Здесь действительно всё вертится вокруг теоремы Банаха-Штейнгауза, но всё же не напрямую. Отталкиваемся от теоремы о замкнутом графике:
"Линейное отображение из банахова пространства  в банахово пространство
 в банахово пространство  , определённое на всём
, определённое на всём   , ограничено тогда и только тогда, когда его график замкнут."
, ограничено тогда и только тогда, когда его график замкнут."
Здесь под графиком отображения 

 понимается линейное подмножество 

 декартового произведения 

; последнее представляет собой банахово пространство относительно естественной нормы 

.
Так вот. Пусть 

. Пусть 

 -- "проектор" на 

 в том смысле, что каждому 

 он ставит в соответствие единственный 

 из разложения 

. Если все три подпространства 

, 

 и 

 замкнуты, то и график этого оператора тоже замкнут. Действительно, из 

 следует 

 и 

, но тогда и 

. Это означает, что 

, где 

 и 

, т.е. предельная точка 

.
Следовательно, по теореме о замкнутом графике оператор 

 ограничен, а ровно это и требовалось доказать.
(Ну можно ещё сослаться не на теорему о замкнутом графике, а, скажем, на теорему о непрерывности обратного; а вот как так сходу и непосредственно на Банаха-Штейнгауза -- не знаю.)