
x y : E
⊢ inner (↑f x) (↑f y) = inner x y
[PROOFSTEP]
classical rw [← v.total_repr x, ← v.total_repr y, Finsupp.apply_total, Finsupp.apply_total,
  hv.inner_finsupp_eq_sum_left, hf.inner_finsupp_eq_sum_left]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁸ : IsROrC 𝕜
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
ι' : Type u_5
ι'' : Type u_6
E' : Type u_7
inst✝³ : NormedAddCommGroup E'
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E'
E'' : Type u_8
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E''
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E''
f : E →ₗ[𝕜] E'
v : Basis ι 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 ↑v
hf : Orthonormal 𝕜 (↑f ∘ ↑v)
x y : E
⊢ inner (↑f x) (↑f y) = inner x y
[PROOFSTEP]
rw [← v.total_repr x, ← v.total_repr y, Finsupp.apply_total, Finsupp.apply_total, hv.inner_finsupp_eq_sum_left,
  hf.inner_finsupp_eq_sum_left]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁸ : IsROrC 𝕜
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
ι' : Type u_5
ι'' : Type u_6
E' : Type u_7
inst✝³ : NormedAddCommGroup E'
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E'
E'' : Type u_8
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E''
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E''
f : E ≃ₗ[𝕜] E'
v : Basis ι 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 ↑v
hf : Orthonormal 𝕜 (↑f ∘ ↑v)
x y : E
⊢ inner (↑f x) (↑f y) = inner x y
[PROOFSTEP]
rw [← LinearEquiv.coe_coe] at hf 
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁸ : IsROrC 𝕜
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
ι' : Type u_5
ι'' : Type u_6
E' : Type u_7
inst✝³ : NormedAddCommGroup E'
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E'
E'' : Type u_8
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E''
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E''
f : E ≃ₗ[𝕜] E'
v : Basis ι 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 ↑v
hf : Orthonormal 𝕜 (↑↑f ∘ ↑v)
x y : E
⊢ inner (↑f x) (↑f y) = inner x y
[PROOFSTEP]
classical rw [← v.total_repr x, ← v.total_repr y, ← LinearEquiv.coe_coe f, Finsupp.apply_total, Finsupp.apply_total,
  hv.inner_finsupp_eq_sum_left, hf.inner_finsupp_eq_sum_left]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁸ : IsROrC 𝕜
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
ι' : Type u_5
ι'' : Type u_6
E' : Type u_7
inst✝³ : NormedAddCommGroup E'
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E'
E'' : Type u_8
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E''
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E''
f : E ≃ₗ[𝕜] E'
v : Basis ι 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 ↑v
hf : Orthonormal 𝕜 (↑↑f ∘ ↑v)
x y : E
⊢ inner (↑f x) (↑f y) = inner x y
[PROOFSTEP]
rw [← v.total_repr x, ← v.total_repr y, ← LinearEquiv.coe_coe f, Finsupp.apply_total, Finsupp.apply_total,
  hv.inner_finsupp_eq_sum_left, hf.inner_finsupp_eq_sum_left]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁸ : IsROrC 𝕜
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
ι' : Type u_5
ι'' : Type u_6
E' : Type u_7
inst✝³ : NormedAddCommGroup E'
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E'
E'' : Type u_8
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E''
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E''
v : Basis ι 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 ↑v
v' : Basis ι' 𝕜 E'
hv' : Orthonormal 𝕜 ↑v'
e : ι ≃ ι'
⊢ Orthonormal 𝕜 (↑(Basis.equiv v v' e) ∘ ↑v)
[PROOFSTEP]
have h : v.equiv v' e ∘ v = v' ∘ e := by
  ext i
  simp
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁸ : IsROrC 𝕜
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
ι' : Type u_5
ι'' : Type u_6
E' : Type u_7
inst✝³ : NormedAddCommGroup E'
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E'
E'' : Type u_8
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E''
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E''
v : Basis ι 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 ↑v
v' : Basis ι' 𝕜 E'
hv' : Orthonormal 𝕜 ↑v'
e : ι ≃ ι'
⊢ ↑(Basis.equiv v v' e) ∘ ↑v = ↑v' ∘ ↑e
[PROOFSTEP]
ext i
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁸ : IsROrC 𝕜
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
ι' : Type u_5
ι'' : Type u_6
E' : Type u_7
inst✝³ : NormedAddCommGroup E'
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E'
E'' : Type u_8
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E''
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E''
v : Basis ι 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 ↑v
v' : Basis ι' 𝕜 E'
hv' : Orthonormal 𝕜 ↑v'
e : ι ≃ ι'
i : ι
⊢ (↑(Basis.equiv v v' e) ∘ ↑v) i = (↑v' ∘ ↑e) i
[PROOFSTEP]
simp
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁸ : IsROrC 𝕜
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
ι' : Type u_5
ι'' : Type u_6
E' : Type u_7
inst✝³ : NormedAddCommGroup E'
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E'
E'' : Type u_8
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E''
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E''
v : Basis ι 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 ↑v
v' : Basis ι' 𝕜 E'
hv' : Orthonormal 𝕜 ↑v'
e : ι ≃ ι'
h : ↑(Basis.equiv v v' e) ∘ ↑v = ↑v' ∘ ↑e
⊢ Orthonormal 𝕜 (↑(Basis.equiv v v' e) ∘ ↑v)
[PROOFSTEP]
rw [h]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁸ : IsROrC 𝕜
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
ι' : Type u_5
ι'' : Type u_6
E' : Type u_7
inst✝³ : NormedAddCommGroup E'
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E'
E'' : Type u_8
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E''
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E''
v : Basis ι 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 ↑v
v' : Basis ι' 𝕜 E'
hv' : Orthonormal 𝕜 ↑v'
e : ι ≃ ι'
h : ↑(Basis.equiv v v' e) ∘ ↑v = ↑v' ∘ ↑e
⊢ Orthonormal 𝕜 (↑v' ∘ ↑e)
[PROOFSTEP]
classical exact hv'.comp _ e.injective
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁸ : IsROrC 𝕜
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
ι' : Type u_5
ι'' : Type u_6
E' : Type u_7
inst✝³ : NormedAddCommGroup E'
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E'
E'' : Type u_8
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E''
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E''
v : Basis ι 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 ↑v
v' : Basis ι' 𝕜 E'
hv' : Orthonormal 𝕜 ↑v'
e : ι ≃ ι'
h : ↑(Basis.equiv v v' e) ∘ ↑v = ↑v' ∘ ↑e
⊢ Orthonormal 𝕜 (↑v' ∘ ↑e)
[PROOFSTEP]
exact hv'.comp _ e.injective
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁸ : IsROrC 𝕜
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
ι' : Type u_5
ι'' : Type u_6
E' : Type u_7
inst✝³ : NormedAddCommGroup E'
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E'
E'' : Type u_8
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E''
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E''
v : Basis ι 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 ↑v
i : ι
⊢ ↑(equiv hv hv (Equiv.refl ι)) (↑v i) = ↑(LinearIsometryEquiv.refl 𝕜 E) (↑v i)
[PROOFSTEP]
simp only [Orthonormal.equiv_apply, Equiv.coe_refl, id.def, LinearIsometryEquiv.coe_refl]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁸ : IsROrC 𝕜
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
ι' : Type u_5
ι'' : Type u_6
E' : Type u_7
inst✝³ : NormedAddCommGroup E'
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E'
E'' : Type u_8
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E''
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E''
v : Basis ι 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 ↑v
v' : Basis ι' 𝕜 E'
hv' : Orthonormal 𝕜 ↑v'
e : ι ≃ ι'
i : ι'
⊢ ↑(equiv hv hv' e) (↑(LinearIsometryEquiv.symm (equiv hv hv' e)) (↑v' i)) =
    ↑(equiv hv hv' e) (↑(equiv hv' hv e.symm) (↑v' i))
[PROOFSTEP]
simp only [LinearIsometryEquiv.apply_symm_apply, Orthonormal.equiv_apply, e.apply_symm_apply]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁸ : IsROrC 𝕜
inst✝⁷ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁶ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup F
inst✝⁴ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
ι' : Type u_5
ι'' : Type u_6
E' : Type u_7
inst✝³ : NormedAddCommGroup E'
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E'
E'' : Type u_8
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E''
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E''
v : Basis ι 𝕜 E
hv : Orthonormal 𝕜 ↑v
v' : Basis ι' 𝕜 E'
hv' : Orthonormal 𝕜 ↑v'
e : ι ≃ ι'
v'' : Basis ι'' 𝕜 E''
hv'' : Orthonormal 𝕜 ↑v''
e' : ι' ≃ ι''
i : ι
⊢ ↑(LinearIsometryEquiv.trans (equiv hv hv' e) (equiv hv' hv'' e')) (↑v i) = ↑(equiv hv hv'' (e.trans e')) (↑v i)
[PROOFSTEP]
simp only [LinearIsometryEquiv.trans_apply, Orthonormal.equiv_apply, e.coe_trans, Function.comp_apply]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ ‖x + y‖ * ‖x + y‖ = ‖x‖ * ‖x‖ + ‖y‖ * ‖y‖ ↔ inner x y = 0
[PROOFSTEP]
rw [@norm_add_mul_self ℝ, add_right_cancel_iff, add_right_eq_self, mul_eq_zero]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ 2 = 0 ∨ ↑re (inner x y) = 0 ↔ inner x y = 0
[PROOFSTEP]
norm_num
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ ‖x + y‖ = sqrt (‖x‖ * ‖x‖ + ‖y‖ * ‖y‖) ↔ inner x y = 0
[PROOFSTEP]
rw [← norm_add_sq_eq_norm_sq_add_norm_sq_iff_real_inner_eq_zero, eq_comm,
  sqrt_eq_iff_mul_self_eq (add_nonneg (mul_self_nonneg _) (mul_self_nonneg _)) (norm_nonneg _)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h : inner x y = 0
⊢ ‖x + y‖ * ‖x + y‖ = ‖x‖ * ‖x‖ + ‖y‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
rw [@norm_add_mul_self 𝕜, add_right_cancel_iff, add_right_eq_self, mul_eq_zero]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h : inner x y = 0
⊢ 2 = 0 ∨ ↑re (inner x y) = 0
[PROOFSTEP]
apply Or.inr
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h : inner x y = 0
⊢ ↑re (inner x y) = 0
[PROOFSTEP]
simp only [h, zero_re']
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ ‖x - y‖ * ‖x - y‖ = ‖x‖ * ‖x‖ + ‖y‖ * ‖y‖ ↔ inner x y = 0
[PROOFSTEP]
rw [@norm_sub_mul_self ℝ, add_right_cancel_iff, sub_eq_add_neg, add_right_eq_self, neg_eq_zero, mul_eq_zero]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ 2 = 0 ∨ ↑re (inner x y) = 0 ↔ inner x y = 0
[PROOFSTEP]
norm_num
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ ‖x - y‖ = sqrt (‖x‖ * ‖x‖ + ‖y‖ * ‖y‖) ↔ inner x y = 0
[PROOFSTEP]
rw [← norm_sub_sq_eq_norm_sq_add_norm_sq_iff_real_inner_eq_zero, eq_comm,
  sqrt_eq_iff_mul_self_eq (add_nonneg (mul_self_nonneg _) (mul_self_nonneg _)) (norm_nonneg _)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ inner (x + y) (x - y) = 0 ↔ ‖x‖ = ‖y‖
[PROOFSTEP]
conv_rhs => rw [← mul_self_inj_of_nonneg (norm_nonneg _) (norm_nonneg _)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
| ‖x‖ = ‖y‖
[PROOFSTEP]
rw [← mul_self_inj_of_nonneg (norm_nonneg _) (norm_nonneg _)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
| ‖x‖ = ‖y‖
[PROOFSTEP]
rw [← mul_self_inj_of_nonneg (norm_nonneg _) (norm_nonneg _)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
| ‖x‖ = ‖y‖
[PROOFSTEP]
rw [← mul_self_inj_of_nonneg (norm_nonneg _) (norm_nonneg _)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ inner (x + y) (x - y) = 0 ↔ ‖x‖ * ‖x‖ = ‖y‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
simp only [← @inner_self_eq_norm_mul_norm ℝ, inner_add_left, inner_sub_right, real_inner_comm y x, sub_eq_zero,
  re_to_real]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ inner x x + inner y x = inner y x + inner y y ↔ inner x x = inner y y
[PROOFSTEP]
constructor
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ inner x x + inner y x = inner y x + inner y y → inner x x = inner y y
[PROOFSTEP]
intro h
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
h : inner x x + inner y x = inner y x + inner y y
⊢ inner x x = inner y y
[PROOFSTEP]
rw [add_comm] at h 
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
h : inner y x + inner x x = inner y x + inner y y
⊢ inner x x = inner y y
[PROOFSTEP]
linarith
[GOAL]
case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ inner x x = inner y y → inner x x + inner y x = inner y x + inner y y
[PROOFSTEP]
intro h
[GOAL]
case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
h : inner x x = inner y y
⊢ inner x x + inner y x = inner y x + inner y y
[PROOFSTEP]
linarith
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
v w : E
h : inner v w = 0
⊢ ‖w - v‖ = ‖w + v‖
[PROOFSTEP]
rw [← mul_self_inj_of_nonneg (norm_nonneg _) (norm_nonneg _)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
v w : E
h : inner v w = 0
⊢ ‖w - v‖ * ‖w - v‖ = ‖w + v‖ * ‖w + v‖
[PROOFSTEP]
simp only [h, ← @inner_self_eq_norm_mul_norm 𝕜, sub_neg_eq_add, sub_zero, map_sub, zero_re', zero_sub, add_zero,
  map_add, inner_add_right, inner_sub_left, inner_sub_right, inner_re_symm, zero_add]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ |inner x y / (‖x‖ * ‖y‖)| ≤ 1
[PROOFSTEP]
rw [abs_div, abs_mul, abs_norm, abs_norm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ |inner x y| / (‖x‖ * ‖y‖) ≤ 1
[PROOFSTEP]
exact
  div_le_one_of_le (abs_real_inner_le_norm x y)
    (mul_nonneg (norm_nonneg _) (norm_nonneg _))
      -- porting note: was `(by positivity)`
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : F
r : ℝ
⊢ inner (r • x) x = r * (‖x‖ * ‖x‖)
[PROOFSTEP]
rw [real_inner_smul_left, ← real_inner_self_eq_norm_mul_norm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : F
r : ℝ
⊢ inner x (r • x) = r * (‖x‖ * ‖x‖)
[PROOFSTEP]
rw [inner_smul_right, ← real_inner_self_eq_norm_mul_norm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
r : 𝕜
hx : x ≠ 0
hr : r ≠ 0
⊢ ‖inner x (r • x)‖ / (‖x‖ * ‖r • x‖) = 1
[PROOFSTEP]
have hx' : ‖x‖ ≠ 0 := by simp [hx]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
r : 𝕜
hx : x ≠ 0
hr : r ≠ 0
⊢ ‖x‖ ≠ 0
[PROOFSTEP]
simp [hx]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
r : 𝕜
hx : x ≠ 0
hr : r ≠ 0
hx' : ‖x‖ ≠ 0
⊢ ‖inner x (r • x)‖ / (‖x‖ * ‖r • x‖) = 1
[PROOFSTEP]
have hr' : ‖r‖ ≠ 0 := by simp [hr]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
r : 𝕜
hx : x ≠ 0
hr : r ≠ 0
hx' : ‖x‖ ≠ 0
⊢ ‖r‖ ≠ 0
[PROOFSTEP]
simp [hr]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
r : 𝕜
hx : x ≠ 0
hr : r ≠ 0
hx' : ‖x‖ ≠ 0
hr' : ‖r‖ ≠ 0
⊢ ‖inner x (r • x)‖ / (‖x‖ * ‖r • x‖) = 1
[PROOFSTEP]
rw [inner_smul_right, norm_mul, ← inner_self_re_eq_norm, inner_self_eq_norm_mul_norm, norm_smul]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
r : 𝕜
hx : x ≠ 0
hr : r ≠ 0
hx' : ‖x‖ ≠ 0
hr' : ‖r‖ ≠ 0
⊢ ‖r‖ * (‖x‖ * ‖x‖) / (‖x‖ * (‖r‖ * ‖x‖)) = 1
[PROOFSTEP]
rw [← mul_assoc, ← div_div, mul_div_cancel _ hx', ← div_div, mul_comm, mul_div_cancel _ hr', div_self hx']
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : F
r : ℝ
hx : x ≠ 0
hr : 0 < r
⊢ inner x (r • x) / (‖x‖ * ‖r • x‖) = 1
[PROOFSTEP]
rw [real_inner_smul_self_right, norm_smul, Real.norm_eq_abs, ← mul_assoc ‖x‖, mul_comm _ |r|, mul_assoc,
  abs_of_nonneg hr.le, div_self]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : F
r : ℝ
hx : x ≠ 0
hr : 0 < r
⊢ r * (‖x‖ * ‖x‖) ≠ 0
[PROOFSTEP]
exact mul_ne_zero hr.ne' (mul_self_ne_zero.2 (norm_ne_zero_iff.2 hx))
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : F
r : ℝ
hx : x ≠ 0
hr : r < 0
⊢ inner x (r • x) / (‖x‖ * ‖r • x‖) = -1
[PROOFSTEP]
rw [real_inner_smul_self_right, norm_smul, Real.norm_eq_abs, ← mul_assoc ‖x‖, mul_comm _ |r|, mul_assoc, abs_of_neg hr,
  neg_mul, div_neg_eq_neg_div, div_self]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : F
r : ℝ
hx : x ≠ 0
hr : r < 0
⊢ r * (‖x‖ * ‖x‖) ≠ 0
[PROOFSTEP]
exact mul_ne_zero hr.ne (mul_self_ne_zero.2 (norm_ne_zero_iff.2 hx))
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ List.TFAE
    [‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖, x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x, x = 0 ∨ ∃ r, y = r • x,
      x = 0 ∨ y ∈ Submodule.span 𝕜 {x}]
[PROOFSTEP]
tfae_have 1 → 2
[GOAL]
case tfae_1_to_2
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖ → x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x
[PROOFSTEP]
refine' fun h => or_iff_not_imp_left.2 fun hx₀ => _
[GOAL]
case tfae_1_to_2
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h : ‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖
hx₀ : ¬x = 0
⊢ y = (inner x y / inner x x) • x
[PROOFSTEP]
have : ‖x‖ ^ 2 ≠ 0 := pow_ne_zero _ (norm_ne_zero_iff.2 hx₀)
[GOAL]
case tfae_1_to_2
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h : ‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖
hx₀ : ¬x = 0
this : ‖x‖ ^ 2 ≠ 0
⊢ y = (inner x y / inner x x) • x
[PROOFSTEP]
rw [← sq_eq_sq (norm_nonneg _) (mul_nonneg (norm_nonneg _) (norm_nonneg _)), mul_pow, ← mul_right_inj' this, eq_comm, ←
  sub_eq_zero, ← mul_sub] at h 
[GOAL]
case tfae_1_to_2
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h✝ : ‖x‖ ^ 2 * (‖x‖ ^ 2 * ‖y‖ ^ 2) = ‖x‖ ^ 2 * ‖inner x y‖ ^ 2
h : ‖x‖ ^ 2 * (‖x‖ ^ 2 * ‖y‖ ^ 2 - ‖inner x y‖ ^ 2) = 0
hx₀ : ¬x = 0
this : ‖x‖ ^ 2 ≠ 0
⊢ y = (inner x y / inner x x) • x
[PROOFSTEP]
simp only [@norm_sq_eq_inner 𝕜] at h 
[GOAL]
case tfae_1_to_2
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h✝ : ‖x‖ ^ 2 * (‖x‖ ^ 2 * ‖y‖ ^ 2) = ‖x‖ ^ 2 * ‖inner x y‖ ^ 2
hx₀ : ¬x = 0
this : ‖x‖ ^ 2 ≠ 0
h : ↑re (inner x x) * (↑re (inner x x) * ↑re (inner y y) - ‖inner x y‖ ^ 2) = 0
⊢ y = (inner x y / inner x x) • x
[PROOFSTEP]
letI : InnerProductSpace.Core 𝕜 E := InnerProductSpace.toCore
[GOAL]
case tfae_1_to_2
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h✝ : ‖x‖ ^ 2 * (‖x‖ ^ 2 * ‖y‖ ^ 2) = ‖x‖ ^ 2 * ‖inner x y‖ ^ 2
hx₀ : ¬x = 0
this✝ : ‖x‖ ^ 2 ≠ 0
h : ↑re (inner x x) * (↑re (inner x x) * ↑re (inner y y) - ‖inner x y‖ ^ 2) = 0
this : InnerProductSpace.Core 𝕜 E := InnerProductSpace.toCore
⊢ y = (inner x y / inner x x) • x
[PROOFSTEP]
erw [← InnerProductSpace.Core.cauchy_schwarz_aux, InnerProductSpace.Core.normSq_eq_zero, sub_eq_zero] at h 
[GOAL]
case tfae_1_to_2
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h✝ : ‖x‖ ^ 2 * (‖x‖ ^ 2 * ‖y‖ ^ 2) = ‖x‖ ^ 2 * ‖inner x y‖ ^ 2
hx₀ : ¬x = 0
this✝ : ‖x‖ ^ 2 ≠ 0
this : InnerProductSpace.Core 𝕜 E := InnerProductSpace.toCore
h : inner x y • x = inner x x • y
⊢ y = (inner x y / inner x x) • x
[PROOFSTEP]
rw [div_eq_inv_mul, mul_smul, h, inv_smul_smul₀]
[GOAL]
case tfae_1_to_2.hc
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h✝ : ‖x‖ ^ 2 * (‖x‖ ^ 2 * ‖y‖ ^ 2) = ‖x‖ ^ 2 * ‖inner x y‖ ^ 2
hx₀ : ¬x = 0
this✝ : ‖x‖ ^ 2 ≠ 0
this : InnerProductSpace.Core 𝕜 E := InnerProductSpace.toCore
h : inner x y • x = inner x x • y
⊢ inner x x ≠ 0
[PROOFSTEP]
rwa [inner_self_ne_zero]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
tfae_1_to_2 : ‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖ → x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x
⊢ List.TFAE
    [‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖, x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x, x = 0 ∨ ∃ r, y = r • x,
      x = 0 ∨ y ∈ Submodule.span 𝕜 {x}]
[PROOFSTEP]
tfae_have 2 → 3
[GOAL]
case tfae_2_to_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
tfae_1_to_2 : ‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖ → x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x
⊢ x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x → x = 0 ∨ ∃ r, y = r • x
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
tfae_1_to_2 : ‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖ → x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x
tfae_2_to_3 : x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x → x = 0 ∨ ∃ r, y = r • x
⊢ List.TFAE
    [‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖, x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x, x = 0 ∨ ∃ r, y = r • x,
      x = 0 ∨ y ∈ Submodule.span 𝕜 {x}]
[PROOFSTEP]
exact fun h => h.imp_right fun h' => ⟨_, h'⟩
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
tfae_1_to_2 : ‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖ → x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x
tfae_2_to_3 : x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x → x = 0 ∨ ∃ r, y = r • x
⊢ List.TFAE
    [‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖, x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x, x = 0 ∨ ∃ r, y = r • x,
      x = 0 ∨ y ∈ Submodule.span 𝕜 {x}]
[PROOFSTEP]
tfae_have 3 → 1
[GOAL]
case tfae_3_to_1
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
tfae_1_to_2 : ‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖ → x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x
tfae_2_to_3 : x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x → x = 0 ∨ ∃ r, y = r • x
⊢ (x = 0 ∨ ∃ r, y = r • x) → ‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
rintro (rfl | ⟨r, rfl⟩)
[GOAL]
case tfae_3_to_1.inl
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
y : E
tfae_1_to_2 : ‖inner 0 y‖ = ‖0‖ * ‖y‖ → 0 = 0 ∨ y = (inner 0 y / inner 0 0) • 0
tfae_2_to_3 : 0 = 0 ∨ y = (inner 0 y / inner 0 0) • 0 → 0 = 0 ∨ ∃ r, y = r • 0
⊢ ‖inner 0 y‖ = ‖0‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
simp [inner_smul_right, norm_smul, inner_self_eq_norm_sq_to_K, inner_self_eq_norm_mul_norm, sq, mul_left_comm]
[GOAL]
case tfae_3_to_1.inr.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
r : 𝕜
tfae_1_to_2 : ‖inner x (r • x)‖ = ‖x‖ * ‖r • x‖ → x = 0 ∨ r • x = (inner x (r • x) / inner x x) • x
tfae_2_to_3 : x = 0 ∨ r • x = (inner x (r • x) / inner x x) • x → x = 0 ∨ ∃ r_1, r • x = r_1 • x
⊢ ‖inner x (r • x)‖ = ‖x‖ * ‖r • x‖
[PROOFSTEP]
simp [inner_smul_right, norm_smul, inner_self_eq_norm_sq_to_K, inner_self_eq_norm_mul_norm, sq, mul_left_comm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
tfae_1_to_2 : ‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖ → x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x
tfae_2_to_3 : x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x → x = 0 ∨ ∃ r, y = r • x
tfae_3_to_1 : (x = 0 ∨ ∃ r, y = r • x) → ‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖
⊢ List.TFAE
    [‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖, x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x, x = 0 ∨ ∃ r, y = r • x,
      x = 0 ∨ y ∈ Submodule.span 𝕜 {x}]
[PROOFSTEP]
tfae_have 3 ↔ 4
[GOAL]
case tfae_3_iff_4
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
tfae_1_to_2 : ‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖ → x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x
tfae_2_to_3 : x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x → x = 0 ∨ ∃ r, y = r • x
tfae_3_to_1 : (x = 0 ∨ ∃ r, y = r • x) → ‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖
⊢ (x = 0 ∨ ∃ r, y = r • x) ↔ x = 0 ∨ y ∈ Submodule.span 𝕜 {x}
[PROOFSTEP]
simp only [Submodule.mem_span_singleton, eq_comm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
tfae_1_to_2 : ‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖ → x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x
tfae_2_to_3 : x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x → x = 0 ∨ ∃ r, y = r • x
tfae_3_to_1 : (x = 0 ∨ ∃ r, y = r • x) → ‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖
tfae_3_iff_4 : (x = 0 ∨ ∃ r, y = r • x) ↔ x = 0 ∨ y ∈ Submodule.span 𝕜 {x}
⊢ List.TFAE
    [‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖, x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x, x = 0 ∨ ∃ r, y = r • x,
      x = 0 ∨ y ∈ Submodule.span 𝕜 {x}]
[PROOFSTEP]
tfae_finish
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖inner x y / (↑‖x‖ * ↑‖y‖)‖ = 1 ↔ x ≠ 0 ∧ ∃ r, r ≠ 0 ∧ y = r • x
[PROOFSTEP]
constructor
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖inner x y / (↑‖x‖ * ↑‖y‖)‖ = 1 → x ≠ 0 ∧ ∃ r, r ≠ 0 ∧ y = r • x
[PROOFSTEP]
intro h
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h : ‖inner x y / (↑‖x‖ * ↑‖y‖)‖ = 1
⊢ x ≠ 0 ∧ ∃ r, r ≠ 0 ∧ y = r • x
[PROOFSTEP]
have hx₀ : x ≠ 0 := fun h₀ => by simp [h₀] at h 
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h : ‖inner x y / (↑‖x‖ * ↑‖y‖)‖ = 1
h₀ : x = 0
⊢ False
[PROOFSTEP]
simp [h₀] at h 
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h : ‖inner x y / (↑‖x‖ * ↑‖y‖)‖ = 1
hx₀ : x ≠ 0
⊢ x ≠ 0 ∧ ∃ r, r ≠ 0 ∧ y = r • x
[PROOFSTEP]
have hy₀ : y ≠ 0 := fun h₀ => by simp [h₀] at h 
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h : ‖inner x y / (↑‖x‖ * ↑‖y‖)‖ = 1
hx₀ : x ≠ 0
h₀ : y = 0
⊢ False
[PROOFSTEP]
simp [h₀] at h 
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h : ‖inner x y / (↑‖x‖ * ↑‖y‖)‖ = 1
hx₀ : x ≠ 0
hy₀ : y ≠ 0
⊢ x ≠ 0 ∧ ∃ r, r ≠ 0 ∧ y = r • x
[PROOFSTEP]
refine' ⟨hx₀, (norm_inner_eq_norm_iff hx₀ hy₀).1 <| eq_of_div_eq_one _⟩
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h : ‖inner x y / (↑‖x‖ * ↑‖y‖)‖ = 1
hx₀ : x ≠ 0
hy₀ : y ≠ 0
⊢ ‖inner x y‖ / (‖x‖ * ‖y‖) = 1
[PROOFSTEP]
simpa using h
[GOAL]
case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ (x ≠ 0 ∧ ∃ r, r ≠ 0 ∧ y = r • x) → ‖inner x y / (↑‖x‖ * ↑‖y‖)‖ = 1
[PROOFSTEP]
rintro ⟨hx, ⟨r, ⟨hr, rfl⟩⟩⟩
[GOAL]
case mpr.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
hx : x ≠ 0
r : 𝕜
hr : r ≠ 0
⊢ ‖inner x (r • x) / (↑‖x‖ * ↑‖r • x‖)‖ = 1
[PROOFSTEP]
simp only [norm_div, norm_mul, norm_ofReal, abs_norm]
[GOAL]
case mpr.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
hx : x ≠ 0
r : 𝕜
hr : r ≠ 0
⊢ ‖inner x (r • x)‖ / (‖x‖ * ‖r • x‖) = 1
[PROOFSTEP]
exact norm_inner_div_norm_mul_norm_eq_one_of_ne_zero_of_ne_zero_mul hx hr
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h₀ : x ≠ 0
⊢ inner x y = ↑‖x‖ * ↑‖y‖ ↔ (↑‖y‖ / ↑‖x‖) • x = y
[PROOFSTEP]
have h₀' := h₀
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h₀ h₀' : x ≠ 0
⊢ inner x y = ↑‖x‖ * ↑‖y‖ ↔ (↑‖y‖ / ↑‖x‖) • x = y
[PROOFSTEP]
rw [← norm_ne_zero_iff, Ne.def, ← @ofReal_eq_zero 𝕜] at h₀' 
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h₀ : x ≠ 0
h₀' : ¬↑‖x‖ = 0
⊢ inner x y = ↑‖x‖ * ↑‖y‖ ↔ (↑‖y‖ / ↑‖x‖) • x = y
[PROOFSTEP]
constructor
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h₀ : x ≠ 0
h₀' : ¬↑‖x‖ = 0
⊢ inner x y = ↑‖x‖ * ↑‖y‖ → (↑‖y‖ / ↑‖x‖) • x = y
[PROOFSTEP]
intro h
[GOAL]
case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h₀ : x ≠ 0
h₀' : ¬↑‖x‖ = 0
⊢ (↑‖y‖ / ↑‖x‖) • x = y → inner x y = ↑‖x‖ * ↑‖y‖
[PROOFSTEP]
intro h
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h₀ : x ≠ 0
h₀' : ¬↑‖x‖ = 0
h : inner x y = ↑‖x‖ * ↑‖y‖
⊢ (↑‖y‖ / ↑‖x‖) • x = y
[PROOFSTEP]
have : x = 0 ∨ y = (⟪x, y⟫ / ⟪x, x⟫ : 𝕜) • x := ((@norm_inner_eq_norm_tfae 𝕜 _ _ _ _ x y).out 0 1).1 (by simp [h])
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h₀ : x ≠ 0
h₀' : ¬↑‖x‖ = 0
h : inner x y = ↑‖x‖ * ↑‖y‖
⊢ ‖inner x y‖ = ‖x‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
simp [h]
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h₀ : x ≠ 0
h₀' : ¬↑‖x‖ = 0
h : inner x y = ↑‖x‖ * ↑‖y‖
this : x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x
⊢ (↑‖y‖ / ↑‖x‖) • x = y
[PROOFSTEP]
rw [this.resolve_left h₀, h]
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h₀ : x ≠ 0
h₀' : ¬↑‖x‖ = 0
h : inner x y = ↑‖x‖ * ↑‖y‖
this : x = 0 ∨ y = (inner x y / inner x x) • x
⊢ (↑‖(↑‖x‖ * ↑‖y‖ / inner x x) • x‖ / ↑‖x‖) • x = (↑‖x‖ * ↑‖y‖ / inner x x) • x
[PROOFSTEP]
simp [norm_smul, inner_self_ofReal_norm, mul_div_cancel _ h₀']
[GOAL]
case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h₀ : x ≠ 0
h₀' : ¬↑‖x‖ = 0
h : (↑‖y‖ / ↑‖x‖) • x = y
⊢ inner x y = ↑‖x‖ * ↑‖y‖
[PROOFSTEP]
conv_lhs => rw [← h, inner_smul_right, inner_self_eq_norm_sq_to_K]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h₀ : x ≠ 0
h₀' : ¬↑‖x‖ = 0
h : (↑‖y‖ / ↑‖x‖) • x = y
| inner x y
[PROOFSTEP]
rw [← h, inner_smul_right, inner_self_eq_norm_sq_to_K]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h₀ : x ≠ 0
h₀' : ¬↑‖x‖ = 0
h : (↑‖y‖ / ↑‖x‖) • x = y
| inner x y
[PROOFSTEP]
rw [← h, inner_smul_right, inner_self_eq_norm_sq_to_K]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h₀ : x ≠ 0
h₀' : ¬↑‖x‖ = 0
h : (↑‖y‖ / ↑‖x‖) • x = y
| inner x y
[PROOFSTEP]
rw [← h, inner_smul_right, inner_self_eq_norm_sq_to_K]
[GOAL]
case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h₀ : x ≠ 0
h₀' : ¬↑‖x‖ = 0
h : (↑‖y‖ / ↑‖x‖) • x = y
⊢ ↑‖y‖ / ↑‖x‖ * ↑‖x‖ ^ 2 = ↑‖x‖ * ↑‖y‖
[PROOFSTEP]
field_simp [sq, mul_left_comm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ inner x y = ↑‖x‖ * ↑‖y‖ ↔ ↑‖y‖ • x = ↑‖x‖ • y
[PROOFSTEP]
rcases eq_or_ne x 0 with (rfl | h₀)
[GOAL]
case inl
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
y : E
⊢ inner 0 y = ↑‖0‖ * ↑‖y‖ ↔ ↑‖y‖ • 0 = ↑‖0‖ • y
[PROOFSTEP]
simp
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h₀ : x ≠ 0
⊢ inner x y = ↑‖x‖ * ↑‖y‖ ↔ ↑‖y‖ • x = ↑‖x‖ • y
[PROOFSTEP]
rw [inner_eq_norm_mul_iff_div h₀, div_eq_inv_mul, mul_smul, inv_smul_eq_iff₀]
[GOAL]
case inr.ha
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
h₀ : x ≠ 0
⊢ ↑‖x‖ ≠ 0
[PROOFSTEP]
rwa [Ne.def, ofReal_eq_zero, norm_eq_zero]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ inner x y / (‖x‖ * ‖y‖) = 1 ↔ x ≠ 0 ∧ ∃ r, 0 < r ∧ y = r • x
[PROOFSTEP]
constructor
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ inner x y / (‖x‖ * ‖y‖) = 1 → x ≠ 0 ∧ ∃ r, 0 < r ∧ y = r • x
[PROOFSTEP]
intro h
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
h : inner x y / (‖x‖ * ‖y‖) = 1
⊢ x ≠ 0 ∧ ∃ r, 0 < r ∧ y = r • x
[PROOFSTEP]
have hx₀ : x ≠ 0 := fun h₀ => by simp [h₀] at h 
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
h : inner x y / (‖x‖ * ‖y‖) = 1
h₀ : x = 0
⊢ False
[PROOFSTEP]
simp [h₀] at h 
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
h : inner x y / (‖x‖ * ‖y‖) = 1
hx₀ : x ≠ 0
⊢ x ≠ 0 ∧ ∃ r, 0 < r ∧ y = r • x
[PROOFSTEP]
have hy₀ : y ≠ 0 := fun h₀ => by simp [h₀] at h 
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
h : inner x y / (‖x‖ * ‖y‖) = 1
hx₀ : x ≠ 0
h₀ : y = 0
⊢ False
[PROOFSTEP]
simp [h₀] at h 
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
h : inner x y / (‖x‖ * ‖y‖) = 1
hx₀ : x ≠ 0
hy₀ : y ≠ 0
⊢ x ≠ 0 ∧ ∃ r, 0 < r ∧ y = r • x
[PROOFSTEP]
refine' ⟨hx₀, ‖y‖ / ‖x‖, div_pos (norm_pos_iff.2 hy₀) (norm_pos_iff.2 hx₀), _⟩
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
h : inner x y / (‖x‖ * ‖y‖) = 1
hx₀ : x ≠ 0
hy₀ : y ≠ 0
⊢ y = (‖y‖ / ‖x‖) • x
[PROOFSTEP]
exact ((inner_eq_norm_mul_iff_div hx₀).1 (eq_of_div_eq_one h)).symm
[GOAL]
case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ (x ≠ 0 ∧ ∃ r, 0 < r ∧ y = r • x) → inner x y / (‖x‖ * ‖y‖) = 1
[PROOFSTEP]
rintro ⟨hx, ⟨r, ⟨hr, rfl⟩⟩⟩
[GOAL]
case mpr.intro.intro.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : F
hx : x ≠ 0
r : ℝ
hr : 0 < r
⊢ inner x (r • x) / (‖x‖ * ‖r • x‖) = 1
[PROOFSTEP]
exact real_inner_div_norm_mul_norm_eq_one_of_ne_zero_of_pos_mul hx hr
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ inner x y / (‖x‖ * ‖y‖) = -1 ↔ x ≠ 0 ∧ ∃ r, r < 0 ∧ y = r • x
[PROOFSTEP]
rw [← neg_eq_iff_eq_neg, ← neg_div, ← inner_neg_right, ← norm_neg y, real_inner_div_norm_mul_norm_eq_one_iff,
  (@neg_surjective ℝ _).exists]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
⊢ (x ≠ 0 ∧ ∃ x_1, 0 < -x_1 ∧ -y = -x_1 • x) ↔ x ≠ 0 ∧ ∃ r, r < 0 ∧ y = r • x
[PROOFSTEP]
refine' Iff.rfl.and (exists_congr fun r => _)
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
r : ℝ
⊢ 0 < -r ∧ -y = -r • x ↔ r < 0 ∧ y = r • x
[PROOFSTEP]
rw [neg_pos, neg_smul, neg_inj]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
hx : ‖x‖ = 1
hy : ‖y‖ = 1
⊢ inner x y = 1 ↔ x = y
[PROOFSTEP]
convert inner_eq_norm_mul_iff (𝕜 := 𝕜) (E := E) using 2
[GOAL]
case h.e'_1.h.e'_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
hx : ‖x‖ = 1
hy : ‖y‖ = 1
⊢ 1 = ↑‖x‖ * ↑‖y‖
[PROOFSTEP]
simp [hx, hy]
[GOAL]
case h.e'_2.h.e'_2
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
hx : ‖x‖ = 1
hy : ‖y‖ = 1
⊢ x = ↑‖y‖ • x
[PROOFSTEP]
simp [hx, hy]
[GOAL]
case h.e'_2.h.e'_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
hx : ‖x‖ = 1
hy : ‖y‖ = 1
⊢ y = ↑‖x‖ • y
[PROOFSTEP]
simp [hx, hy]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
hx : ‖x‖ = 1
hy : ‖y‖ = 1
⊢ inner x y < 1 ↔ x ≠ y
[PROOFSTEP]
convert inner_lt_norm_mul_iff_real (F := F)
[GOAL]
case h.e'_1.h.e'_4
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
hx : ‖x‖ = 1
hy : ‖y‖ = 1
⊢ 1 = ‖x‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
simp [hx, hy]
[GOAL]
case h.e'_2.h.e'_2
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
hx : ‖x‖ = 1
hy : ‖y‖ = 1
⊢ x = ‖y‖ • x
[PROOFSTEP]
simp [hx, hy]
[GOAL]
case h.e'_2.h.e'_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : F
hx : ‖x‖ = 1
hy : ‖y‖ = 1
⊢ y = ‖x‖ • y
[PROOFSTEP]
simp [hx, hy]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι₁ : Type u_4
s₁ : Finset ι₁
w₁ : ι₁ → ℝ
v₁ : ι₁ → F
h₁ : ∑ i in s₁, w₁ i = 0
ι₂ : Type u_5
s₂ : Finset ι₂
w₂ : ι₂ → ℝ
v₂ : ι₂ → F
h₂ : ∑ i in s₂, w₂ i = 0
⊢ inner (∑ i₁ in s₁, w₁ i₁ • v₁ i₁) (∑ i₂ in s₂, w₂ i₂ • v₂ i₂) =
    (-∑ i₁ in s₁, ∑ i₂ in s₂, w₁ i₁ * w₂ i₂ * (‖v₁ i₁ - v₂ i₂‖ * ‖v₁ i₁ - v₂ i₂‖)) / 2
[PROOFSTEP]
simp_rw [sum_inner, inner_sum, real_inner_smul_left, real_inner_smul_right,
  real_inner_eq_norm_mul_self_add_norm_mul_self_sub_norm_sub_mul_self_div_two, ← div_sub_div_same, ← div_add_div_same,
  mul_sub_left_distrib, left_distrib, Finset.sum_sub_distrib, Finset.sum_add_distrib, ← Finset.mul_sum, ←
  Finset.sum_mul, h₁, h₂, zero_mul, mul_zero, Finset.sum_const_zero, zero_add, zero_sub, Finset.mul_sum, neg_div,
  Finset.sum_div, mul_div_assoc, mul_assoc]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ‖↑(↑(innerₛₗ 𝕜) x) y‖ ≤ 1 * ‖x‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
simp only [norm_inner_le_norm, one_mul, innerₛₗ_apply]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
⊢ ‖↑(innerSL 𝕜) x‖ = ‖x‖
[PROOFSTEP]
refine' le_antisymm ((innerSL 𝕜 x).op_norm_le_bound (norm_nonneg _) fun y => norm_inner_le_norm _ _) _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
⊢ ‖x‖ ≤ ‖↑(innerSL 𝕜) x‖
[PROOFSTEP]
rcases eq_or_ne x 0 with (rfl | h)
[GOAL]
case inl
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
⊢ ‖0‖ ≤ ‖↑(innerSL 𝕜) 0‖
[PROOFSTEP]
simp
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
h : x ≠ 0
⊢ ‖x‖ ≤ ‖↑(innerSL 𝕜) x‖
[PROOFSTEP]
refine' (mul_le_mul_right (norm_pos_iff.2 h)).mp _
[GOAL]
case inr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
h : x ≠ 0
⊢ ‖x‖ * ‖x‖ ≤ ‖↑(innerSL 𝕜) x‖ * ‖x‖
[PROOFSTEP]
calc
  ‖x‖ * ‖x‖ = ‖(⟪x, x⟫ : 𝕜)‖ := by rw [← sq, inner_self_eq_norm_sq_to_K, norm_pow, norm_ofReal, abs_norm]
  _ ≤ ‖innerSL 𝕜 x‖ * ‖x‖ := (innerSL 𝕜 x).le_op_norm _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
h : x ≠ 0
⊢ ‖x‖ * ‖x‖ = ‖inner x x‖
[PROOFSTEP]
rw [← sq, inner_self_eq_norm_sq_to_K, norm_pow, norm_ofReal, abs_norm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
E' : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E'
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E'
f : E →L[𝕜] E'
v : E'
⊢ ‖↑(↑toSesqForm f) v‖ ≤ ‖f‖ * ‖v‖
[PROOFSTEP]
refine' op_norm_le_bound _ (mul_nonneg (norm_nonneg _) (norm_nonneg _)) _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
E' : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E'
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E'
f : E →L[𝕜] E'
v : E'
⊢ ∀ (x : E), ‖↑(↑(↑toSesqForm f) v) x‖ ≤ ‖f‖ * ‖v‖ * ‖x‖
[PROOFSTEP]
intro x
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
E' : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E'
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E'
f : E →L[𝕜] E'
v : E'
x : E
⊢ ‖↑(↑(↑toSesqForm f) v) x‖ ≤ ‖f‖ * ‖v‖ * ‖x‖
[PROOFSTEP]
have h₁ : ‖f x‖ ≤ ‖f‖ * ‖x‖ := le_op_norm _ _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
E' : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E'
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E'
f : E →L[𝕜] E'
v : E'
x : E
h₁ : ‖↑f x‖ ≤ ‖f‖ * ‖x‖
⊢ ‖↑(↑(↑toSesqForm f) v) x‖ ≤ ‖f‖ * ‖v‖ * ‖x‖
[PROOFSTEP]
have h₂ := @norm_inner_le_norm 𝕜 E' _ _ _ v (f x)
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
E' : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E'
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E'
f : E →L[𝕜] E'
v : E'
x : E
h₁ : ‖↑f x‖ ≤ ‖f‖ * ‖x‖
h₂ : ‖inner v (↑f x)‖ ≤ ‖v‖ * ‖↑f x‖
⊢ ‖↑(↑(↑toSesqForm f) v) x‖ ≤ ‖f‖ * ‖v‖ * ‖x‖
[PROOFSTEP]
calc
  ‖⟪v, f x⟫‖ ≤ ‖v‖ * ‖f x‖ := h₂
  _ ≤ ‖v‖ * (‖f‖ * ‖x‖) := (mul_le_mul_of_nonneg_left h₁ (norm_nonneg v))
  _ = ‖f‖ * ‖v‖ * ‖x‖ := by ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
E' : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup E'
inst✝ : InnerProductSpace 𝕜 E'
f : E →L[𝕜] E'
v : E'
x : E
h₁ : ‖↑f x‖ ≤ ‖f‖ * ‖x‖
h₂ : ‖inner v (↑f x)‖ ≤ ‖v‖ * ‖↑f x‖
⊢ ‖v‖ * (‖f‖ * ‖x‖) = ‖f‖ * ‖v‖ * ‖x‖
[PROOFSTEP]
ring
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁵ : IsROrC 𝕜
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
r : ℝ
x y : E
⊢ inner (r • x, y).fst (r • x, y).snd = r • inner (x, y).fst (x, y).snd
[PROOFSTEP]
simp only [← algebraMap_smul 𝕜 r x, algebraMap_eq_ofReal, inner_smul_real_left]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁵ : IsROrC 𝕜
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
r : ℝ
x y : E
⊢ inner (x, r • y).fst (x, r • y).snd = r • inner (x, y).fst (x, y).snd
[PROOFSTEP]
simp only [← algebraMap_smul 𝕜 r y, algebraMap_eq_ofReal, inner_smul_real_right]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁵ : IsROrC 𝕜
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
x y : E
⊢ ‖inner (x, y).fst (x, y).snd‖ ≤ 1 * ‖x‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
rw [one_mul]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁵ : IsROrC 𝕜
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup E
inst✝³ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝² : NormedAddCommGroup F
inst✝¹ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
inst✝ : NormedSpace ℝ E
x y : E
⊢ ‖inner (x, y).fst (x, y).snd‖ ≤ ‖x‖ * ‖y‖
[PROOFSTEP]
exact norm_inner_le_norm x y
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
s : Finset ι
hv : Orthonormal 𝕜 v
⊢ ∑ i in s, ‖inner (v i) x‖ ^ 2 ≤ ‖x‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
have h₂ : (∑ i in s, ∑ j in s, ⟪v i, x⟫ * ⟪x, v j⟫ * ⟪v j, v i⟫) = (∑ k in s, ⟪v k, x⟫ * ⟪x, v k⟫ : 𝕜) := by
  classical exact hv.inner_left_right_finset
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
s : Finset ι
hv : Orthonormal 𝕜 v
⊢ ∑ i in s, ∑ j in s, inner (v i) x * inner x (v j) * inner (v j) (v i) = ∑ k in s, inner (v k) x * inner x (v k)
[PROOFSTEP]
classical exact hv.inner_left_right_finset
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
s : Finset ι
hv : Orthonormal 𝕜 v
⊢ ∑ i in s, ∑ j in s, inner (v i) x * inner x (v j) * inner (v j) (v i) = ∑ k in s, inner (v k) x * inner x (v k)
[PROOFSTEP]
exact hv.inner_left_right_finset
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
s : Finset ι
hv : Orthonormal 𝕜 v
h₂ : ∑ i in s, ∑ j in s, inner (v i) x * inner x (v j) * inner (v j) (v i) = ∑ k in s, inner (v k) x * inner x (v k)
⊢ ∑ i in s, ‖inner (v i) x‖ ^ 2 ≤ ‖x‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
have h₃ : ∀ z : 𝕜, re (z * conj z) = ‖z‖ ^ 2 := by
  intro z
  simp only [mul_conj, normSq_eq_def']
  norm_cast
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
s : Finset ι
hv : Orthonormal 𝕜 v
h₂ : ∑ i in s, ∑ j in s, inner (v i) x * inner x (v j) * inner (v j) (v i) = ∑ k in s, inner (v k) x * inner x (v k)
⊢ ∀ (z : 𝕜), ↑re (z * ↑(starRingEnd 𝕜) z) = ‖z‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
intro z
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
s : Finset ι
hv : Orthonormal 𝕜 v
h₂ : ∑ i in s, ∑ j in s, inner (v i) x * inner x (v j) * inner (v j) (v i) = ∑ k in s, inner (v k) x * inner x (v k)
z : 𝕜
⊢ ↑re (z * ↑(starRingEnd 𝕜) z) = ‖z‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
simp only [mul_conj, normSq_eq_def']
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
s : Finset ι
hv : Orthonormal 𝕜 v
h₂ : ∑ i in s, ∑ j in s, inner (v i) x * inner x (v j) * inner (v j) (v i) = ∑ k in s, inner (v k) x * inner x (v k)
z : 𝕜
⊢ ↑re ↑(‖z‖ ^ 2) = ‖z‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
norm_cast
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
s : Finset ι
hv : Orthonormal 𝕜 v
h₂ : ∑ i in s, ∑ j in s, inner (v i) x * inner x (v j) * inner (v j) (v i) = ∑ k in s, inner (v k) x * inner x (v k)
h₃ : ∀ (z : 𝕜), ↑re (z * ↑(starRingEnd 𝕜) z) = ‖z‖ ^ 2
⊢ ∑ i in s, ‖inner (v i) x‖ ^ 2 ≤ ‖x‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
suffices hbf : ‖x - ∑ i in s, ⟪v i, x⟫ • v i‖ ^ 2 = ‖x‖ ^ 2 - ∑ i in s, ‖⟪v i, x⟫‖ ^ 2
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
s : Finset ι
hv : Orthonormal 𝕜 v
h₂ : ∑ i in s, ∑ j in s, inner (v i) x * inner x (v j) * inner (v j) (v i) = ∑ k in s, inner (v k) x * inner x (v k)
h₃ : ∀ (z : 𝕜), ↑re (z * ↑(starRingEnd 𝕜) z) = ‖z‖ ^ 2
hbf : ‖x - ∑ i in s, inner (v i) x • v i‖ ^ 2 = ‖x‖ ^ 2 - ∑ i in s, ‖inner (v i) x‖ ^ 2
⊢ ∑ i in s, ‖inner (v i) x‖ ^ 2 ≤ ‖x‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
rw [← sub_nonneg, ← hbf]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
s : Finset ι
hv : Orthonormal 𝕜 v
h₂ : ∑ i in s, ∑ j in s, inner (v i) x * inner x (v j) * inner (v j) (v i) = ∑ k in s, inner (v k) x * inner x (v k)
h₃ : ∀ (z : 𝕜), ↑re (z * ↑(starRingEnd 𝕜) z) = ‖z‖ ^ 2
hbf : ‖x - ∑ i in s, inner (v i) x • v i‖ ^ 2 = ‖x‖ ^ 2 - ∑ i in s, ‖inner (v i) x‖ ^ 2
⊢ 0 ≤ ‖x - ∑ i in s, inner (v i) x • v i‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
simp only [norm_nonneg, pow_nonneg]
[GOAL]
case hbf
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
s : Finset ι
hv : Orthonormal 𝕜 v
h₂ : ∑ i in s, ∑ j in s, inner (v i) x * inner x (v j) * inner (v j) (v i) = ∑ k in s, inner (v k) x * inner x (v k)
h₃ : ∀ (z : 𝕜), ↑re (z * ↑(starRingEnd 𝕜) z) = ‖z‖ ^ 2
⊢ ‖x - ∑ i in s, inner (v i) x • v i‖ ^ 2 = ‖x‖ ^ 2 - ∑ i in s, ‖inner (v i) x‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
rw [@norm_sub_sq 𝕜, sub_add]
[GOAL]
case hbf
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
s : Finset ι
hv : Orthonormal 𝕜 v
h₂ : ∑ i in s, ∑ j in s, inner (v i) x * inner x (v j) * inner (v j) (v i) = ∑ k in s, inner (v k) x * inner x (v k)
h₃ : ∀ (z : 𝕜), ↑re (z * ↑(starRingEnd 𝕜) z) = ‖z‖ ^ 2
⊢ ‖x‖ ^ 2 - (2 * ↑re (inner x (∑ i in s, inner (v i) x • v i)) - ‖∑ i in s, inner (v i) x • v i‖ ^ 2) =
    ‖x‖ ^ 2 - ∑ i in s, ‖inner (v i) x‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
classical
simp only [@InnerProductSpace.norm_sq_eq_inner 𝕜, _root_.inner_sum, _root_.sum_inner]
simp only [inner_smul_right, two_mul, inner_smul_left, inner_conj_symm, ← mul_assoc, h₂, add_sub_cancel, sub_right_inj]
simp only [map_sum, ← inner_conj_symm x, ← h₃]
[GOAL]
case hbf
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
s : Finset ι
hv : Orthonormal 𝕜 v
h₂ : ∑ i in s, ∑ j in s, inner (v i) x * inner x (v j) * inner (v j) (v i) = ∑ k in s, inner (v k) x * inner x (v k)
h₃ : ∀ (z : 𝕜), ↑re (z * ↑(starRingEnd 𝕜) z) = ‖z‖ ^ 2
⊢ ‖x‖ ^ 2 - (2 * ↑re (inner x (∑ i in s, inner (v i) x • v i)) - ‖∑ i in s, inner (v i) x • v i‖ ^ 2) =
    ‖x‖ ^ 2 - ∑ i in s, ‖inner (v i) x‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
simp only [@InnerProductSpace.norm_sq_eq_inner 𝕜, _root_.inner_sum, _root_.sum_inner]
[GOAL]
case hbf
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
s : Finset ι
hv : Orthonormal 𝕜 v
h₂ : ∑ i in s, ∑ j in s, inner (v i) x * inner x (v j) * inner (v j) (v i) = ∑ k in s, inner (v k) x * inner x (v k)
h₃ : ∀ (z : 𝕜), ↑re (z * ↑(starRingEnd 𝕜) z) = ‖z‖ ^ 2
⊢ ↑re (inner x x) -
      (2 * ↑re (∑ i in s, inner x (inner (v i) x • v i)) -
        ↑re (∑ x_1 in s, ∑ i in s, inner (inner (v i) x • v i) (inner (v x_1) x • v x_1))) =
    ↑re (inner x x) - ∑ i in s, ‖inner (v i) x‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
simp only [inner_smul_right, two_mul, inner_smul_left, inner_conj_symm, ← mul_assoc, h₂, add_sub_cancel, sub_right_inj]
[GOAL]
case hbf
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
s : Finset ι
hv : Orthonormal 𝕜 v
h₂ : ∑ i in s, ∑ j in s, inner (v i) x * inner x (v j) * inner (v j) (v i) = ∑ k in s, inner (v k) x * inner x (v k)
h₃ : ∀ (z : 𝕜), ↑re (z * ↑(starRingEnd 𝕜) z) = ‖z‖ ^ 2
⊢ ↑re (∑ x_1 in s, inner (v x_1) x * inner x (v x_1)) = ∑ i in s, ‖inner (v i) x‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
simp only [map_sum, ← inner_conj_symm x, ← h₃]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
⊢ ∑' (i : ι), ‖inner (v i) x‖ ^ 2 ≤ ‖x‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
refine' tsum_le_of_sum_le' _ fun s => hv.sum_inner_products_le x
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
⊢ 0 ≤ ‖x‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
simp only [norm_nonneg, pow_nonneg]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
⊢ Summable fun i => ‖inner (v i) x‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
use⨆ s : Finset ι, ∑ i in s, ‖⟪v i, x⟫‖ ^ 2
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
⊢ HasSum (fun i => ‖inner (v i) x‖ ^ 2) (⨆ (s : Finset ι), ∑ i in s, ‖inner (v i) x‖ ^ 2)
[PROOFSTEP]
apply hasSum_of_isLUB_of_nonneg
[GOAL]
case h.h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
⊢ ∀ (i : ι), 0 ≤ ‖inner (v i) x‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
intro b
[GOAL]
case h.h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
b : ι
⊢ 0 ≤ ‖inner (v b) x‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
simp only [norm_nonneg, pow_nonneg]
[GOAL]
case h.hf
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
⊢ IsLUB (Set.range fun s => ∑ i in s, ‖inner (v i) x‖ ^ 2) (⨆ (s : Finset ι), ∑ i in s, ‖inner (v i) x‖ ^ 2)
[PROOFSTEP]
refine' isLUB_ciSup _
[GOAL]
case h.hf
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
⊢ BddAbove (Set.range fun s => ∑ i in s, ‖inner (v i) x‖ ^ 2)
[PROOFSTEP]
use‖x‖ ^ 2
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
⊢ ‖x‖ ^ 2 ∈ upperBounds (Set.range fun s => ∑ i in s, ‖inner (v i) x‖ ^ 2)
[PROOFSTEP]
rintro y ⟨s, rfl⟩
[GOAL]
case h.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
x : E
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
s : Finset ι
⊢ (fun s => ∑ i in s, ‖inner (v i) x‖ ^ 2) s ≤ ‖x‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
exact hv.sum_inner_products_le x
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : 𝕜
⊢ ‖x‖ ^ 2 = ↑re (inner x x)
[PROOFSTEP]
simp only [inner]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : 𝕜
⊢ ‖x‖ ^ 2 = ↑re (↑(starRingEnd 𝕜) x * x)
[PROOFSTEP]
rw [mul_comm, mul_conj, ofReal_re, normSq_eq_def']
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : 𝕜
⊢ ↑(starRingEnd 𝕜) (inner y x) = inner x y
[PROOFSTEP]
simp only [mul_comm, map_mul, starRingEnd_self_apply]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y z : 𝕜
⊢ inner (x + y) z = inner x z + inner y z
[PROOFSTEP]
simp only [add_mul, map_add]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y z : 𝕜
⊢ inner (z • x) y = ↑(starRingEnd 𝕜) z * inner x y
[PROOFSTEP]
simp only [mul_assoc, smul_eq_mul, map_mul]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
v : ι → E
hv : Orthonormal 𝕜 v
i j : ι
hij : i ≠ j
a : (fun _i => 𝕜) i
b : (fun _i => 𝕜) j
⊢ inner (↑((fun i => LinearIsometry.toSpanSingleton 𝕜 E (_ : ‖v i‖ = 1)) i) a)
      (↑((fun i => LinearIsometry.toSpanSingleton 𝕜 E (_ : ‖v i‖ = 1)) j) b) =
    0
[PROOFSTEP]
simp [inner_smul_left, inner_smul_right, hv.2 hij]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
i j : ι
v : G i
w : G j
⊢ inner (↑(V i) v) (↑(V j) w) = if i = j then inner (↑(V i) v) (↑(V j) w) else 0
[PROOFSTEP]
split_ifs with h
[GOAL]
case pos
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
i j : ι
v : G i
w : G j
h : i = j
⊢ inner (↑(V i) v) (↑(V j) w) = inner (↑(V i) v) (↑(V j) w)
[PROOFSTEP]
rfl
[GOAL]
case neg
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
i j : ι
v : G i
w : G j
h : ¬i = j
⊢ inner (↑(V i) v) (↑(V j) w) = 0
[PROOFSTEP]
exact hV h v w
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
l : ⨁ (i : ι), G i
i : ι
v : G i
⊢ (DFinsupp.sum l fun j w => if i = j then inner (↑(V i) v) (↑(V j) w) else 0) = inner v (↑l i)
[PROOFSTEP]
simp only [DFinsupp.sum, Submodule.coe_inner, Finset.sum_ite_eq, ite_eq_left_iff, DFinsupp.mem_support_toFun]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
l : ⨁ (i : ι), G i
i : ι
v : G i
⊢ (if ↑l i ≠ 0 then inner (↑(V i) v) (↑(V i) (↑l i)) else 0) = inner v (↑l i)
[PROOFSTEP]
split_ifs with h
[GOAL]
case pos
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
l : ⨁ (i : ι), G i
i : ι
v : G i
h : ↑l i ≠ 0
⊢ inner (↑(V i) v) (↑(V i) (↑l i)) = inner v (↑l i)
[PROOFSTEP]
simp only [LinearIsometry.inner_map_map]
[GOAL]
case neg
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
l : ⨁ (i : ι), G i
i : ι
v : G i
h : ¬↑l i ≠ 0
⊢ 0 = inner v (↑l i)
[PROOFSTEP]
simp only [of_not_not h, inner_zero_right]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : Fintype ι
l : (i : ι) → G i
i : ι
v : G i
⊢ inner (↑(V i) v) (∑ j : ι, ↑(V j) (l j)) = inner v (l i)
[PROOFSTEP]
classical!
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : Fintype ι
l : (i : ι) → G i
i : ι
v : G i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
⊢ inner (↑(V i) v) (∑ j : ι, ↑(V j) (l j)) = inner v (l i)
[PROOFSTEP]
calc
  ⟪V i v, ∑ j : ι, V j (l j)⟫ = ∑ j : ι, ⟪V i v, V j (l j)⟫ := by rw [inner_sum]
  _ = ∑ j, ite (i = j) ⟪V i v, V j (l j)⟫ 0 := (congr_arg (Finset.sum Finset.univ) <| funext fun j => hV.eq_ite v (l j))
  _ = ⟪v, l i⟫ := by simp only [Finset.sum_ite_eq, Finset.mem_univ, (V i).inner_map_map, if_true]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : Fintype ι
l : (i : ι) → G i
i : ι
v : G i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
⊢ inner (↑(V i) v) (∑ j : ι, ↑(V j) (l j)) = ∑ j : ι, inner (↑(V i) v) (↑(V j) (l j))
[PROOFSTEP]
rw [inner_sum]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : Fintype ι
l : (i : ι) → G i
i : ι
v : G i
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
⊢ (∑ j : ι, if i = j then inner (↑(V i) v) (↑(V j) (l j)) else 0) = inner v (l i)
[PROOFSTEP]
simp only [Finset.sum_ite_eq, Finset.mem_univ, (V i).inner_map_map, if_true]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
l₁ l₂ : (i : ι) → G i
s : Finset ι
⊢ inner (∑ i in s, ↑(V i) (l₁ i)) (∑ j in s, ↑(V j) (l₂ j)) = ∑ i in s, inner (l₁ i) (l₂ i)
[PROOFSTEP]
classical!
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
l₁ l₂ : (i : ι) → G i
s : Finset ι
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
⊢ inner (∑ i in s, ↑(V i) (l₁ i)) (∑ j in s, ↑(V j) (l₂ j)) = ∑ i in s, inner (l₁ i) (l₂ i)
[PROOFSTEP]
calc
  ⟪∑ i in s, V i (l₁ i), ∑ j in s, V j (l₂ j)⟫ = ∑ j in s, ∑ i in s, ⟪V i (l₁ i), V j (l₂ j)⟫ := by
    simp only [_root_.sum_inner, _root_.inner_sum]
  _ = ∑ j in s, ∑ i in s, ite (i = j) ⟪V i (l₁ i), V j (l₂ j)⟫ 0 :=
    by
    congr with i
    congr with j
    apply hV.eq_ite
  _ = ∑ i in s, ⟪l₁ i, l₂ i⟫ := by
    simp only [Finset.sum_ite_of_true, Finset.sum_ite_eq', LinearIsometry.inner_map_map, imp_self, imp_true_iff]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
l₁ l₂ : (i : ι) → G i
s : Finset ι
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
⊢ inner (∑ i in s, ↑(V i) (l₁ i)) (∑ j in s, ↑(V j) (l₂ j)) = ∑ j in s, ∑ i in s, inner (↑(V i) (l₁ i)) (↑(V j) (l₂ j))
[PROOFSTEP]
simp only [_root_.sum_inner, _root_.inner_sum]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
l₁ l₂ : (i : ι) → G i
s : Finset ι
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
⊢ ∑ j in s, ∑ i in s, inner (↑(V i) (l₁ i)) (↑(V j) (l₂ j)) =
    ∑ j in s, ∑ i in s, if i = j then inner (↑(V i) (l₁ i)) (↑(V j) (l₂ j)) else 0
[PROOFSTEP]
congr with i
[GOAL]
case e_f.h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
l₁ l₂ : (i : ι) → G i
s : Finset ι
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
i : ι
⊢ ∑ i_1 in s, inner (↑(V i_1) (l₁ i_1)) (↑(V i) (l₂ i)) =
    ∑ i_1 in s, if i_1 = i then inner (↑(V i_1) (l₁ i_1)) (↑(V i) (l₂ i)) else 0
[PROOFSTEP]
congr with j
[GOAL]
case e_f.h.e_f.h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
l₁ l₂ : (i : ι) → G i
s : Finset ι
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
i j : ι
⊢ inner (↑(V j) (l₁ j)) (↑(V i) (l₂ i)) = if j = i then inner (↑(V j) (l₁ j)) (↑(V i) (l₂ i)) else 0
[PROOFSTEP]
apply hV.eq_ite
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
l₁ l₂ : (i : ι) → G i
s : Finset ι
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
⊢ (∑ j in s, ∑ i in s, if i = j then inner (↑(V i) (l₁ i)) (↑(V j) (l₂ j)) else 0) = ∑ i in s, inner (l₁ i) (l₂ i)
[PROOFSTEP]
simp only [Finset.sum_ite_of_true, Finset.sum_ite_eq', LinearIsometry.inner_map_map, imp_self, imp_true_iff]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
l : (i : ι) → G i
s : Finset ι
⊢ ‖∑ i in s, ↑(V i) (l i)‖ ^ 2 = ∑ i in s, ‖l i‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
have : ((‖∑ i in s, V i (l i)‖ : ℝ) : 𝕜) ^ 2 = ∑ i in s, ((‖l i‖ : ℝ) : 𝕜) ^ 2 := by
  simp only [← inner_self_eq_norm_sq_to_K, hV.inner_sum]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
l : (i : ι) → G i
s : Finset ι
⊢ ↑‖∑ i in s, ↑(V i) (l i)‖ ^ 2 = ∑ i in s, ↑‖l i‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
simp only [← inner_self_eq_norm_sq_to_K, hV.inner_sum]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
l : (i : ι) → G i
s : Finset ι
this : ↑‖∑ i in s, ↑(V i) (l i)‖ ^ 2 = ∑ i in s, ↑‖l i‖ ^ 2
⊢ ‖∑ i in s, ↑(V i) (l i)‖ ^ 2 = ∑ i in s, ‖l i‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
exact_mod_cast this
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
α : ι → Type u_6
v_family : (i : ι) → α i → G i
hv_family : ∀ (i : ι), Orthonormal 𝕜 (v_family i)
⊢ Orthonormal 𝕜 fun a => ↑(V a.fst) (v_family a.fst a.snd)
[PROOFSTEP]
constructor
[GOAL]
case left
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
α : ι → Type u_6
v_family : (i : ι) → α i → G i
hv_family : ∀ (i : ι), Orthonormal 𝕜 (v_family i)
⊢ ∀ (i : (i : ι) × α i), ‖(fun a => ↑(V a.fst) (v_family a.fst a.snd)) i‖ = 1
[PROOFSTEP]
rintro ⟨i, v⟩
[GOAL]
case left.mk
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
α : ι → Type u_6
v_family : (i : ι) → α i → G i
hv_family : ∀ (i : ι), Orthonormal 𝕜 (v_family i)
i : ι
v : α i
⊢ ‖(fun a => ↑(V a.fst) (v_family a.fst a.snd)) { fst := i, snd := v }‖ = 1
[PROOFSTEP]
simpa only [LinearIsometry.norm_map] using (hv_family i).left v
[GOAL]
case right
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
α : ι → Type u_6
v_family : (i : ι) → α i → G i
hv_family : ∀ (i : ι), Orthonormal 𝕜 (v_family i)
⊢ ∀ {i j : (i : ι) × α i},
    i ≠ j → inner ((fun a => ↑(V a.fst) (v_family a.fst a.snd)) i) ((fun a => ↑(V a.fst) (v_family a.fst a.snd)) j) = 0
[PROOFSTEP]
rintro ⟨i, v⟩ ⟨j, w⟩ hvw
[GOAL]
case right.mk.mk
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
α : ι → Type u_6
v_family : (i : ι) → α i → G i
hv_family : ∀ (i : ι), Orthonormal 𝕜 (v_family i)
i : ι
v : α i
j : ι
w : α j
hvw : { fst := i, snd := v } ≠ { fst := j, snd := w }
⊢ inner ((fun a => ↑(V a.fst) (v_family a.fst a.snd)) { fst := i, snd := v })
      ((fun a => ↑(V a.fst) (v_family a.fst a.snd)) { fst := j, snd := w }) =
    0
[PROOFSTEP]
by_cases hij : i = j
[GOAL]
case pos
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
α : ι → Type u_6
v_family : (i : ι) → α i → G i
hv_family : ∀ (i : ι), Orthonormal 𝕜 (v_family i)
i : ι
v : α i
j : ι
w : α j
hvw : { fst := i, snd := v } ≠ { fst := j, snd := w }
hij : i = j
⊢ inner ((fun a => ↑(V a.fst) (v_family a.fst a.snd)) { fst := i, snd := v })
      ((fun a => ↑(V a.fst) (v_family a.fst a.snd)) { fst := j, snd := w }) =
    0
[PROOFSTEP]
subst hij
[GOAL]
case pos
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
α : ι → Type u_6
v_family : (i : ι) → α i → G i
hv_family : ∀ (i : ι), Orthonormal 𝕜 (v_family i)
i : ι
v w : α i
hvw : { fst := i, snd := v } ≠ { fst := i, snd := w }
⊢ inner ((fun a => ↑(V a.fst) (v_family a.fst a.snd)) { fst := i, snd := v })
      ((fun a => ↑(V a.fst) (v_family a.fst a.snd)) { fst := i, snd := w }) =
    0
[PROOFSTEP]
have : v ≠ w := fun h => by
  subst h
  exact hvw rfl
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
α : ι → Type u_6
v_family : (i : ι) → α i → G i
hv_family : ∀ (i : ι), Orthonormal 𝕜 (v_family i)
i : ι
v w : α i
hvw : { fst := i, snd := v } ≠ { fst := i, snd := w }
h : v = w
⊢ False
[PROOFSTEP]
subst h
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
α : ι → Type u_6
v_family : (i : ι) → α i → G i
hv_family : ∀ (i : ι), Orthonormal 𝕜 (v_family i)
i : ι
v : α i
hvw : { fst := i, snd := v } ≠ { fst := i, snd := v }
⊢ False
[PROOFSTEP]
exact hvw rfl
[GOAL]
case pos
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
α : ι → Type u_6
v_family : (i : ι) → α i → G i
hv_family : ∀ (i : ι), Orthonormal 𝕜 (v_family i)
i : ι
v w : α i
hvw : { fst := i, snd := v } ≠ { fst := i, snd := w }
this : v ≠ w
⊢ inner ((fun a => ↑(V a.fst) (v_family a.fst a.snd)) { fst := i, snd := v })
      ((fun a => ↑(V a.fst) (v_family a.fst a.snd)) { fst := i, snd := w }) =
    0
[PROOFSTEP]
simpa only [LinearIsometry.inner_map_map] using (hv_family i).2 this
[GOAL]
case neg
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
α : ι → Type u_6
v_family : (i : ι) → α i → G i
hv_family : ∀ (i : ι), Orthonormal 𝕜 (v_family i)
i : ι
v : α i
j : ι
w : α j
hvw : { fst := i, snd := v } ≠ { fst := j, snd := w }
hij : ¬i = j
⊢ inner ((fun a => ↑(V a.fst) (v_family a.fst a.snd)) { fst := i, snd := v })
      ((fun a => ↑(V a.fst) (v_family a.fst a.snd)) { fst := j, snd := w }) =
    0
[PROOFSTEP]
exact hV hij (v_family i v) (v_family j w)
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → G i
s₁ s₂ : Finset ι
⊢ ‖∑ i in s₁, ↑(V i) (f i) - ∑ i in s₂, ↑(V i) (f i)‖ ^ 2 = ∑ i in s₁ \ s₂, ‖f i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖f i‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
rw [← Finset.sum_sdiff_sub_sum_sdiff, sub_eq_add_neg, ← Finset.sum_neg_distrib]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → G i
s₁ s₂ : Finset ι
⊢ ‖∑ x in s₁ \ s₂, ↑(V x) (f x) + ∑ x in s₂ \ s₁, -↑(V x) (f x)‖ ^ 2 =
    ∑ i in s₁ \ s₂, ‖f i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖f i‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
let F : ∀ i, G i := fun i => if i ∈ s₁ then f i else -f i
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F✝ : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F✝
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → G i
s₁ s₂ : Finset ι
F : (i : ι) → G i := fun i => if i ∈ s₁ then f i else -f i
⊢ ‖∑ x in s₁ \ s₂, ↑(V x) (f x) + ∑ x in s₂ \ s₁, -↑(V x) (f x)‖ ^ 2 =
    ∑ i in s₁ \ s₂, ‖f i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖f i‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
have hF₁ : ∀ i ∈ s₁ \ s₂, F i = f i := fun i hi => if_pos (Finset.sdiff_subset _ _ hi)
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F✝ : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F✝
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → G i
s₁ s₂ : Finset ι
F : (i : ι) → G i := fun i => if i ∈ s₁ then f i else -f i
hF₁ : ∀ (i : ι), i ∈ s₁ \ s₂ → F i = f i
⊢ ‖∑ x in s₁ \ s₂, ↑(V x) (f x) + ∑ x in s₂ \ s₁, -↑(V x) (f x)‖ ^ 2 =
    ∑ i in s₁ \ s₂, ‖f i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖f i‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
have hF₂ : ∀ i ∈ s₂ \ s₁, F i = -f i := fun i hi => if_neg (Finset.mem_sdiff.mp hi).2
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F✝ : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F✝
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → G i
s₁ s₂ : Finset ι
F : (i : ι) → G i := fun i => if i ∈ s₁ then f i else -f i
hF₁ : ∀ (i : ι), i ∈ s₁ \ s₂ → F i = f i
hF₂ : ∀ (i : ι), i ∈ s₂ \ s₁ → F i = -f i
⊢ ‖∑ x in s₁ \ s₂, ↑(V x) (f x) + ∑ x in s₂ \ s₁, -↑(V x) (f x)‖ ^ 2 =
    ∑ i in s₁ \ s₂, ‖f i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖f i‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
have hF : ∀ i, ‖F i‖ = ‖f i‖ := by
  intro i
  dsimp only
  split_ifs <;> simp only [eq_self_iff_true, norm_neg]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F✝ : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F✝
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → G i
s₁ s₂ : Finset ι
F : (i : ι) → G i := fun i => if i ∈ s₁ then f i else -f i
hF₁ : ∀ (i : ι), i ∈ s₁ \ s₂ → F i = f i
hF₂ : ∀ (i : ι), i ∈ s₂ \ s₁ → F i = -f i
⊢ ∀ (i : ι), ‖F i‖ = ‖f i‖
[PROOFSTEP]
intro i
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F✝ : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F✝
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → G i
s₁ s₂ : Finset ι
F : (i : ι) → G i := fun i => if i ∈ s₁ then f i else -f i
hF₁ : ∀ (i : ι), i ∈ s₁ \ s₂ → F i = f i
hF₂ : ∀ (i : ι), i ∈ s₂ \ s₁ → F i = -f i
i : ι
⊢ ‖F i‖ = ‖f i‖
[PROOFSTEP]
dsimp only
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F✝ : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F✝
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → G i
s₁ s₂ : Finset ι
F : (i : ι) → G i := fun i => if i ∈ s₁ then f i else -f i
hF₁ : ∀ (i : ι), i ∈ s₁ \ s₂ → F i = f i
hF₂ : ∀ (i : ι), i ∈ s₂ \ s₁ → F i = -f i
i : ι
⊢ ‖if i ∈ s₁ then f i else -f i‖ = ‖f i‖
[PROOFSTEP]
split_ifs
[GOAL]
case pos
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F✝ : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F✝
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → G i
s₁ s₂ : Finset ι
F : (i : ι) → G i := fun i => if i ∈ s₁ then f i else -f i
hF₁ : ∀ (i : ι), i ∈ s₁ \ s₂ → F i = f i
hF₂ : ∀ (i : ι), i ∈ s₂ \ s₁ → F i = -f i
i : ι
h✝ : i ∈ s₁
⊢ ‖f i‖ = ‖f i‖
[PROOFSTEP]
simp only [eq_self_iff_true, norm_neg]
[GOAL]
case neg
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F✝ : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F✝
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → G i
s₁ s₂ : Finset ι
F : (i : ι) → G i := fun i => if i ∈ s₁ then f i else -f i
hF₁ : ∀ (i : ι), i ∈ s₁ \ s₂ → F i = f i
hF₂ : ∀ (i : ι), i ∈ s₂ \ s₁ → F i = -f i
i : ι
h✝ : ¬i ∈ s₁
⊢ ‖-f i‖ = ‖f i‖
[PROOFSTEP]
simp only [eq_self_iff_true, norm_neg]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F✝ : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F✝
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → G i
s₁ s₂ : Finset ι
F : (i : ι) → G i := fun i => if i ∈ s₁ then f i else -f i
hF₁ : ∀ (i : ι), i ∈ s₁ \ s₂ → F i = f i
hF₂ : ∀ (i : ι), i ∈ s₂ \ s₁ → F i = -f i
hF : ∀ (i : ι), ‖F i‖ = ‖f i‖
⊢ ‖∑ x in s₁ \ s₂, ↑(V x) (f x) + ∑ x in s₂ \ s₁, -↑(V x) (f x)‖ ^ 2 =
    ∑ i in s₁ \ s₂, ‖f i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖f i‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
have :
  ‖(∑ i in s₁ \ s₂, V i (F i)) + ∑ i in s₂ \ s₁, V i (F i)‖ ^ 2 =
    (∑ i in s₁ \ s₂, ‖F i‖ ^ 2) + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖F i‖ ^ 2 :=
  by
  have hs : Disjoint (s₁ \ s₂) (s₂ \ s₁) := disjoint_sdiff_sdiff
  simpa only [Finset.sum_union hs] using hV.norm_sum F (s₁ \ s₂ ∪ s₂ \ s₁)
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F✝ : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F✝
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → G i
s₁ s₂ : Finset ι
F : (i : ι) → G i := fun i => if i ∈ s₁ then f i else -f i
hF₁ : ∀ (i : ι), i ∈ s₁ \ s₂ → F i = f i
hF₂ : ∀ (i : ι), i ∈ s₂ \ s₁ → F i = -f i
hF : ∀ (i : ι), ‖F i‖ = ‖f i‖
⊢ ‖∑ i in s₁ \ s₂, ↑(V i) (F i) + ∑ i in s₂ \ s₁, ↑(V i) (F i)‖ ^ 2 =
    ∑ i in s₁ \ s₂, ‖F i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖F i‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
have hs : Disjoint (s₁ \ s₂) (s₂ \ s₁) := disjoint_sdiff_sdiff
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F✝ : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F✝
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → G i
s₁ s₂ : Finset ι
F : (i : ι) → G i := fun i => if i ∈ s₁ then f i else -f i
hF₁ : ∀ (i : ι), i ∈ s₁ \ s₂ → F i = f i
hF₂ : ∀ (i : ι), i ∈ s₂ \ s₁ → F i = -f i
hF : ∀ (i : ι), ‖F i‖ = ‖f i‖
hs : Disjoint (s₁ \ s₂) (s₂ \ s₁)
⊢ ‖∑ i in s₁ \ s₂, ↑(V i) (F i) + ∑ i in s₂ \ s₁, ↑(V i) (F i)‖ ^ 2 =
    ∑ i in s₁ \ s₂, ‖F i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖F i‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
simpa only [Finset.sum_union hs] using hV.norm_sum F (s₁ \ s₂ ∪ s₂ \ s₁)
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F✝ : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F✝
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → G i
s₁ s₂ : Finset ι
F : (i : ι) → G i := fun i => if i ∈ s₁ then f i else -f i
hF₁ : ∀ (i : ι), i ∈ s₁ \ s₂ → F i = f i
hF₂ : ∀ (i : ι), i ∈ s₂ \ s₁ → F i = -f i
hF : ∀ (i : ι), ‖F i‖ = ‖f i‖
this :
  ‖∑ i in s₁ \ s₂, ↑(V i) (F i) + ∑ i in s₂ \ s₁, ↑(V i) (F i)‖ ^ 2 =
    ∑ i in s₁ \ s₂, ‖F i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖F i‖ ^ 2
⊢ ‖∑ x in s₁ \ s₂, ↑(V x) (f x) + ∑ x in s₂ \ s₁, -↑(V x) (f x)‖ ^ 2 =
    ∑ i in s₁ \ s₂, ‖f i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖f i‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
convert this using 4
[GOAL]
case h.e'_2.h.e'_5.h.e'_3.h.e'_5
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F✝ : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F✝
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → G i
s₁ s₂ : Finset ι
F : (i : ι) → G i := fun i => if i ∈ s₁ then f i else -f i
hF₁ : ∀ (i : ι), i ∈ s₁ \ s₂ → F i = f i
hF₂ : ∀ (i : ι), i ∈ s₂ \ s₁ → F i = -f i
hF : ∀ (i : ι), ‖F i‖ = ‖f i‖
this :
  ‖∑ i in s₁ \ s₂, ↑(V i) (F i) + ∑ i in s₂ \ s₁, ↑(V i) (F i)‖ ^ 2 =
    ∑ i in s₁ \ s₂, ‖F i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖F i‖ ^ 2
⊢ ∑ x in s₁ \ s₂, ↑(V x) (f x) = ∑ i in s₁ \ s₂, ↑(V i) (F i)
[PROOFSTEP]
refine' Finset.sum_congr rfl fun i hi => _
[GOAL]
case h.e'_2.h.e'_5.h.e'_3.h.e'_5
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F✝ : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F✝
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → G i
s₁ s₂ : Finset ι
F : (i : ι) → G i := fun i => if i ∈ s₁ then f i else -f i
hF₁ : ∀ (i : ι), i ∈ s₁ \ s₂ → F i = f i
hF₂ : ∀ (i : ι), i ∈ s₂ \ s₁ → F i = -f i
hF : ∀ (i : ι), ‖F i‖ = ‖f i‖
this :
  ‖∑ i in s₁ \ s₂, ↑(V i) (F i) + ∑ i in s₂ \ s₁, ↑(V i) (F i)‖ ^ 2 =
    ∑ i in s₁ \ s₂, ‖F i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖F i‖ ^ 2
i : ι
hi : i ∈ s₁ \ s₂
⊢ ↑(V i) (f i) = ↑(V i) (F i)
[PROOFSTEP]
simp only [hF₁ i hi]
[GOAL]
case h.e'_2.h.e'_5.h.e'_3.h.e'_6
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F✝ : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F✝
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → G i
s₁ s₂ : Finset ι
F : (i : ι) → G i := fun i => if i ∈ s₁ then f i else -f i
hF₁ : ∀ (i : ι), i ∈ s₁ \ s₂ → F i = f i
hF₂ : ∀ (i : ι), i ∈ s₂ \ s₁ → F i = -f i
hF : ∀ (i : ι), ‖F i‖ = ‖f i‖
this :
  ‖∑ i in s₁ \ s₂, ↑(V i) (F i) + ∑ i in s₂ \ s₁, ↑(V i) (F i)‖ ^ 2 =
    ∑ i in s₁ \ s₂, ‖F i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖F i‖ ^ 2
⊢ ∑ x in s₂ \ s₁, -↑(V x) (f x) = ∑ i in s₂ \ s₁, ↑(V i) (F i)
[PROOFSTEP]
refine' Finset.sum_congr rfl fun i hi => _
[GOAL]
case h.e'_2.h.e'_5.h.e'_3.h.e'_6
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F✝ : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F✝
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → G i
s₁ s₂ : Finset ι
F : (i : ι) → G i := fun i => if i ∈ s₁ then f i else -f i
hF₁ : ∀ (i : ι), i ∈ s₁ \ s₂ → F i = f i
hF₂ : ∀ (i : ι), i ∈ s₂ \ s₁ → F i = -f i
hF : ∀ (i : ι), ‖F i‖ = ‖f i‖
this :
  ‖∑ i in s₁ \ s₂, ↑(V i) (F i) + ∑ i in s₂ \ s₁, ↑(V i) (F i)‖ ^ 2 =
    ∑ i in s₁ \ s₂, ‖F i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖F i‖ ^ 2
i : ι
hi : i ∈ s₂ \ s₁
⊢ -↑(V i) (f i) = ↑(V i) (F i)
[PROOFSTEP]
simp only [hF₂ i hi, LinearIsometry.map_neg]
[GOAL]
case h.e'_3.h.e'_5.a.h.e'_5
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F✝ : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F✝
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → G i
s₁ s₂ : Finset ι
F : (i : ι) → G i := fun i => if i ∈ s₁ then f i else -f i
hF₁ : ∀ (i : ι), i ∈ s₁ \ s₂ → F i = f i
hF₂ : ∀ (i : ι), i ∈ s₂ \ s₁ → F i = -f i
hF : ∀ (i : ι), ‖F i‖ = ‖f i‖
this :
  ‖∑ i in s₁ \ s₂, ↑(V i) (F i) + ∑ i in s₂ \ s₁, ↑(V i) (F i)‖ ^ 2 =
    ∑ i in s₁ \ s₂, ‖F i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖F i‖ ^ 2
x✝ : ι
a✝ : x✝ ∈ s₁ \ s₂
⊢ ‖f x✝‖ = ‖F x✝‖
[PROOFSTEP]
simp only [hF]
[GOAL]
case h.e'_3.h.e'_6.a.h.e'_5
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F✝ : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F✝
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F✝
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
f : (i : ι) → G i
s₁ s₂ : Finset ι
F : (i : ι) → G i := fun i => if i ∈ s₁ then f i else -f i
hF₁ : ∀ (i : ι), i ∈ s₁ \ s₂ → F i = f i
hF₂ : ∀ (i : ι), i ∈ s₂ \ s₁ → F i = -f i
hF : ∀ (i : ι), ‖F i‖ = ‖f i‖
this :
  ‖∑ i in s₁ \ s₂, ↑(V i) (F i) + ∑ i in s₂ \ s₁, ↑(V i) (F i)‖ ^ 2 =
    ∑ i in s₁ \ s₂, ‖F i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖F i‖ ^ 2
x✝ : ι
a✝ : x✝ ∈ s₂ \ s₁
⊢ ‖f x✝‖ = ‖F x✝‖
[PROOFSTEP]
simp only [hF]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
⊢ (Summable fun i => ↑(V i) (f i)) ↔ Summable fun i => ‖f i‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
classical
clear dec_ι
simp only [summable_iff_cauchySeq_finset, NormedAddCommGroup.cauchySeq_iff, Real.norm_eq_abs]
constructor
· intro hf ε hε
  obtain ⟨a, H⟩ := hf _ (sqrt_pos.mpr hε)
  use a
  intro s₁ hs₁ s₂ hs₂
  rw [← Finset.sum_sdiff_sub_sum_sdiff]
  refine' (abs_sub _ _).trans_lt _
  have : ∀ i, 0 ≤ ‖f i‖ ^ 2 := fun i : ι => sq_nonneg _
  simp only [Finset.abs_sum_of_nonneg' this]
  have : ((∑ i in s₁ \ s₂, ‖f i‖ ^ 2) + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖f i‖ ^ 2) < sqrt ε ^ 2 :=
    by
    rw [← hV.norm_sq_diff_sum, sq_lt_sq, abs_of_nonneg (sqrt_nonneg _), abs_of_nonneg (norm_nonneg _)]
    exact H s₁ hs₁ s₂ hs₂
  have hη := sq_sqrt (le_of_lt hε)
  linarith
· intro hf ε hε
  have hε' : 0 < ε ^ 2 / 2 := half_pos (sq_pos_of_pos hε)
  obtain ⟨a, H⟩ := hf _ hε'
  use a
  intro s₁ hs₁ s₂ hs₂
  refine' (abs_lt_of_sq_lt_sq' _ (le_of_lt hε)).2
  have has : a ≤ s₁ ⊓ s₂ := le_inf hs₁ hs₂
  rw [hV.norm_sq_diff_sum]
  have Hs₁ : ∑ x : ι in s₁ \ s₂, ‖f x‖ ^ 2 < ε ^ 2 / 2 :=
    by
    convert H _ hs₁ _ has
    have : s₁ ⊓ s₂ ⊆ s₁ := Finset.inter_subset_left _ _
    rw [← Finset.sum_sdiff this, add_tsub_cancel_right, Finset.abs_sum_of_nonneg']
    · simp
    · exact fun i => sq_nonneg _
  have Hs₂ : ∑ x : ι in s₂ \ s₁, ‖f x‖ ^ 2 < ε ^ 2 / 2 :=
    by
    convert H _ hs₂ _ has
    have : s₁ ⊓ s₂ ⊆ s₂ := Finset.inter_subset_right _ _
    rw [← Finset.sum_sdiff this, add_tsub_cancel_right, Finset.abs_sum_of_nonneg']
    · simp
    · exact fun i => sq_nonneg _
  linarith
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
⊢ (Summable fun i => ↑(V i) (f i)) ↔ Summable fun i => ‖f i‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
clear dec_ι
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
⊢ (Summable fun i => ↑(V i) (f i)) ↔ Summable fun i => ‖f i‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
simp only [summable_iff_cauchySeq_finset, NormedAddCommGroup.cauchySeq_iff, Real.norm_eq_abs]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
⊢ (∀ (ε : ℝ),
      ε > 0 →
        ∃ N,
          ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < ε) ↔
    ∀ (ε : ℝ),
      ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
[PROOFSTEP]
constructor
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
⊢ (∀ (ε : ℝ),
      ε > 0 →
        ∃ N,
          ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < ε) →
    ∀ (ε : ℝ),
      ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
[PROOFSTEP]
intro hf ε hε
[GOAL]
case mp
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 →
      ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
⊢ ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
[PROOFSTEP]
obtain ⟨a, H⟩ := hf _ (sqrt_pos.mpr hε)
[GOAL]
case mp.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 →
      ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < sqrt ε
⊢ ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
[PROOFSTEP]
use a
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 →
      ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < sqrt ε
⊢ ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
[PROOFSTEP]
intro s₁ hs₁ s₂ hs₂
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 →
      ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < sqrt ε
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
⊢ |∑ i in s₁, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in s₂, ‖f i‖ ^ 2| < ε
[PROOFSTEP]
rw [← Finset.sum_sdiff_sub_sum_sdiff]
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 →
      ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < sqrt ε
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
⊢ |∑ x in s₁ \ s₂, ‖f x‖ ^ 2 - ∑ x in s₂ \ s₁, ‖f x‖ ^ 2| < ε
[PROOFSTEP]
refine' (abs_sub _ _).trans_lt _
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 →
      ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < sqrt ε
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
⊢ |∑ x in s₁ \ s₂, ‖f x‖ ^ 2| + |∑ x in s₂ \ s₁, ‖f x‖ ^ 2| < ε
[PROOFSTEP]
have : ∀ i, 0 ≤ ‖f i‖ ^ 2 := fun i : ι => sq_nonneg _
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 →
      ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < sqrt ε
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
this : ∀ (i : ι), 0 ≤ ‖f i‖ ^ 2
⊢ |∑ x in s₁ \ s₂, ‖f x‖ ^ 2| + |∑ x in s₂ \ s₁, ‖f x‖ ^ 2| < ε
[PROOFSTEP]
simp only [Finset.abs_sum_of_nonneg' this]
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 →
      ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < sqrt ε
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
this : ∀ (i : ι), 0 ≤ ‖f i‖ ^ 2
⊢ ∑ x in s₁ \ s₂, ‖f x‖ ^ 2 + ∑ x in s₂ \ s₁, ‖f x‖ ^ 2 < ε
[PROOFSTEP]
have : ((∑ i in s₁ \ s₂, ‖f i‖ ^ 2) + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖f i‖ ^ 2) < sqrt ε ^ 2 :=
  by
  rw [← hV.norm_sq_diff_sum, sq_lt_sq, abs_of_nonneg (sqrt_nonneg _), abs_of_nonneg (norm_nonneg _)]
  exact H s₁ hs₁ s₂ hs₂
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 →
      ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < sqrt ε
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
this : ∀ (i : ι), 0 ≤ ‖f i‖ ^ 2
⊢ ∑ i in s₁ \ s₂, ‖f i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖f i‖ ^ 2 < sqrt ε ^ 2
[PROOFSTEP]
rw [← hV.norm_sq_diff_sum, sq_lt_sq, abs_of_nonneg (sqrt_nonneg _), abs_of_nonneg (norm_nonneg _)]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 →
      ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < sqrt ε
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
this : ∀ (i : ι), 0 ≤ ‖f i‖ ^ 2
⊢ ‖∑ i in s₁, ↑(V i) (f i) - ∑ i in s₂, ↑(V i) (f i)‖ < sqrt ε
[PROOFSTEP]
exact H s₁ hs₁ s₂ hs₂
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 →
      ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < sqrt ε
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
this✝ : ∀ (i : ι), 0 ≤ ‖f i‖ ^ 2
this : ∑ i in s₁ \ s₂, ‖f i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖f i‖ ^ 2 < sqrt ε ^ 2
⊢ ∑ x in s₁ \ s₂, ‖f x‖ ^ 2 + ∑ x in s₂ \ s₁, ‖f x‖ ^ 2 < ε
[PROOFSTEP]
have hη := sq_sqrt (le_of_lt hε)
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 →
      ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < sqrt ε
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
this✝ : ∀ (i : ι), 0 ≤ ‖f i‖ ^ 2
this : ∑ i in s₁ \ s₂, ‖f i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖f i‖ ^ 2 < sqrt ε ^ 2
hη : sqrt ε ^ 2 = ε
⊢ ∑ x in s₁ \ s₂, ‖f x‖ ^ 2 + ∑ x in s₂ \ s₁, ‖f x‖ ^ 2 < ε
[PROOFSTEP]
linarith
[GOAL]
case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
⊢ (∀ (ε : ℝ),
      ε > 0 →
        ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε) →
    ∀ (ε : ℝ),
      ε > 0 →
        ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < ε
[PROOFSTEP]
intro hf ε hε
[GOAL]
case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
⊢ ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < ε
[PROOFSTEP]
have hε' : 0 < ε ^ 2 / 2 := half_pos (sq_pos_of_pos hε)
[GOAL]
case mpr
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
hε' : 0 < ε ^ 2 / 2
⊢ ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < ε
[PROOFSTEP]
obtain ⟨a, H⟩ := hf _ hε'
[GOAL]
case mpr.intro
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
hε' : 0 < ε ^ 2 / 2
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε ^ 2 / 2
⊢ ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < ε
[PROOFSTEP]
use a
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
hε' : 0 < ε ^ 2 / 2
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε ^ 2 / 2
⊢ ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → ‖∑ b in m, ↑(V b) (f b) - ∑ b in n, ↑(V b) (f b)‖ < ε
[PROOFSTEP]
intro s₁ hs₁ s₂ hs₂
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
hε' : 0 < ε ^ 2 / 2
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε ^ 2 / 2
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
⊢ ‖∑ b in s₁, ↑(V b) (f b) - ∑ b in s₂, ↑(V b) (f b)‖ < ε
[PROOFSTEP]
refine' (abs_lt_of_sq_lt_sq' _ (le_of_lt hε)).2
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
hε' : 0 < ε ^ 2 / 2
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε ^ 2 / 2
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
⊢ ‖∑ b in s₁, ↑(V b) (f b) - ∑ b in s₂, ↑(V b) (f b)‖ ^ 2 < ε ^ 2
[PROOFSTEP]
have has : a ≤ s₁ ⊓ s₂ := le_inf hs₁ hs₂
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
hε' : 0 < ε ^ 2 / 2
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε ^ 2 / 2
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
has : a ≤ s₁ ⊓ s₂
⊢ ‖∑ b in s₁, ↑(V b) (f b) - ∑ b in s₂, ↑(V b) (f b)‖ ^ 2 < ε ^ 2
[PROOFSTEP]
rw [hV.norm_sq_diff_sum]
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
hε' : 0 < ε ^ 2 / 2
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε ^ 2 / 2
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
has : a ≤ s₁ ⊓ s₂
⊢ ∑ i in s₁ \ s₂, ‖f i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖f i‖ ^ 2 < ε ^ 2
[PROOFSTEP]
have Hs₁ : ∑ x : ι in s₁ \ s₂, ‖f x‖ ^ 2 < ε ^ 2 / 2 :=
  by
  convert H _ hs₁ _ has
  have : s₁ ⊓ s₂ ⊆ s₁ := Finset.inter_subset_left _ _
  rw [← Finset.sum_sdiff this, add_tsub_cancel_right, Finset.abs_sum_of_nonneg']
  · simp
  · exact fun i => sq_nonneg _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
hε' : 0 < ε ^ 2 / 2
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε ^ 2 / 2
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
has : a ≤ s₁ ⊓ s₂
⊢ ∑ x in s₁ \ s₂, ‖f x‖ ^ 2 < ε ^ 2 / 2
[PROOFSTEP]
convert H _ hs₁ _ has
[GOAL]
case h.e'_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
hε' : 0 < ε ^ 2 / 2
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε ^ 2 / 2
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
has : a ≤ s₁ ⊓ s₂
⊢ ∑ x in s₁ \ s₂, ‖f x‖ ^ 2 = |∑ i in s₁, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in s₁ ⊓ s₂, ‖f i‖ ^ 2|
[PROOFSTEP]
have : s₁ ⊓ s₂ ⊆ s₁ := Finset.inter_subset_left _ _
[GOAL]
case h.e'_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
hε' : 0 < ε ^ 2 / 2
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε ^ 2 / 2
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
has : a ≤ s₁ ⊓ s₂
this : s₁ ⊓ s₂ ⊆ s₁
⊢ ∑ x in s₁ \ s₂, ‖f x‖ ^ 2 = |∑ i in s₁, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in s₁ ⊓ s₂, ‖f i‖ ^ 2|
[PROOFSTEP]
rw [← Finset.sum_sdiff this, add_tsub_cancel_right, Finset.abs_sum_of_nonneg']
[GOAL]
case h.e'_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
hε' : 0 < ε ^ 2 / 2
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε ^ 2 / 2
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
has : a ≤ s₁ ⊓ s₂
this : s₁ ⊓ s₂ ⊆ s₁
⊢ ∑ x in s₁ \ s₂, ‖f x‖ ^ 2 = ∑ i in s₁ \ (s₁ ⊓ s₂), ‖f i‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
simp
[GOAL]
case h.e'_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
hε' : 0 < ε ^ 2 / 2
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε ^ 2 / 2
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
has : a ≤ s₁ ⊓ s₂
this : s₁ ⊓ s₂ ⊆ s₁
⊢ ∀ (i : ι), 0 ≤ ‖f i‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
exact fun i => sq_nonneg _
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
hε' : 0 < ε ^ 2 / 2
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε ^ 2 / 2
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
has : a ≤ s₁ ⊓ s₂
Hs₁ : ∑ x in s₁ \ s₂, ‖f x‖ ^ 2 < ε ^ 2 / 2
⊢ ∑ i in s₁ \ s₂, ‖f i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖f i‖ ^ 2 < ε ^ 2
[PROOFSTEP]
have Hs₂ : ∑ x : ι in s₂ \ s₁, ‖f x‖ ^ 2 < ε ^ 2 / 2 :=
  by
  convert H _ hs₂ _ has
  have : s₁ ⊓ s₂ ⊆ s₂ := Finset.inter_subset_right _ _
  rw [← Finset.sum_sdiff this, add_tsub_cancel_right, Finset.abs_sum_of_nonneg']
  · simp
  · exact fun i => sq_nonneg _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
hε' : 0 < ε ^ 2 / 2
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε ^ 2 / 2
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
has : a ≤ s₁ ⊓ s₂
Hs₁ : ∑ x in s₁ \ s₂, ‖f x‖ ^ 2 < ε ^ 2 / 2
⊢ ∑ x in s₂ \ s₁, ‖f x‖ ^ 2 < ε ^ 2 / 2
[PROOFSTEP]
convert H _ hs₂ _ has
[GOAL]
case h.e'_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
hε' : 0 < ε ^ 2 / 2
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε ^ 2 / 2
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
has : a ≤ s₁ ⊓ s₂
Hs₁ : ∑ x in s₁ \ s₂, ‖f x‖ ^ 2 < ε ^ 2 / 2
⊢ ∑ x in s₂ \ s₁, ‖f x‖ ^ 2 = |∑ i in s₂, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in s₁ ⊓ s₂, ‖f i‖ ^ 2|
[PROOFSTEP]
have : s₁ ⊓ s₂ ⊆ s₂ := Finset.inter_subset_right _ _
[GOAL]
case h.e'_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
hε' : 0 < ε ^ 2 / 2
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε ^ 2 / 2
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
has : a ≤ s₁ ⊓ s₂
Hs₁ : ∑ x in s₁ \ s₂, ‖f x‖ ^ 2 < ε ^ 2 / 2
this : s₁ ⊓ s₂ ⊆ s₂
⊢ ∑ x in s₂ \ s₁, ‖f x‖ ^ 2 = |∑ i in s₂, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in s₁ ⊓ s₂, ‖f i‖ ^ 2|
[PROOFSTEP]
rw [← Finset.sum_sdiff this, add_tsub_cancel_right, Finset.abs_sum_of_nonneg']
[GOAL]
case h.e'_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
hε' : 0 < ε ^ 2 / 2
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε ^ 2 / 2
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
has : a ≤ s₁ ⊓ s₂
Hs₁ : ∑ x in s₁ \ s₂, ‖f x‖ ^ 2 < ε ^ 2 / 2
this : s₁ ⊓ s₂ ⊆ s₂
⊢ ∑ x in s₂ \ s₁, ‖f x‖ ^ 2 = ∑ i in s₂ \ (s₁ ⊓ s₂), ‖f i‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
simp
[GOAL]
case h.e'_3
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
hε' : 0 < ε ^ 2 / 2
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε ^ 2 / 2
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
has : a ≤ s₁ ⊓ s₂
Hs₁ : ∑ x in s₁ \ s₂, ‖f x‖ ^ 2 < ε ^ 2 / 2
this : s₁ ⊓ s₂ ⊆ s₂
⊢ ∀ (i : ι), 0 ≤ ‖f i‖ ^ 2
[PROOFSTEP]
exact fun i => sq_nonneg _
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁷ : IsROrC 𝕜
inst✝⁶ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁵ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝⁴ : NormedAddCommGroup F
inst✝³ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
G : ι → Type u_5
inst✝² : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝¹ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 G V
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
inst✝ : CompleteSpace E
f : (i : ι) → G i
hf :
  ∀ (ε : ℝ),
    ε > 0 → ∃ N, ∀ (m : Finset ι), N ≤ m → ∀ (n : Finset ι), N ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε
ε : ℝ
hε : ε > 0
hε' : 0 < ε ^ 2 / 2
a : Finset ι
H : ∀ (m : Finset ι), a ≤ m → ∀ (n : Finset ι), a ≤ n → |∑ i in m, ‖f i‖ ^ 2 - ∑ i in n, ‖f i‖ ^ 2| < ε ^ 2 / 2
s₁ : Finset ι
hs₁ : a ≤ s₁
s₂ : Finset ι
hs₂ : a ≤ s₂
has : a ≤ s₁ ⊓ s₂
Hs₁ : ∑ x in s₁ \ s₂, ‖f x‖ ^ 2 < ε ^ 2 / 2
Hs₂ : ∑ x in s₂ \ s₁, ‖f x‖ ^ 2 < ε ^ 2 / 2
⊢ ∑ i in s₁ \ s₂, ‖f i‖ ^ 2 + ∑ i in s₂ \ s₁, ‖f i‖ ^ 2 < ε ^ 2
[PROOFSTEP]
linarith
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V✝ : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV✝ : OrthogonalFamily 𝕜 G V✝
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
V : ι → Submodule 𝕜 E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 (fun i => { x // x ∈ V i }) fun i => Submodule.subtypeₗᵢ (V i)
⊢ CompleteLattice.Independent V
[PROOFSTEP]
classical!
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V✝ : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV✝ : OrthogonalFamily 𝕜 G V✝
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
V : ι → Submodule 𝕜 E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 (fun i => { x // x ∈ V i }) fun i => Submodule.subtypeₗᵢ (V i)
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
⊢ CompleteLattice.Independent V
[PROOFSTEP]
apply CompleteLattice.independent_of_dfinsupp_lsum_injective
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V✝ : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV✝ : OrthogonalFamily 𝕜 G V✝
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
V : ι → Submodule 𝕜 E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 (fun i => { x // x ∈ V i }) fun i => Submodule.subtypeₗᵢ (V i)
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
⊢ Function.Injective ↑(↑(DFinsupp.lsum ℕ) fun i => Submodule.subtype (V i))
[PROOFSTEP]
refine LinearMap.ker_eq_bot.mp ?_
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V✝ : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV✝ : OrthogonalFamily 𝕜 G V✝
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
V : ι → Submodule 𝕜 E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 (fun i => { x // x ∈ V i }) fun i => Submodule.subtypeₗᵢ (V i)
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
⊢ LinearMap.ker (↑(DFinsupp.lsum ℕ) fun i => Submodule.subtype (V i)) = ⊥
[PROOFSTEP]
rw [Submodule.eq_bot_iff]
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V✝ : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV✝ : OrthogonalFamily 𝕜 G V✝
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
V : ι → Submodule 𝕜 E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 (fun i => { x // x ∈ V i }) fun i => Submodule.subtypeₗᵢ (V i)
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
⊢ ∀ (x : Π₀ (i : ι), { x // x ∈ V i }), x ∈ LinearMap.ker (↑(DFinsupp.lsum ℕ) fun i => Submodule.subtype (V i)) → x = 0
[PROOFSTEP]
intro v hv
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V✝ : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV✝ : OrthogonalFamily 𝕜 G V✝
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
V : ι → Submodule 𝕜 E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 (fun i => { x // x ∈ V i }) fun i => Submodule.subtypeₗᵢ (V i)
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
v : Π₀ (i : ι), { x // x ∈ V i }
hv : v ∈ LinearMap.ker (↑(DFinsupp.lsum ℕ) fun i => Submodule.subtype (V i))
⊢ v = 0
[PROOFSTEP]
rw [LinearMap.mem_ker] at hv 
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V✝ : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV✝ : OrthogonalFamily 𝕜 G V✝
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
V : ι → Submodule 𝕜 E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 (fun i => { x // x ∈ V i }) fun i => Submodule.subtypeₗᵢ (V i)
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
v : Π₀ (i : ι), { x // x ∈ V i }
hv : ↑(↑(DFinsupp.lsum ℕ) fun i => Submodule.subtype (V i)) v = 0
⊢ v = 0
[PROOFSTEP]
ext i
[GOAL]
case h.h.a
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V✝ : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV✝ : OrthogonalFamily 𝕜 G V✝
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
V : ι → Submodule 𝕜 E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 (fun i => { x // x ∈ V i }) fun i => Submodule.subtypeₗᵢ (V i)
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
v : Π₀ (i : ι), { x // x ∈ V i }
hv : ↑(↑(DFinsupp.lsum ℕ) fun i => Submodule.subtype (V i)) v = 0
i : ι
⊢ ↑(↑v i) = ↑(↑0 i)
[PROOFSTEP]
suffices ⟪(v i : E), v i⟫ = 0 by simpa only [inner_self_eq_zero] using this
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V✝ : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV✝ : OrthogonalFamily 𝕜 G V✝
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
V : ι → Submodule 𝕜 E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 (fun i => { x // x ∈ V i }) fun i => Submodule.subtypeₗᵢ (V i)
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
v : Π₀ (i : ι), { x // x ∈ V i }
hv : ↑(↑(DFinsupp.lsum ℕ) fun i => Submodule.subtype (V i)) v = 0
i : ι
this : inner ↑(↑v i) ↑(↑v i) = 0
⊢ ↑(↑v i) = ↑(↑0 i)
[PROOFSTEP]
simpa only [inner_self_eq_zero] using this
[GOAL]
case h.h.a
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V✝ : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV✝ : OrthogonalFamily 𝕜 G V✝
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
V : ι → Submodule 𝕜 E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 (fun i => { x // x ∈ V i }) fun i => Submodule.subtypeₗᵢ (V i)
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
v : Π₀ (i : ι), { x // x ∈ V i }
hv : ↑(↑(DFinsupp.lsum ℕ) fun i => Submodule.subtype (V i)) v = 0
i : ι
⊢ inner ↑(↑v i) ↑(↑v i) = 0
[PROOFSTEP]
calc
  ⟪(v i : E), v i⟫ = ⟪(v i : E), DFinsupp.lsum ℕ (fun i => (V i).subtype) v⟫ := by
    simpa only [DFinsupp.sumAddHom_apply, DFinsupp.lsum_apply_apply] using (hV.inner_right_dfinsupp v i (v i)).symm
  _ = 0 := by simp only [hv, inner_zero_right]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V✝ : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV✝ : OrthogonalFamily 𝕜 G V✝
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
V : ι → Submodule 𝕜 E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 (fun i => { x // x ∈ V i }) fun i => Submodule.subtypeₗᵢ (V i)
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
v : Π₀ (i : ι), { x // x ∈ V i }
hv : ↑(↑(DFinsupp.lsum ℕ) fun i => Submodule.subtype (V i)) v = 0
i : ι
⊢ inner ↑(↑v i) ↑(↑v i) = inner (↑(↑v i)) (↑(↑(DFinsupp.lsum ℕ) fun i => Submodule.subtype (V i)) v)
[PROOFSTEP]
simpa only [DFinsupp.sumAddHom_apply, DFinsupp.lsum_apply_apply] using (hV.inner_right_dfinsupp v i (v i)).symm
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V✝ : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV✝ : OrthogonalFamily 𝕜 G V✝
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
V : ι → Submodule 𝕜 E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 (fun i => { x // x ∈ V i }) fun i => Submodule.subtypeₗᵢ (V i)
em✝ : (a : Prop) → Decidable a
v : Π₀ (i : ι), { x // x ∈ V i }
hv : ↑(↑(DFinsupp.lsum ℕ) fun i => Submodule.subtype (V i)) v = 0
i : ι
⊢ inner (↑(↑v i)) (↑(↑(DFinsupp.lsum ℕ) fun i => Submodule.subtype (V i)) v) = 0
[PROOFSTEP]
simp only [hv, inner_zero_right]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
ι : Type u_4
dec_ι : DecidableEq ι
G : ι → Type u_5
inst✝¹ : (i : ι) → NormedAddCommGroup (G i)
inst✝ : (i : ι) → InnerProductSpace 𝕜 (G i)
V✝ : (i : ι) → G i →ₗᵢ[𝕜] E
hV✝ : OrthogonalFamily 𝕜 G V✝
dec_V : (i : ι) → (x : G i) → Decidable (x ≠ 0)
V : ι → Submodule 𝕜 E
hV : OrthogonalFamily 𝕜 (fun i => { x // x ∈ V i }) fun i => Submodule.subtypeₗᵢ (V i)
hV_sum : IsInternal fun i => V i
α : ι → Type u_6
v_family : (i : ι) → Basis (α i) 𝕜 { x // x ∈ V i }
hv_family : ∀ (i : ι), Orthonormal 𝕜 ↑(v_family i)
⊢ Orthonormal 𝕜 ↑(collectedBasis hV_sum v_family)
[PROOFSTEP]
simpa only [hV_sum.collectedBasis_coe] using hV.orthonormal_sigma_orthonormal hv_family
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
G : Type u_4
src✝¹ : Inner ℝ E := Inner.isROrCToReal 𝕜 E
src✝ : NormedSpace ℝ E := NormedSpace.restrictScalars ℝ 𝕜 E
x y z : E
⊢ inner (x + y) z = inner x z + inner y z
[PROOFSTEP]
change re ⟪x + y, z⟫ = re ⟪x, z⟫ + re ⟪y, z⟫
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
G : Type u_4
src✝¹ : Inner ℝ E := Inner.isROrCToReal 𝕜 E
src✝ : NormedSpace ℝ E := NormedSpace.restrictScalars ℝ 𝕜 E
x y z : E
⊢ ↑re (inner (x + y) z) = ↑re (inner x z) + ↑re (inner y z)
[PROOFSTEP]
simp only [inner_add_left, map_add]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
G : Type u_4
src✝¹ : Inner ℝ E := Inner.isROrCToReal 𝕜 E
src✝ : NormedSpace ℝ E := NormedSpace.restrictScalars ℝ 𝕜 E
x y : E
r : ℝ
⊢ inner (r • x) y = ↑(starRingEnd ℝ) r * inner x y
[PROOFSTEP]
change re ⟪(r : 𝕜) • x, y⟫ = r * re ⟪x, y⟫
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
G : Type u_4
src✝¹ : Inner ℝ E := Inner.isROrCToReal 𝕜 E
src✝ : NormedSpace ℝ E := NormedSpace.restrictScalars ℝ 𝕜 E
x y : E
r : ℝ
⊢ ↑re (inner (↑r • x) y) = r * ↑re (inner x y)
[PROOFSTEP]
simp only [inner_smul_left, conj_ofReal, ofReal_mul_re]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
G : Type u_4
x : E
⊢ inner x (I • x) = 0
[PROOFSTEP]
simp [real_inner_eq_re_inner 𝕜, inner_smul_right]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁶ : IsROrC 𝕜
inst✝⁵ : NormedAddCommGroup E
inst✝⁴ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝³ : NormedAddCommGroup F
inst✝² : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
G : Type u_4
inst✝¹ : NormedAddCommGroup G
inst✝ : InnerProductSpace ℝ G
f : G ≃ₗᵢ[ℝ] ℂ
x y : G
⊢ inner x y = (↑(starRingEnd ℂ) (↑f x) * ↑f y).re
[PROOFSTEP]
rw [← Complex.inner, f.inner_map_map]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
T : E →L[𝕜] E
x : E
c : 𝕜
⊢ reApplyInnerSelf T (c • x) = ‖c‖ ^ 2 * reApplyInnerSelf T x
[PROOFSTEP]
simp only [ContinuousLinearMap.map_smul, ContinuousLinearMap.reApplyInnerSelf_apply, inner_smul_left, inner_smul_right,
  ← mul_assoc, mul_conj, normSq_eq_def', ← smul_re, Algebra.smul_def (‖c‖ ^ 2) ⟪T x, x⟫, algebraMap_eq_ofReal]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
⊢ Continuous (uncurry inner)
[PROOFSTEP]
let inner' : E →+ E →+ 𝕜 :=
  { toFun := fun x => (innerₛₗ 𝕜 x).toAddMonoidHom
    map_zero' := by ext x; exact inner_zero_left _
    map_add' := fun x y => by ext z; exact inner_add_left _ _ _ }
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
⊢ (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0
[PROOFSTEP]
ext x
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : E
⊢ ↑((fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0) x = ↑0 x
[PROOFSTEP]
exact inner_zero_left _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : E
⊢ ZeroHom.toFun
      { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
        map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) }
      (x + y) =
    ZeroHom.toFun
        { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
          map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) }
        x +
      ZeroHom.toFun
        { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
          map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) }
        y
[PROOFSTEP]
ext z
[GOAL]
case h
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y z : E
⊢ ↑(ZeroHom.toFun
          { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
            map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) }
          (x + y))
      z =
    ↑(ZeroHom.toFun
            { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
              map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) }
            x +
          ZeroHom.toFun
            { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
              map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) }
            y)
      z
[PROOFSTEP]
exact inner_add_left _ _ _
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
inner' : E →+ E →+ 𝕜 :=
  {
    toZeroHom :=
      { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
        map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) },
    map_add' :=
      (_ :
        ∀ (x y : E),
          ZeroHom.toFun
              { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
                map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) }
              (x + y) =
            ZeroHom.toFun
                { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
                  map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) }
                x +
              ZeroHom.toFun
                { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
                  map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) }
                y) }
⊢ Continuous (uncurry inner)
[PROOFSTEP]
have : Continuous fun p : E × E => inner' p.1 p.2 := continuous_inner
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
inner' : E →+ E →+ 𝕜 :=
  {
    toZeroHom :=
      { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
        map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) },
    map_add' :=
      (_ :
        ∀ (x y : E),
          ZeroHom.toFun
              { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
                map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) }
              (x + y) =
            ZeroHom.toFun
                { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
                  map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) }
                x +
              ZeroHom.toFun
                { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
                  map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) }
                y) }
this : Continuous fun p => ↑(↑inner' p.fst) p.snd
⊢ Continuous (uncurry inner)
[PROOFSTEP]
rw [Completion.toInner, inner, uncurry_curry _]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
inner' : E →+ E →+ 𝕜 :=
  {
    toZeroHom :=
      { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
        map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) },
    map_add' :=
      (_ :
        ∀ (x y : E),
          ZeroHom.toFun
              { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
                map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) }
              (x + y) =
            ZeroHom.toFun
                { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
                  map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) }
                x +
              ZeroHom.toFun
                { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
                  map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) }
                y) }
this : Continuous fun p => ↑(↑inner' p.fst) p.snd
⊢ Continuous (DenseInducing.extend (_ : DenseInducing fun p => (↑E p.fst, ↑E p.snd)) (uncurry inner))
[PROOFSTEP]
change Continuous (((denseInducing_toCompl E).prod (denseInducing_toCompl E)).extend fun p : E × E => inner' p.1 p.2)
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
inner' : E →+ E →+ 𝕜 :=
  {
    toZeroHom :=
      { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
        map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) },
    map_add' :=
      (_ :
        ∀ (x y : E),
          ZeroHom.toFun
              { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
                map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) }
              (x + y) =
            ZeroHom.toFun
                { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
                  map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) }
                x +
              ZeroHom.toFun
                { toFun := fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x),
                  map_zero' := (_ : (fun x => LinearMap.toAddMonoidHom (↑(innerₛₗ 𝕜) x)) 0 = 0) }
                y) }
this : Continuous fun p => ↑(↑inner' p.fst) p.snd
⊢ Continuous
    (DenseInducing.extend (_ : DenseInducing fun p => (↑toCompl p.fst, ↑toCompl p.snd)) fun p => ↑(↑inner' p.fst) p.snd)
[PROOFSTEP]
exact (denseInducing_toCompl E).extend_Z_bilin (denseInducing_toCompl E) this
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x : Completion E
a : E
⊢ ‖↑E a‖ ^ 2 = ↑re (inner (↑E a) (↑E a))
[PROOFSTEP]
simp only [norm_coe, inner_coe, inner_self_eq_norm_sq]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : Completion E
a b : E
⊢ ↑(starRingEnd 𝕜) (inner (↑E b) (↑E a)) = inner (↑E a) (↑E b)
[PROOFSTEP]
simp only [inner_coe, inner_conj_symm]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y z : Completion E
a b c : E
⊢ inner (↑E a + ↑E b) (↑E c) = inner (↑E a) (↑E c) + inner (↑E b) (↑E c)
[PROOFSTEP]
simp only [← coe_add, inner_coe, inner_add_left]
[GOAL]
𝕜 : Type u_1
E : Type u_2
F : Type u_3
inst✝⁴ : IsROrC 𝕜
inst✝³ : NormedAddCommGroup E
inst✝² : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝¹ : NormedAddCommGroup F
inst✝ : InnerProductSpace ℝ F
dec_E : DecidableEq E
x y : Completion E
c : 𝕜
a b : E
⊢ inner (c • ↑E a) (↑E b) = ↑(starRingEnd 𝕜) c * inner (↑E a) (↑E b)
[PROOFSTEP]
simp only [← coe_smul c a, inner_coe, inner_smul_left]
