MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  tngngp2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem tngngp2 24657
Description: A norm turns a group into a normed group iff the generated metric is in fact a metric. (Contributed by Mario Carneiro, 4-Oct-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
tngngp2.t 𝑇 = (𝐺 toNrmGrp 𝑁)
tngngp2.x 𝑋 = (Base‘𝐺)
tngngp2.d 𝐷 = (dist‘𝑇)
Assertion
Ref Expression
tngngp2 (𝑁:𝑋⟶ℝ → (𝑇 ∈ NrmGrp ↔ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))))

Proof of Theorem tngngp2
Dummy variables 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 ngpgrp 24596 . . . . 5 (𝑇 ∈ NrmGrp → 𝑇 ∈ Grp)
2 tngngp2.x . . . . . . . 8 𝑋 = (Base‘𝐺)
32fvexi 6907 . . . . . . 7 𝑋 ∈ V
4 reex 11240 . . . . . . 7 ℝ ∈ V
5 fex2 7939 . . . . . . 7 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑋 ∈ V ∧ ℝ ∈ V) → 𝑁 ∈ V)
63, 4, 5mp3an23 1450 . . . . . 6 (𝑁:𝑋⟶ℝ → 𝑁 ∈ V)
72a1i 11 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ V → 𝑋 = (Base‘𝐺))
8 tngngp2.t . . . . . . . 8 𝑇 = (𝐺 toNrmGrp 𝑁)
98, 2tngbas 24639 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ V → 𝑋 = (Base‘𝑇))
10 eqid 2726 . . . . . . . . 9 (+g𝐺) = (+g𝐺)
118, 10tngplusg 24641 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ V → (+g𝐺) = (+g𝑇))
1211oveqdr 7444 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ V ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) → (𝑥(+g𝐺)𝑦) = (𝑥(+g𝑇)𝑦))
137, 9, 12grppropd 18941 . . . . . 6 (𝑁 ∈ V → (𝐺 ∈ Grp ↔ 𝑇 ∈ Grp))
146, 13syl 17 . . . . 5 (𝑁:𝑋⟶ℝ → (𝐺 ∈ Grp ↔ 𝑇 ∈ Grp))
151, 14imbitrrid 245 . . . 4 (𝑁:𝑋⟶ℝ → (𝑇 ∈ NrmGrp → 𝐺 ∈ Grp))
1615imp 405 . . 3 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝐺 ∈ Grp)
17 ngpms 24597 . . . . . 6 (𝑇 ∈ NrmGrp → 𝑇 ∈ MetSp)
1817adantl 480 . . . . 5 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝑇 ∈ MetSp)
19 eqid 2726 . . . . . 6 (Base‘𝑇) = (Base‘𝑇)
20 tngngp2.d . . . . . 6 𝐷 = (dist‘𝑇)
2119, 20msmet2 24454 . . . . 5 (𝑇 ∈ MetSp → (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) ∈ (Met‘(Base‘𝑇)))
2218, 21syl 17 . . . 4 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) ∈ (Met‘(Base‘𝑇)))
23 eqid 2726 . . . . . . . . . 10 (-g𝐺) = (-g𝐺)
242, 23grpsubf 19009 . . . . . . . . 9 (𝐺 ∈ Grp → (-g𝐺):(𝑋 × 𝑋)⟶𝑋)
2516, 24syl 17 . . . . . . . 8 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (-g𝐺):(𝑋 × 𝑋)⟶𝑋)
26 fco 6744 . . . . . . . 8 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (-g𝐺):(𝑋 × 𝑋)⟶𝑋) → (𝑁 ∘ (-g𝐺)):(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ)
2725, 26syldan 589 . . . . . . 7 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝑁 ∘ (-g𝐺)):(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ)
286adantr 479 . . . . . . . . . 10 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝑁 ∈ V)
298, 23tngds 24652 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ V → (𝑁 ∘ (-g𝐺)) = (dist‘𝑇))
3028, 29syl 17 . . . . . . . . 9 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝑁 ∘ (-g𝐺)) = (dist‘𝑇))
3120, 30eqtr4id 2785 . . . . . . . 8 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝐷 = (𝑁 ∘ (-g𝐺)))
3231feq1d 6705 . . . . . . 7 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝐷:(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ ↔ (𝑁 ∘ (-g𝐺)):(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ))
3327, 32mpbird 256 . . . . . 6 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝐷:(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ)
34 ffn 6720 . . . . . 6 (𝐷:(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ → 𝐷 Fn (𝑋 × 𝑋))
35 fnresdm 6672 . . . . . 6 (𝐷 Fn (𝑋 × 𝑋) → (𝐷 ↾ (𝑋 × 𝑋)) = 𝐷)
3633, 34, 353syl 18 . . . . 5 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝐷 ↾ (𝑋 × 𝑋)) = 𝐷)
3728, 9syl 17 . . . . . . 7 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝑋 = (Base‘𝑇))
3837sqxpeqd 5706 . . . . . 6 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝑋 × 𝑋) = ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)))
3938reseq2d 5981 . . . . 5 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝐷 ↾ (𝑋 × 𝑋)) = (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))))
4036, 39eqtr3d 2768 . . . 4 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝐷 = (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))))
4137fveq2d 6897 . . . 4 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (Met‘𝑋) = (Met‘(Base‘𝑇)))
4222, 40, 413eltr4d 2841 . . 3 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))
4316, 42jca 510 . 2 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋)))
4414biimpa 475 . . . 4 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝐺 ∈ Grp) → 𝑇 ∈ Grp)
4544adantrr 715 . . 3 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑇 ∈ Grp)
46 simprr 771 . . . . . . 7 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))
476adantr 479 . . . . . . . . 9 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑁 ∈ V)
4847, 9syl 17 . . . . . . . 8 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑋 = (Base‘𝑇))
4948fveq2d 6897 . . . . . . 7 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (Met‘𝑋) = (Met‘(Base‘𝑇)))
5046, 49eleqtrd 2828 . . . . . 6 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝐷 ∈ (Met‘(Base‘𝑇)))
51 metf 24324 . . . . . 6 (𝐷 ∈ (Met‘(Base‘𝑇)) → 𝐷:((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))⟶ℝ)
52 ffn 6720 . . . . . 6 (𝐷:((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))⟶ℝ → 𝐷 Fn ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)))
53 fnresdm 6672 . . . . . 6 (𝐷 Fn ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)) → (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) = 𝐷)
5450, 51, 52, 534syl 19 . . . . 5 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) = 𝐷)
5554, 50eqeltrd 2826 . . . 4 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) ∈ (Met‘(Base‘𝑇)))
5654fveq2d 6897 . . . . 5 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (MetOpen‘(𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)))) = (MetOpen‘𝐷))
57 simprl 769 . . . . . 6 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝐺 ∈ Grp)
58 eqid 2726 . . . . . . 7 (MetOpen‘𝐷) = (MetOpen‘𝐷)
598, 20, 58tngtopn 24655 . . . . . 6 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑁 ∈ V) → (MetOpen‘𝐷) = (TopOpen‘𝑇))
6057, 47, 59syl2anc 582 . . . . 5 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (MetOpen‘𝐷) = (TopOpen‘𝑇))
6156, 60eqtr2d 2767 . . . 4 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (TopOpen‘𝑇) = (MetOpen‘(𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)))))
62 eqid 2726 . . . . 5 (TopOpen‘𝑇) = (TopOpen‘𝑇)
6320reseq1i 5977 . . . . 5 (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) = ((dist‘𝑇) ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)))
6462, 19, 63isms2 24444 . . . 4 (𝑇 ∈ MetSp ↔ ((𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) ∈ (Met‘(Base‘𝑇)) ∧ (TopOpen‘𝑇) = (MetOpen‘(𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))))))
6555, 61, 64sylanbrc 581 . . 3 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑇 ∈ MetSp)
66 simpl 481 . . . . . . 7 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑁:𝑋⟶ℝ)
678, 2, 4tngnm 24656 . . . . . . 7 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑁:𝑋⟶ℝ) → 𝑁 = (norm‘𝑇))
6857, 66, 67syl2anc 582 . . . . . 6 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑁 = (norm‘𝑇))
697, 9eqtr3d 2768 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ V → (Base‘𝐺) = (Base‘𝑇))
7069, 11grpsubpropd 19035 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ V → (-g𝐺) = (-g𝑇))
7147, 70syl 17 . . . . . 6 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (-g𝐺) = (-g𝑇))
7268, 71coeq12d 5863 . . . . 5 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (𝑁 ∘ (-g𝐺)) = ((norm‘𝑇) ∘ (-g𝑇)))
7347, 29syl 17 . . . . 5 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (𝑁 ∘ (-g𝐺)) = (dist‘𝑇))
7472, 73eqtr3d 2768 . . . 4 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → ((norm‘𝑇) ∘ (-g𝑇)) = (dist‘𝑇))
75 eqimss 4037 . . . 4 (((norm‘𝑇) ∘ (-g𝑇)) = (dist‘𝑇) → ((norm‘𝑇) ∘ (-g𝑇)) ⊆ (dist‘𝑇))
7674, 75syl 17 . . 3 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → ((norm‘𝑇) ∘ (-g𝑇)) ⊆ (dist‘𝑇))
77 eqid 2726 . . . 4 (norm‘𝑇) = (norm‘𝑇)
78 eqid 2726 . . . 4 (-g𝑇) = (-g𝑇)
79 eqid 2726 . . . 4 (dist‘𝑇) = (dist‘𝑇)
8077, 78, 79isngp 24593 . . 3 (𝑇 ∈ NrmGrp ↔ (𝑇 ∈ Grp ∧ 𝑇 ∈ MetSp ∧ ((norm‘𝑇) ∘ (-g𝑇)) ⊆ (dist‘𝑇)))
8145, 65, 76, 80syl3anbrc 1340 . 2 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑇 ∈ NrmGrp)
8243, 81impbida 799 1 (𝑁:𝑋⟶ℝ → (𝑇 ∈ NrmGrp ↔ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 205  wa 394   = wceq 1534  wcel 2099  Vcvv 3462  wss 3946   × cxp 5672  cres 5676  ccom 5678   Fn wfn 6541  wf 6542  cfv 6546  (class class class)co 7416  cr 11148  Basecbs 17208  +gcplusg 17261  distcds 17270  TopOpenctopn 17431  Grpcgrp 18923  -gcsg 18925  Metcmet 21325  MetOpencmopn 21329  MetSpcms 24312  normcnm 24573  NrmGrpcngp 24574   toNrmGrp ctng 24575
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1790  ax-4 1804  ax-5 1906  ax-6 1964  ax-7 2004  ax-8 2101  ax-9 2109  ax-10 2130  ax-11 2147  ax-12 2167  ax-ext 2697  ax-rep 5282  ax-sep 5296  ax-nul 5303  ax-pow 5361  ax-pr 5425  ax-un 7738  ax-cnex 11205  ax-resscn 11206  ax-1cn 11207  ax-icn 11208  ax-addcl 11209  ax-addrcl 11210  ax-mulcl 11211  ax-mulrcl 11212  ax-mulcom 11213  ax-addass 11214  ax-mulass 11215  ax-distr 11216  ax-i2m1 11217  ax-1ne0 11218  ax-1rid 11219  ax-rnegex 11220  ax-rrecex 11221  ax-cnre 11222  ax-pre-lttri 11223  ax-pre-lttrn 11224  ax-pre-ltadd 11225  ax-pre-mulgt0 11226  ax-pre-sup 11227
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 395  df-or 846  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1537  df-fal 1547  df-ex 1775  df-nf 1779  df-sb 2061  df-mo 2529  df-eu 2558  df-clab 2704  df-cleq 2718  df-clel 2803  df-nfc 2878  df-ne 2931  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3061  df-rmo 3364  df-reu 3365  df-rab 3420  df-v 3464  df-sbc 3776  df-csb 3892  df-dif 3949  df-un 3951  df-in 3953  df-ss 3963  df-pss 3966  df-nul 4323  df-if 4524  df-pw 4599  df-sn 4624  df-pr 4626  df-op 4630  df-uni 4906  df-iun 4995  df-br 5146  df-opab 5208  df-mpt 5229  df-tr 5263  df-id 5572  df-eprel 5578  df-po 5586  df-so 5587  df-fr 5629  df-we 5631  df-xp 5680  df-rel 5681  df-cnv 5682  df-co 5683  df-dm 5684  df-rn 5685  df-res 5686  df-ima 5687  df-pred 6304  df-ord 6371  df-on 6372  df-lim 6373  df-suc 6374  df-iota 6498  df-fun 6548  df-fn 6549  df-f 6550  df-f1 6551  df-fo 6552  df-f1o 6553  df-fv 6554  df-riota 7372  df-ov 7419  df-oprab 7420  df-mpo 7421  df-om 7869  df-1st 7995  df-2nd 7996  df-frecs 8288  df-wrecs 8319  df-recs 8393  df-rdg 8432  df-er 8726  df-map 8849  df-en 8967  df-dom 8968  df-sdom 8969  df-sup 9478  df-inf 9479  df-pnf 11291  df-mnf 11292  df-xr 11293  df-ltxr 11294  df-le 11295  df-sub 11487  df-neg 11488  df-div 11913  df-nn 12259  df-2 12321  df-3 12322  df-4 12323  df-5 12324  df-6 12325  df-7 12326  df-8 12327  df-9 12328  df-n0 12519  df-z 12605  df-dec 12724  df-uz 12869  df-q 12979  df-rp 13023  df-xneg 13140  df-xadd 13141  df-xmul 13142  df-sets 17161  df-slot 17179  df-ndx 17191  df-base 17209  df-plusg 17274  df-tset 17280  df-ds 17283  df-rest 17432  df-topn 17433  df-0g 17451  df-topgen 17453  df-mgm 18628  df-sgrp 18707  df-mnd 18723  df-grp 18926  df-minusg 18927  df-sbg 18928  df-psmet 21331  df-xmet 21332  df-met 21333  df-bl 21334  df-mopn 21335  df-top 22884  df-topon 22901  df-topsp 22923  df-bases 22937  df-xms 24314  df-ms 24315  df-nm 24579  df-ngp 24580  df-tng 24581
This theorem is referenced by:  tngngpd  24658  tngngp  24659  nrmtngnrm  24663  tngngpim  24664  tngnrg  24679
  Copyright terms: Public domain W3C validator