import OAI.Probability.FreeIsing.Spectral.SpectralTransfer namespace OAI noncomputable section namespace Problem367 namespace SpectralClosure variable {๐•œ : Type*} [RCLike ๐•œ] variable {E F : Type*} [NormedAddCommGroup E] [NormedSpace ๐•œ E] [NormedAddCommGroup F] [InnerProductSpace ๐•œ F] [CompleteSpace F] lemma norm_apply_le_on_closure_range (T : E โ†’L[๐•œ] E) (S : F โ†’L[๐•œ] F) (D : E โ†’L[๐•œ] F) (hS : IsSelfAdjoint S) (hDS : โˆ€ x, S (D x) = D (T x)) {ฯ : โ„} (hฯ : 0 โ‰ค ฯ) (hT : โ€–Tโ€– โ‰ค ฯ) {y : F} (hy : y โˆˆ closure (Set.range D)) : โ€–S yโ€– โ‰ค ฯ * โ€–yโ€– := selfAdjoint_norm_apply_le_on_closure_range_of_intertwiner S hS T D hDS hฯ hT hy def rangeClosure (D : E โ†’L[๐•œ] F) : Submodule ๐•œ F := (LinearMap.range (D : E โ†’โ‚—[๐•œ] F)).topologicalClosure instance rangeClosure_completeSpace (D : E โ†’L[๐•œ] F) : CompleteSpace (rangeClosure D) := (Submodule.isClosed_topologicalClosure (LinearMap.range (D : E โ†’โ‚—[๐•œ] F))).isComplete.completeSpace_coe omit [CompleteSpace F] in @[simp] lemma mem_rangeClosure (D : E โ†’L[๐•œ] F) (y : F) : y โˆˆ rangeClosure D โ†” y โˆˆ closure (Set.range D) := Iff.rfl omit [CompleteSpace F] in lemma mapsTo_rangeClosure (T : E โ†’L[๐•œ] E) (S : F โ†’L[๐•œ] F) (D : E โ†’L[๐•œ] F) (hDS : โˆ€ x, S (D x) = D (T x)) : โˆ€ y โˆˆ rangeClosure D, S y โˆˆ rangeClosure D := by have hmap : Set.MapsTo S (Set.range D) (Set.range D) := by rintro y โŸจx, rflโŸฉ exact โŸจT x, (hDS x).symmโŸฉ exact hmap.closure S.continuous def restrict (T : E โ†’L[๐•œ] E) (S : F โ†’L[๐•œ] F) (D : E โ†’L[๐•œ] F) (hDS : โˆ€ x, S (D x) = D (T x)) : rangeClosure D โ†’L[๐•œ] rangeClosure D := S.restrict (mapsTo_rangeClosure T S D hDS) lemma restrict_isSymmetric (T : E โ†’L[๐•œ] E) (S : F โ†’L[๐•œ] F) (D : E โ†’L[๐•œ] F) (hS : IsSelfAdjoint S) (hDS : โˆ€ x, S (D x) = D (T x)) : ((restrict T S D hDS) : rangeClosure D โ†’โ‚—[๐•œ] rangeClosure D).IsSymmetric := by intro x y exact hS.isSymmetric x y lemma restrict_isSelfAdjoint (T : E โ†’L[๐•œ] E) (S : F โ†’L[๐•œ] F) (D : E โ†’L[๐•œ] F) (hS : IsSelfAdjoint S) (hDS : โˆ€ x, S (D x) = D (T x)) : IsSelfAdjoint (restrict T S D hDS) := (restrict_isSymmetric T S D hS hDS).isSelfAdjoint lemma mapsTo_orthogonal_rangeClosure (T : E โ†’L[๐•œ] E) (S : F โ†’L[๐•œ] F) (D : E โ†’L[๐•œ] F) (hS : IsSelfAdjoint S) (hDS : โˆ€ x, S (D x) = D (T x)) : โˆ€ y โˆˆ (rangeClosure D)แ—ฎ, S y โˆˆ (rangeClosure D)แ—ฎ := by intro y hy rw [Submodule.mem_orthogonal] intro x hx calc inner ๐•œ x (S y) = inner ๐•œ (S x) y := by simpa only [ContinuousLinearMap.coe_coe] using (hS.isSymmetric x y).symm _ = 0 := Submodule.inner_right_of_mem_orthogonal (mapsTo_rangeClosure T S D hDS x hx) hy lemma norm_restrict_le (T : E โ†’L[๐•œ] E) (S : F โ†’L[๐•œ] F) (D : E โ†’L[๐•œ] F) (hS : IsSelfAdjoint S) (hDS : โˆ€ x, S (D x) = D (T x)) {ฯ : โ„} (hฯ : 0 โ‰ค ฯ) (hT : โ€–Tโ€– โ‰ค ฯ) : โ€–restrict T S D hDSโ€– โ‰ค ฯ := by apply ContinuousLinearMap.opNorm_le_bound _ hฯ intro y exact norm_apply_le_on_closure_range T S D hS hDS hฯ hT y.property omit [CompleteSpace F] in lemma range_domRestrict_eq (D : E โ†’L[๐•œ] F) (K : Submodule ๐•œ E) (hcover : โˆ€ x : E, โˆƒ z โˆˆ K, D z = D x) : Set.range (D.domRestrict K) = Set.range D := by ext y constructor ยท rintro โŸจx, rflโŸฉ exact โŸจx, rflโŸฉ ยท rintro โŸจx, rflโŸฉ obtain โŸจz, hz, heqโŸฉ := hcover x exact โŸจโŸจz, hzโŸฉ, heqโŸฉ omit [CompleteSpace F] in lemma rangeClosure_domRestrict_eq (D : E โ†’L[๐•œ] F) (K : Submodule ๐•œ E) (hcover : โˆ€ x : E, โˆƒ z โˆˆ K, D z = D x) : rangeClosure (D.domRestrict K) = rangeClosure D := by ext y simp only [mem_rangeClosure, range_domRestrict_eq D K hcover] omit [CompleteSpace F] in lemma source_cover_of_kills_direction (D : E โ†’L[๐•œ] F) (โ„“ : E โ†’L[๐•œ] ๐•œ) (e : E) (he : โ„“ e = 1) (hDe : D e = 0) : โˆ€ x : E, โˆƒ z โˆˆ LinearMap.ker (โ„“ : E โ†’โ‚—[๐•œ] ๐•œ), D z = D x := by intro x refine โŸจx - โ„“ x โ€ข e, ?_, ?_โŸฉ ยท change โ„“ (x - โ„“ x โ€ข e) = 0 simp [he] ยท simp [hDe] omit [CompleteSpace F] in lemma rangeClosure_ker_eq_of_kills_direction (D : E โ†’L[๐•œ] F) (โ„“ : E โ†’L[๐•œ] ๐•œ) (e : E) (he : โ„“ e = 1) (hDe : D e = 0) : rangeClosure (D.domRestrict (LinearMap.ker (โ„“ : E โ†’โ‚—[๐•œ] ๐•œ))) = rangeClosure D := rangeClosure_domRestrict_eq D _ (source_cover_of_kills_direction D โ„“ e he hDe) lemma norm_apply_le_of_source_subspace (T : E โ†’L[๐•œ] E) (S : F โ†’L[๐•œ] F) (D : E โ†’L[๐•œ] F) (K : Submodule ๐•œ E) (hK : โˆ€ x โˆˆ K, T x โˆˆ K) (hS : IsSelfAdjoint S) (hDS : โˆ€ x, S (D x) = D (T x)) (hcover : โˆ€ x : E, โˆƒ z โˆˆ K, D z = D x) {ฯ : โ„} (hฯ : 0 โ‰ค ฯ) (hT : โ€–T.restrict hKโ€– โ‰ค ฯ) {y : F} (hy : y โˆˆ closure (Set.range D)) : โ€–S yโ€– โ‰ค ฯ * โ€–yโ€– := by apply norm_apply_le_on_closure_range (T.restrict hK) S (D.domRestrict K) hS (fun x => hDS x) hฯ hT rwa [range_domRestrict_eq D K hcover] lemma norm_restrict_le_of_source_subspace (T : E โ†’L[๐•œ] E) (S : F โ†’L[๐•œ] F) (D : E โ†’L[๐•œ] F) (K : Submodule ๐•œ E) (hK : โˆ€ x โˆˆ K, T x โˆˆ K) (hS : IsSelfAdjoint S) (hDS : โˆ€ x, S (D x) = D (T x)) (hcover : โˆ€ x : E, โˆƒ z โˆˆ K, D z = D x) {ฯ : โ„} (hฯ : 0 โ‰ค ฯ) (hT : โ€–T.restrict hKโ€– โ‰ค ฯ) : โ€–restrict T S D hDSโ€– โ‰ค ฯ := by apply ContinuousLinearMap.opNorm_le_bound _ hฯ intro y exact norm_apply_le_of_source_subspace T S D K hK hS hDS hcover hฯ hT y.property lemma norm_restrict_le_of_kills_direction (T : E โ†’L[๐•œ] E) (S : F โ†’L[๐•œ] F) (D : E โ†’L[๐•œ] F) (โ„“ : E โ†’L[๐•œ] ๐•œ) (e : E) (he : โ„“ e = 1) (hDe : D e = 0) (hK : โˆ€ x โˆˆ LinearMap.ker (โ„“ : E โ†’โ‚—[๐•œ] ๐•œ), T x โˆˆ LinearMap.ker (โ„“ : E โ†’โ‚—[๐•œ] ๐•œ)) (hS : IsSelfAdjoint S) (hDS : โˆ€ x, S (D x) = D (T x)) {ฯ : โ„} (hฯ : 0 โ‰ค ฯ) (hT : โ€–T.restrict hKโ€– โ‰ค ฯ) : โ€–restrict T S D hDSโ€– โ‰ค ฯ := norm_restrict_le_of_source_subspace T S D _ hK hS hDS (source_cover_of_kills_direction D โ„“ e he hDe) hฯ hT end SpectralClosure end Problem367 end end OAI