Theorem isngp4 23510

Description: Express the property of being a normed group purely in terms of right-translation invariance of the metric instead of using the definition of norm (which itself uses the metric). (Contributed by Mario Carneiro, 29-Oct-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
ngprcan.x	⊢ 𝑋 = (Base‘𝐺)
ngprcan.p	⊢ + = (+g‘𝐺)
ngprcan.d	⊢ 𝐷 = (dist‘𝐺)

Assertion

Ref	Expression
isngp4	⊢ (𝐺 ∈ NrmGrp ↔ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐺 ∈ MetSp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 ∀𝑧 ∈ 𝑋 ((𝑥 + 𝑧)𝐷(𝑦 + 𝑧)) = (𝑥𝐷𝑦)))

Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝑧,𝐷   𝑥,𝐺,𝑦,𝑧   𝑧, +   𝑥,𝑋,𝑦,𝑧

Allowed substitution hints:   + (𝑥,𝑦)

Proof of Theorem isngp4

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ngpgrp 23497	. . 3 ⊢ (𝐺 ∈ NrmGrp → 𝐺 ∈ Grp)
2		ngpms 23498	. . 3 ⊢ (𝐺 ∈ NrmGrp → 𝐺 ∈ MetSp)
3		ngprcan.x	. . . . 5 ⊢ 𝑋 = (Base‘𝐺)
4		ngprcan.p	. . . . 5 ⊢ + = (+g‘𝐺)
5		ngprcan.d	. . . . 5 ⊢ 𝐷 = (dist‘𝐺)
6	3, 4, 5	ngprcan 23508	. . . 4 ⊢ ((𝐺 ∈ NrmGrp ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋 ∧ 𝑧 ∈ 𝑋)) → ((𝑥 + 𝑧)𝐷(𝑦 + 𝑧)) = (𝑥𝐷𝑦))
7	6	ralrimivvva 3113	. . 3 ⊢ (𝐺 ∈ NrmGrp → ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 ∀𝑧 ∈ 𝑋 ((𝑥 + 𝑧)𝐷(𝑦 + 𝑧)) = (𝑥𝐷𝑦))
8	1, 2, 7	3jca 1130	. 2 ⊢ (𝐺 ∈ NrmGrp → (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐺 ∈ MetSp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 ∀𝑧 ∈ 𝑋 ((𝑥 + 𝑧)𝐷(𝑦 + 𝑧)) = (𝑥𝐷𝑦)))
9		simp1 1138	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐺 ∈ MetSp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 ∀𝑧 ∈ 𝑋 ((𝑥 + 𝑧)𝐷(𝑦 + 𝑧)) = (𝑥𝐷𝑦)) → 𝐺 ∈ Grp)
10		simp2 1139	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐺 ∈ MetSp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 ∀𝑧 ∈ 𝑋 ((𝑥 + 𝑧)𝐷(𝑦 + 𝑧)) = (𝑥𝐷𝑦)) → 𝐺 ∈ MetSp)
11		eqid 2737	. . . . . . . . 9 ⊢ (invg‘𝐺) = (invg‘𝐺)
12	3, 11	grpinvcl 18415	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → ((invg‘𝐺)‘𝑦) ∈ 𝑋)
13	12	ad2ant2rl 749	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐺 ∈ MetSp) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → ((invg‘𝐺)‘𝑦) ∈ 𝑋)
14		eqcom 2744	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑥 + 𝑧)𝐷(𝑦 + 𝑧)) = (𝑥𝐷𝑦) ↔ (𝑥𝐷𝑦) = ((𝑥 + 𝑧)𝐷(𝑦 + 𝑧)))
15		oveq2 7221	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑧 = ((invg‘𝐺)‘𝑦) → (𝑥 + 𝑧) = (𝑥 + ((invg‘𝐺)‘𝑦)))
16		oveq2 7221	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑧 = ((invg‘𝐺)‘𝑦) → (𝑦 + 𝑧) = (𝑦 + ((invg‘𝐺)‘𝑦)))
17	15, 16	oveq12d 7231	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 = ((invg‘𝐺)‘𝑦) → ((𝑥 + 𝑧)𝐷(𝑦 + 𝑧)) = ((𝑥 + ((invg‘𝐺)‘𝑦))𝐷(𝑦 + ((invg‘𝐺)‘𝑦))))
18	17	eqeq2d 2748	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 = ((invg‘𝐺)‘𝑦) → ((𝑥𝐷𝑦) = ((𝑥 + 𝑧)𝐷(𝑦 + 𝑧)) ↔ (𝑥𝐷𝑦) = ((𝑥 + ((invg‘𝐺)‘𝑦))𝐷(𝑦 + ((invg‘𝐺)‘𝑦)))))
19	14, 18	syl5bb 286	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑧 = ((invg‘𝐺)‘𝑦) → (((𝑥 + 𝑧)𝐷(𝑦 + 𝑧)) = (𝑥𝐷𝑦) ↔ (𝑥𝐷𝑦) = ((𝑥 + ((invg‘𝐺)‘𝑦))𝐷(𝑦 + ((invg‘𝐺)‘𝑦)))))
20	19	rspcv 3532	. . . . . . 7 ⊢ (((invg‘𝐺)‘𝑦) ∈ 𝑋 → (∀𝑧 ∈ 𝑋 ((𝑥 + 𝑧)𝐷(𝑦 + 𝑧)) = (𝑥𝐷𝑦) → (𝑥𝐷𝑦) = ((𝑥 + ((invg‘𝐺)‘𝑦))𝐷(𝑦 + ((invg‘𝐺)‘𝑦)))))
21	13, 20	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐺 ∈ MetSp) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (∀𝑧 ∈ 𝑋 ((𝑥 + 𝑧)𝐷(𝑦 + 𝑧)) = (𝑥𝐷𝑦) → (𝑥𝐷𝑦) = ((𝑥 + ((invg‘𝐺)‘𝑦))𝐷(𝑦 + ((invg‘𝐺)‘𝑦)))))
22		eqid 2737	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (-g‘𝐺) = (-g‘𝐺)
23	3, 4, 11, 22	grpsubval 18413	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → (𝑥(-g‘𝐺)𝑦) = (𝑥 + ((invg‘𝐺)‘𝑦)))
24	23	adantl 485	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐺 ∈ MetSp) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑥(-g‘𝐺)𝑦) = (𝑥 + ((invg‘𝐺)‘𝑦)))
25	24	eqcomd 2743	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐺 ∈ MetSp) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑥 + ((invg‘𝐺)‘𝑦)) = (𝑥(-g‘𝐺)𝑦))
26		eqid 2737	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (0g‘𝐺) = (0g‘𝐺)
27	3, 4, 26, 11	grprinv 18417	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → (𝑦 + ((invg‘𝐺)‘𝑦)) = (0g‘𝐺))
28	27	ad2ant2rl 749	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐺 ∈ MetSp) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑦 + ((invg‘𝐺)‘𝑦)) = (0g‘𝐺))
29	25, 28	oveq12d 7231	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐺 ∈ MetSp) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → ((𝑥 + ((invg‘𝐺)‘𝑦))𝐷(𝑦 + ((invg‘𝐺)‘𝑦))) = ((𝑥(-g‘𝐺)𝑦)𝐷(0g‘𝐺)))
30	3, 22	grpsubcl 18443	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → (𝑥(-g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝑋)
31	30	3expb 1122	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑥(-g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝑋)
32	31	adantlr 715	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐺 ∈ MetSp) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑥(-g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝑋)
33		eqid 2737	. . . . . . . . . 10 ⊢ (norm‘𝐺) = (norm‘𝐺)
34	33, 3, 26, 5	nmval 23487	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑥(-g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝑋 → ((norm‘𝐺)‘(𝑥(-g‘𝐺)𝑦)) = ((𝑥(-g‘𝐺)𝑦)𝐷(0g‘𝐺)))
35	32, 34	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐺 ∈ MetSp) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → ((norm‘𝐺)‘(𝑥(-g‘𝐺)𝑦)) = ((𝑥(-g‘𝐺)𝑦)𝐷(0g‘𝐺)))
36	29, 35	eqtr4d 2780	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐺 ∈ MetSp) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → ((𝑥 + ((invg‘𝐺)‘𝑦))𝐷(𝑦 + ((invg‘𝐺)‘𝑦))) = ((norm‘𝐺)‘(𝑥(-g‘𝐺)𝑦)))
37	36	eqeq2d 2748	. . . . . 6 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐺 ∈ MetSp) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → ((𝑥𝐷𝑦) = ((𝑥 + ((invg‘𝐺)‘𝑦))𝐷(𝑦 + ((invg‘𝐺)‘𝑦))) ↔ (𝑥𝐷𝑦) = ((norm‘𝐺)‘(𝑥(-g‘𝐺)𝑦))))
38	21, 37	sylibd 242	. . . . 5 ⊢ (((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐺 ∈ MetSp) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (∀𝑧 ∈ 𝑋 ((𝑥 + 𝑧)𝐷(𝑦 + 𝑧)) = (𝑥𝐷𝑦) → (𝑥𝐷𝑦) = ((norm‘𝐺)‘(𝑥(-g‘𝐺)𝑦))))
39	38	ralimdvva 3102	. . . 4 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐺 ∈ MetSp) → (∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 ∀𝑧 ∈ 𝑋 ((𝑥 + 𝑧)𝐷(𝑦 + 𝑧)) = (𝑥𝐷𝑦) → ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝐷𝑦) = ((norm‘𝐺)‘(𝑥(-g‘𝐺)𝑦))))
40	39	3impia 1119	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐺 ∈ MetSp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 ∀𝑧 ∈ 𝑋 ((𝑥 + 𝑧)𝐷(𝑦 + 𝑧)) = (𝑥𝐷𝑦)) → ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝐷𝑦) = ((norm‘𝐺)‘(𝑥(-g‘𝐺)𝑦)))
41	33, 22, 5, 3	isngp3 23496	. . 3 ⊢ (𝐺 ∈ NrmGrp ↔ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐺 ∈ MetSp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝐷𝑦) = ((norm‘𝐺)‘(𝑥(-g‘𝐺)𝑦))))
42	9, 10, 40, 41	syl3anbrc 1345	. 2 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐺 ∈ MetSp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 ∀𝑧 ∈ 𝑋 ((𝑥 + 𝑧)𝐷(𝑦 + 𝑧)) = (𝑥𝐷𝑦)) → 𝐺 ∈ NrmGrp)
43	8, 42	impbii 212	1 ⊢ (𝐺 ∈ NrmGrp ↔ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐺 ∈ MetSp ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 ∀𝑧 ∈ 𝑋 ((𝑥 + 𝑧)𝐷(𝑦 + 𝑧)) = (𝑥𝐷𝑦)))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 399   ∧ w3a 1089   = wceq 1543   ∈ wcel 2110  ∀wral 3061  ‘cfv 6380  (class class class)co 7213  Basecbs 16760  +_gcplusg 16802  distcds 16811  0_gc0g 16944  Grpcgrp 18365  inv_gcminusg 18366  -_gcsg 18367  MetSpcms 23216  normcnm 23474  NrmGrpcngp 23475

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1803  ax-4 1817  ax-5 1918  ax-6 1976  ax-7 2016  ax-8 2112  ax-9 2120  ax-10 2141  ax-11 2158  ax-12 2175  ax-ext 2708  ax-sep 5192  ax-nul 5199  ax-pow 5258  ax-pr 5322  ax-un 7523  ax-cnex 10785  ax-resscn 10786  ax-1cn 10787  ax-icn 10788  ax-addcl 10789  ax-addrcl 10790  ax-mulcl 10791  ax-mulrcl 10792  ax-mulcom 10793  ax-addass 10794  ax-mulass 10795  ax-distr 10796  ax-i2m1 10797  ax-1ne0 10798  ax-1rid 10799  ax-rnegex 10800  ax-rrecex 10801  ax-cnre 10802  ax-pre-lttri 10803  ax-pre-lttrn 10804  ax-pre-ltadd 10805  ax-pre-mulgt0 10806  ax-pre-sup 10807

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 848  df-3or 1090  df-3an 1091  df-tru 1546  df-fal 1556  df-ex 1788  df-nf 1792  df-sb 2071  df-mo 2539  df-eu 2568  df-clab 2715  df-cleq 2729  df-clel 2816  df-nfc 2886  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3066  df-rex 3067  df-reu 3068  df-rmo 3069  df-rab 3070  df-v 3410  df-sbc 3695  df-csb 3812  df-dif 3869  df-un 3871  df-in 3873  df-ss 3883  df-pss 3885  df-nul 4238  df-if 4440  df-pw 4515  df-sn 4542  df-pr 4544  df-tp 4546  df-op 4548  df-uni 4820  df-iun 4906  df-br 5054  df-opab 5116  df-mpt 5136  df-tr 5162  df-id 5455  df-eprel 5460  df-po 5468  df-so 5469  df-fr 5509  df-we 5511  df-xp 5557  df-rel 5558  df-cnv 5559  df-co 5560  df-dm 5561  df-rn 5562  df-res 5563  df-ima 5564  df-pred 6160  df-ord 6216  df-on 6217  df-lim 6218  df-suc 6219  df-iota 6338  df-fun 6382  df-fn 6383  df-f 6384  df-f1 6385  df-fo 6386  df-f1o 6387  df-fv 6388  df-riota 7170  df-ov 7216  df-oprab 7217  df-mpo 7218  df-om 7645  df-1st 7761  df-2nd 7762  df-wrecs 8047  df-recs 8108  df-rdg 8146  df-er 8391  df-map 8510  df-en 8627  df-dom 8628  df-sdom 8629  df-sup 9058  df-inf 9059  df-pnf 10869  df-mnf 10870  df-xr 10871  df-ltxr 10872  df-le 10873  df-sub 11064  df-neg 11065  df-div 11490  df-nn 11831  df-2 11893  df-n0 12091  df-z 12177  df-uz 12439  df-q 12545  df-rp 12587  df-xneg 12704  df-xadd 12705  df-xmul 12706  df-0g 16946  df-topgen 16948  df-mgm 18114  df-sgrp 18163  df-mnd 18174  df-grp 18368  df-minusg 18369  df-sbg 18370  df-psmet 20355  df-xmet 20356  df-met 20357  df-bl 20358  df-mopn 20359  df-top 21791  df-topon 21808  df-topsp 21830  df-bases 21843  df-xms 23218  df-ms 23219  df-nm 23480  df-ngp 23481

This theorem is referenced by: (None)