Theorem: IsSelfAdjoint.hasEigenvector_of_isMaxOn
File: Mathlib/Analysis/InnerProductSpace/Rayleigh.lean

Proof steps:
state_before: 𝕜 : Type u_1
inst✝³ : RCLike 𝕜
E : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝ : CompleteSpace E
T : E →L[𝕜] E
hT : IsSelfAdjoint T
x₀ : E
hx₀ : x₀ ≠ 0
hextr : IsMaxOn T.reApplyInnerSelf (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
⊢ HasEigenvector (↑T) (↑(⨆ x, T.rayleighQuotient ↑x)) x₀
state_after: case h.e'_7.h.e'_3
𝕜 : Type u_1
inst✝³ : RCLike 𝕜
E : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝ : CompleteSpace E
T : E →L[𝕜] E
hT : IsSelfAdjoint T
x₀ : E
hx₀ : x₀ ≠ 0
hextr : IsMaxOn T.reApplyInnerSelf (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
⊢ ⨆ x, T.rayleighQuotient ↑x = T.rayleighQuotient x₀
tactic: convert hT.hasEigenvector_of_isLocalExtrOn hx₀ (Or.inr hextr.localize)
state_before: case h.e'_7.h.e'_3
𝕜 : Type u_1
inst✝³ : RCLike 𝕜
E : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝ : CompleteSpace E
T : E →L[𝕜] E
hT : IsSelfAdjoint T
x₀ : E
hx₀ : x₀ ≠ 0
hextr : IsMaxOn T.reApplyInnerSelf (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
⊢ ⨆ x, T.rayleighQuotient ↑x = T.rayleighQuotient x₀
state_after: case h.e'_7.h.e'_3
𝕜 : Type u_1
inst✝³ : RCLike 𝕜
E : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝ : CompleteSpace E
T : E →L[𝕜] E
hT : IsSelfAdjoint T
x₀ : E
hx₀ : x₀ ≠ 0
hextr : IsMaxOn T.reApplyInnerSelf (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
hx₀' : 0 < ‖x₀‖
⊢ ⨆ x, T.rayleighQuotient ↑x = T.rayleighQuotient x₀
tactic: have hx₀' : 0 < ‖x₀‖ := by simp [hx₀]
state_before: case h.e'_7.h.e'_3
𝕜 : Type u_1
inst✝³ : RCLike 𝕜
E : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝ : CompleteSpace E
T : E →L[𝕜] E
hT : IsSelfAdjoint T
x₀ : E
hx₀ : x₀ ≠ 0
hextr : IsMaxOn T.reApplyInnerSelf (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
hx₀' : 0 < ‖x₀‖
⊢ ⨆ x, T.rayleighQuotient ↑x = T.rayleighQuotient x₀
state_after: case h.e'_7.h.e'_3
𝕜 : Type u_1
inst✝³ : RCLike 𝕜
E : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝ : CompleteSpace E
T : E →L[𝕜] E
hT : IsSelfAdjoint T
x₀ : E
hx₀ : x₀ ≠ 0
hextr : IsMaxOn T.reApplyInnerSelf (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
hx₀' : 0 < ‖x₀‖
hx₀'' : x₀ ∈ sphere 0 ‖x₀‖
⊢ ⨆ x, T.rayleighQuotient ↑x = T.rayleighQuotient x₀
tactic: have hx₀'' : x₀ ∈ sphere (0 : E) ‖x₀‖ := by simp
state_before: case h.e'_7.h.e'_3
𝕜 : Type u_1
inst✝³ : RCLike 𝕜
E : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝ : CompleteSpace E
T : E →L[𝕜] E
hT : IsSelfAdjoint T
x₀ : E
hx₀ : x₀ ≠ 0
hextr : IsMaxOn T.reApplyInnerSelf (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
hx₀' : 0 < ‖x₀‖
hx₀'' : x₀ ∈ sphere 0 ‖x₀‖
⊢ ⨆ x, T.rayleighQuotient ↑x = T.rayleighQuotient x₀
state_after: case h.e'_7.h.e'_3
𝕜 : Type u_1
inst✝³ : RCLike 𝕜
E : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝ : CompleteSpace E
T : E →L[𝕜] E
hT : IsSelfAdjoint T
x₀ : E
hx₀ : x₀ ≠ 0
hextr : IsMaxOn T.reApplyInnerSelf (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
hx₀' : 0 < ‖x₀‖
hx₀'' : x₀ ∈ sphere 0 ‖x₀‖
⊢ IsMaxOn T.rayleighQuotient (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
tactic: refine IsMaxOn.iSup_eq hx₀'' ?_
state_before: case h.e'_7.h.e'_3
𝕜 : Type u_1
inst✝³ : RCLike 𝕜
E : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝ : CompleteSpace E
T : E →L[𝕜] E
hT : IsSelfAdjoint T
x₀ : E
hx₀ : x₀ ≠ 0
hextr : IsMaxOn T.reApplyInnerSelf (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
hx₀' : 0 < ‖x₀‖
hx₀'' : x₀ ∈ sphere 0 ‖x₀‖
⊢ IsMaxOn T.rayleighQuotient (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
state_after: case h.e'_7.h.e'_3
𝕜 : Type u_1
inst✝³ : RCLike 𝕜
E : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝ : CompleteSpace E
T : E →L[𝕜] E
hT : IsSelfAdjoint T
x₀ : E
hx₀ : x₀ ≠ 0
hextr : IsMaxOn T.reApplyInnerSelf (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
hx₀' : 0 < ‖x₀‖
hx₀'' : x₀ ∈ sphere 0 ‖x₀‖
x : E
hx : x ∈ sphere 0 ‖x₀‖
⊢ x ∈ {x | (fun x => T.rayleighQuotient x ≤ T.rayleighQuotient x₀) x}
tactic: intro x hx
state_before: case h.e'_7.h.e'_3
𝕜 : Type u_1
inst✝³ : RCLike 𝕜
E : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝ : CompleteSpace E
T : E →L[𝕜] E
hT : IsSelfAdjoint T
x₀ : E
hx₀ : x₀ ≠ 0
hextr : IsMaxOn T.reApplyInnerSelf (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
hx₀' : 0 < ‖x₀‖
hx₀'' : x₀ ∈ sphere 0 ‖x₀‖
x : E
hx : x ∈ sphere 0 ‖x₀‖
⊢ x ∈ {x | (fun x => T.rayleighQuotient x ≤ T.rayleighQuotient x₀) x}
state_after: case h.e'_7.h.e'_3
𝕜 : Type u_1
inst✝³ : RCLike 𝕜
E : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝ : CompleteSpace E
T : E →L[𝕜] E
hT : IsSelfAdjoint T
x₀ : E
hx₀ : x₀ ≠ 0
hextr : IsMaxOn T.reApplyInnerSelf (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
hx₀' : 0 < ‖x₀‖
hx₀'' : x₀ ∈ sphere 0 ‖x₀‖
x : E
hx : x ∈ sphere 0 ‖x₀‖
⊢ T.rayleighQuotient x ≤ T.rayleighQuotient x₀
tactic: dsimp
state_before: case h.e'_7.h.e'_3
𝕜 : Type u_1
inst✝³ : RCLike 𝕜
E : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝ : CompleteSpace E
T : E →L[𝕜] E
hT : IsSelfAdjoint T
x₀ : E
hx₀ : x₀ ≠ 0
hextr : IsMaxOn T.reApplyInnerSelf (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
hx₀' : 0 < ‖x₀‖
hx₀'' : x₀ ∈ sphere 0 ‖x₀‖
x : E
hx : x ∈ sphere 0 ‖x₀‖
⊢ T.rayleighQuotient x ≤ T.rayleighQuotient x₀
state_after: case h.e'_7.h.e'_3
𝕜 : Type u_1
inst✝³ : RCLike 𝕜
E : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝ : CompleteSpace E
T : E →L[𝕜] E
hT : IsSelfAdjoint T
x₀ : E
hx₀ : x₀ ≠ 0
hextr : IsMaxOn T.reApplyInnerSelf (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
hx₀' : 0 < ‖x₀‖
hx₀'' : x₀ ∈ sphere 0 ‖x₀‖
x : E
hx : x ∈ sphere 0 ‖x₀‖
this : ‖x‖ = ‖x₀‖
⊢ T.rayleighQuotient x ≤ T.rayleighQuotient x₀
tactic: have : ‖x‖ = ‖x₀‖ := by simpa using hx
state_before: case h.e'_7.h.e'_3
𝕜 : Type u_1
inst✝³ : RCLike 𝕜
E : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝ : CompleteSpace E
T : E →L[𝕜] E
hT : IsSelfAdjoint T
x₀ : E
hx₀ : x₀ ≠ 0
hextr : IsMaxOn T.reApplyInnerSelf (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
hx₀' : 0 < ‖x₀‖
hx₀'' : x₀ ∈ sphere 0 ‖x₀‖
x : E
hx : x ∈ sphere 0 ‖x₀‖
this : ‖x‖ = ‖x₀‖
⊢ T.rayleighQuotient x ≤ T.rayleighQuotient x₀
state_after: case h.e'_7.h.e'_3
𝕜 : Type u_1
inst✝³ : RCLike 𝕜
E : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝ : CompleteSpace E
T : E →L[𝕜] E
hT : IsSelfAdjoint T
x₀ : E
hx₀ : x₀ ≠ 0
hextr : IsMaxOn T.reApplyInnerSelf (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
hx₀' : 0 < ‖x₀‖
hx₀'' : x₀ ∈ sphere 0 ‖x₀‖
x : E
hx : x ∈ sphere 0 ‖x₀‖
this : ‖x‖ = ‖x₀‖
⊢ T.reApplyInnerSelf x / ‖x‖ ^ 2 ≤ T.reApplyInnerSelf x₀ / ‖x₀‖ ^ 2
tactic: simp only [ContinuousLinearMap.rayleighQuotient]
state_before: case h.e'_7.h.e'_3
𝕜 : Type u_1
inst✝³ : RCLike 𝕜
E : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝ : CompleteSpace E
T : E →L[𝕜] E
hT : IsSelfAdjoint T
x₀ : E
hx₀ : x₀ ≠ 0
hextr : IsMaxOn T.reApplyInnerSelf (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
hx₀' : 0 < ‖x₀‖
hx₀'' : x₀ ∈ sphere 0 ‖x₀‖
x : E
hx : x ∈ sphere 0 ‖x₀‖
this : ‖x‖ = ‖x₀‖
⊢ T.reApplyInnerSelf x / ‖x‖ ^ 2 ≤ T.reApplyInnerSelf x₀ / ‖x₀‖ ^ 2
state_after: case h.e'_7.h.e'_3
𝕜 : Type u_1
inst✝³ : RCLike 𝕜
E : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝ : CompleteSpace E
T : E →L[𝕜] E
hT : IsSelfAdjoint T
x₀ : E
hx₀ : x₀ ≠ 0
hextr : IsMaxOn T.reApplyInnerSelf (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
hx₀' : 0 < ‖x₀‖
hx₀'' : x₀ ∈ sphere 0 ‖x₀‖
x : E
hx : x ∈ sphere 0 ‖x₀‖
this : ‖x‖ = ‖x₀‖
⊢ T.reApplyInnerSelf x / ‖x₀‖ ^ 2 ≤ T.reApplyInnerSelf x₀ / ‖x₀‖ ^ 2
tactic: rw [this]
state_before: case h.e'_7.h.e'_3
𝕜 : Type u_1
inst✝³ : RCLike 𝕜
E : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝ : CompleteSpace E
T : E →L[𝕜] E
hT : IsSelfAdjoint T
x₀ : E
hx₀ : x₀ ≠ 0
hextr : IsMaxOn T.reApplyInnerSelf (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
hx₀' : 0 < ‖x₀‖
hx₀'' : x₀ ∈ sphere 0 ‖x₀‖
x : E
hx : x ∈ sphere 0 ‖x₀‖
this : ‖x‖ = ‖x₀‖
⊢ T.reApplyInnerSelf x / ‖x₀‖ ^ 2 ≤ T.reApplyInnerSelf x₀ / ‖x₀‖ ^ 2
state_after: case h.e'_7.h.e'_3.hab
𝕜 : Type u_1
inst✝³ : RCLike 𝕜
E : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝ : CompleteSpace E
T : E →L[𝕜] E
hT : IsSelfAdjoint T
x₀ : E
hx₀ : x₀ ≠ 0
hextr : IsMaxOn T.reApplyInnerSelf (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
hx₀' : 0 < ‖x₀‖
hx₀'' : x₀ ∈ sphere 0 ‖x₀‖
x : E
hx : x ∈ sphere 0 ‖x₀‖
this : ‖x‖ = ‖x₀‖
⊢ T.reApplyInnerSelf x ≤ T.reApplyInnerSelf x₀
tactic: gcongr
state_before: case h.e'_7.h.e'_3.hab
𝕜 : Type u_1
inst✝³ : RCLike 𝕜
E : Type u_2
inst✝² : NormedAddCommGroup E
inst✝¹ : InnerProductSpace 𝕜 E
inst✝ : CompleteSpace E
T : E →L[𝕜] E
hT : IsSelfAdjoint T
x₀ : E
hx₀ : x₀ ≠ 0
hextr : IsMaxOn T.reApplyInnerSelf (sphere 0 ‖x₀‖) x₀
hx₀' : 0 < ‖x₀‖
hx₀'' : x₀ ∈ sphere 0 ‖x₀‖
x : E
hx : x ∈ sphere 0 ‖x₀‖
this : ‖x‖ = ‖x₀‖
⊢ T.reApplyInnerSelf x ≤ T.reApplyInnerSelf x₀
state_after: no goals
tactic: exact hextr hx