Или нужно искать вложение

чтобы был фактор

? Ну так

не обязательно сепарабельное.
Мне немного неудобно отвечать, потому что это дословно то, что написал
pogulyat_vyshel и я не могу понять, в чём была проблема это прочитать.
Было сепарабельное пространство

.
Построили оператор

(четвертая строчка первого поста в теме).
Вычислили

.
Доказали, что ядро

тривиально и образ замкнут.
Применили теорему Банаха и получили, что

является изоморфизмом на свой образ.
Применили теорему про "тогда и только тогда" и получили, что

является отображением "на".
Применили теорему про фактор по ядру.