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

Theorem tngngp2 24998
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 24945 . . . . 5 (𝑇 ∈ NrmGrp → 𝑇 ∈ Grp)
2 tngngp2.x . . . . . . . 8 𝑋 = (Base‘𝐺)
32fvexi 6919 . . . . . . 7 𝑋 ∈ V
4 reex 11315 . . . . . . 7 ℝ ∈ V
5 fex2 7969 . . . . . . 7 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑋 ∈ V ∧ ℝ ∈ V) → 𝑁 ∈ V)
63, 4, 5mp3an23 1483 . . . . . 6 (𝑁:𝑋⟶ℝ → 𝑁 ∈ V)
72a1i 11 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ V → 𝑋 = (Base‘𝐺))
8 tngngp2.t . . . . . . . 8 𝑇 = (𝐺 toNrmGrp 𝑁)
98, 2tngbas 24987 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ V → 𝑋 = (Base‘𝑇))
10 eqid 2763 . . . . . . . . 9 (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
118, 10tngplusg 24988 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ V → (+g‘𝐺) = (+g‘𝑇))
1211oveqdr 7468 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ V ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) = (𝑥(+g‘𝑇)𝑦))
137, 9, 12grppropd 19188 . . . . . 6 (𝑁 ∈ V → (𝐺 ∈ Grp ↔ 𝑇 ∈ Grp))
146, 13syl 18 . . . . 5 (𝑁:𝑋⟶ℝ → (𝐺 ∈ Grp ↔ 𝑇 ∈ Grp))
151, 14imbitrrid 249 . . . 4 (𝑁:𝑋⟶ℝ → (𝑇 ∈ NrmGrp → 𝐺 ∈ Grp))
1615imp 412 . . 3 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝐺 ∈ Grp)
17 ngpms 24946 . . . . . 6 (𝑇 ∈ NrmGrp → 𝑇 ∈ MetSp)
1817adantl 487 . . . . 5 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝑇 ∈ MetSp)
19 eqid 2763 . . . . . 6 (Base‘𝑇) = (Base‘𝑇)
20 tngngp2.d . . . . . 6 𝐷 = (dist‘𝑇)
2119, 20msmet2 24806 . . . . 5 (𝑇 ∈ MetSp → (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) ∈ (Met‘(Base‘𝑇)))
2218, 21syl 18 . . . 4 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) ∈ (Met‘(Base‘𝑇)))
23 eqid 2763 . . . . . . . . . 10 (-g‘𝐺) = (-g‘𝐺)
242, 23grpsubf 19255 . . . . . . . . 9 (𝐺 ∈ Grp → (-g‘𝐺):(𝑋 × 𝑋)⟶𝑋)
2516, 24syl 18 . . . . . . . 8 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (-g‘𝐺):(𝑋 × 𝑋)⟶𝑋)
26 fco 6753 . . . . . . . 8 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (-g‘𝐺):(𝑋 × 𝑋)⟶𝑋) → (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)):(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ)
2725, 26syldan 603 . . . . . . 7 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)):(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ)
286adantr 486 . . . . . . . . . 10 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝑁 ∈ V)
298, 23tngds 24994 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ V → (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)) = (dist‘𝑇))
3028, 29syl 18 . . . . . . . . 9 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)) = (dist‘𝑇))
3120, 30eqtr4id 2817 . . . . . . . 8 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝐷 = (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)))
3231feq1d 6710 . . . . . . 7 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝐷:(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ ↔ (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)):(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ))
3327, 32mpbird 260 . . . . . 6 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝐷:(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ)
34 ffn 6728 . . . . . 6 (𝐷:(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ → 𝐷 Fn (𝑋 × 𝑋))
35 fnresdm 6677 . . . . . 6 (𝐷 Fn (𝑋 × 𝑋) → (𝐷 ↾ (𝑋 × 𝑋)) = 𝐷)
3633, 34, 353syl 19 . . . . 5 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝐷 ↾ (𝑋 × 𝑋)) = 𝐷)
3728, 9syl 18 . . . . . . 7 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝑋 = (Base‘𝑇))
3837sqxpeqd 5687 . . . . . 6 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝑋 × 𝑋) = ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)))
3938reseq2d 5980 . . . . 5 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝐷 ↾ (𝑋 × 𝑋)) = (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))))
4036, 39eqtr3d 2800 . . . 4 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝐷 = (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))))
4137fveq2d 6909 . . . 4 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (Met‘𝑋) = (Met‘(Base‘𝑇)))
4222, 40, 413eltr4d 2879 . . 3 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))
4316, 42jca 521 . 2 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋)))
4414biimpa 482 . . . 4 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝐺 ∈ Grp) → 𝑇 ∈ Grp)
4544adantrr 730 . . 3 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑇 ∈ Grp)
46 simprr 785 . . . . . . 7 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))
476adantr 486 . . . . . . . . 9 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑁 ∈ V)
4847, 9syl 18 . . . . . . . 8 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑋 = (Base‘𝑇))
4948fveq2d 6909 . . . . . . 7 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (Met‘𝑋) = (Met‘(Base‘𝑇)))
5046, 49eleqtrd 2866 . . . . . 6 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝐷 ∈ (Met‘(Base‘𝑇)))
51 metf 24676 . . . . . 6 (𝐷 ∈ (Met‘(Base‘𝑇)) → 𝐷:((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))⟶ℝ)
52 ffn 6728 . . . . . 6 (𝐷:((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))⟶ℝ → 𝐷 Fn ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)))
53 fnresdm 6677 . . . . . 6 (𝐷 Fn ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)) → (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) = 𝐷)
5450, 51, 52, 534syl 20 . . . . 5 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) = 𝐷)
5554, 50eqeltrd 2864 . . . 4 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) ∈ (Met‘(Base‘𝑇)))
5654fveq2d 6909 . . . . 5 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (MetOpen‘(𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)))) = (MetOpen‘𝐷))
57 simprl 783 . . . . . 6 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝐺 ∈ Grp)
58 eqid 2763 . . . . . . 7 (MetOpen‘𝐷) = (MetOpen‘𝐷)
598, 20, 58tngtopn 24996 . . . . . 6 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑁 ∈ V) → (MetOpen‘𝐷) = (TopOpen‘𝑇))
6057, 47, 59syl2anc 596 . . . . 5 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (MetOpen‘𝐷) = (TopOpen‘𝑇))
6156, 60eqtr2d 2799 . . . 4 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (TopOpen‘𝑇) = (MetOpen‘(𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)))))
62 eqid 2763 . . . . 5 (TopOpen‘𝑇) = (TopOpen‘𝑇)
6320reseq1i 5976 . . . . 5 (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) = ((dist‘𝑇) ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)))
6462, 19, 63isms2 24796 . . . 4 (𝑇 ∈ MetSp ↔ ((𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) ∈ (Met‘(Base‘𝑇)) ∧ (TopOpen‘𝑇) = (MetOpen‘(𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))))))
6555, 61, 64sylanbrc 595 . . 3 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑇 ∈ MetSp)
66 simpl 488 . . . . . . 7 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑁:𝑋⟶ℝ)
678, 2, 4tngnm 24997 . . . . . . 7 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑁:𝑋⟶ℝ) → 𝑁 = (norm‘𝑇))
6857, 66, 67syl2anc 596 . . . . . 6 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑁 = (norm‘𝑇))
697, 9eqtr3d 2800 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ V → (Base‘𝐺) = (Base‘𝑇))
7069, 11grpsubpropd 19281 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ V → (-g‘𝐺) = (-g‘𝑇))
7147, 70syl 18 . . . . . 6 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (-g‘𝐺) = (-g‘𝑇))
7268, 71coeq12d 5847 . . . . 5 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)) = ((norm‘𝑇) ∘ (-g‘𝑇)))
7347, 29syl 18 . . . . 5 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)) = (dist‘𝑇))
7472, 73eqtr3d 2800 . . . 4 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → ((norm‘𝑇) ∘ (-g‘𝑇)) = (dist‘𝑇))
75 eqimss 3971 . . . 4 (((norm‘𝑇) ∘ (-g‘𝑇)) = (dist‘𝑇) → ((norm‘𝑇) ∘ (-g‘𝑇)) ⊆ (dist‘𝑇))
7674, 75syl 18 . . 3 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → ((norm‘𝑇) ∘ (-g‘𝑇)) ⊆ (dist‘𝑇))
77 eqid 2763 . . . 4 (norm‘𝑇) = (norm‘𝑇)
78 eqid 2763 . . . 4 (-g‘𝑇) = (-g‘𝑇)
79 eqid 2763 . . . 4 (dist‘𝑇) = (dist‘𝑇)
8077, 78, 79isngp 24942 . . 3 (𝑇 ∈ NrmGrp ↔ (𝑇 ∈ Grp ∧ 𝑇 ∈ MetSp ∧ ((norm‘𝑇) ∘ (-g‘𝑇)) ⊆ (dist‘𝑇)))
8145, 65, 76, 80syl3anbrc 1362 . 2 ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑇 ∈ NrmGrp)
8243, 81impbida 813 1 (𝑁:𝑋⟶ℝ → (𝑇 ∈ NrmGrp ↔ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2147  Vcvv 3454   ⊆ wss 3900   × cxp 5653   ↾ cres 5657   ∘ ccom 5659   Fn wfn 6550  ⟶wf 6551  ‘cfv 6555  (class class class)co 7440  ℝcr 11223  Basecbs 17413  +gcplusg 17454  distcds 17463  TopOpenctopn 17618  Grpcgrp 19170  -gcsg 19172  Metcmet 21691  MetOpencmopn 21695  MetSpcms 24664  normcnm 24922  NrmGrpcngp 24923   toNrmGrp ctng 24924
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5235  ax-sep 5252  ax-nul 5263  ax-pow 5331  ax-pr 5395  ax-un 7772  ax-cnex 11280  ax-resscn 11281  ax-1cn 11282  ax-icn 11283  ax-addcl 11284  ax-addrcl 11285  ax-mulcl 11286  ax-mulrcl 11287  ax-mulcom 11288  ax-addass 11289  ax-mulass 11290  ax-distr 11291  ax-i2m1 11292  ax-1ne0 11293  ax-1rid 11294  ax-rnegex 11295  ax-rrecex 11296  ax-cnre 11297  ax-pre-lttri 11298  ax-pre-lttrn 11299  ax-pre-ltadd 11300  ax-pre-mulgt0 11301  ax-pre-sup 11302
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4839  df-uni 4871  df-iun 4956  df-br 5107  df-opab 5171  df-mpt 5190  df-tr 5216  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6319  df-ord 6380  df-on 6381  df-lim 6382  df-suc 6383  df-iota 6509  df-fun 6557  df-fn 6558  df-f 6559  df-f1 6560  df-fo 6561  df-f1o 6562  df-fv 6563  df-riota 7397  df-ov 7443  df-oprab 7444  df-mpo 7445  df-om 7899  df-1st 8022  df-2nd 8023  df-frecs 8324  df-wrecs 8355  df-recs 8404  df-rdg 8443  df-er 8742  df-map 8874  df-en 8999  df-dom 9000  df-sdom 9001  df-sup 9458  df-inf 9459  df-pnf 11369  df-mnf 11370  df-xr 11371  df-ltxr 11372  df-le 11373  df-sub 11567  df-neg 11568  df-div 11998  df-nn 12360  df-2 12429  df-3 12430  df-4 12431  df-5 12432  df-6 12433  df-7 12434  df-8 12435  df-9 12436  df-n0 12631  df-z 12718  df-dec 12839  df-uz 12990  df-q 13100  df-rp 13145  df-xneg 13265  df-xadd 13266  df-xmul 13267  df-sets 17368  df-slot 17386  df-ndx 17398  df-base 17414  df-plusg 17467  df-tset 17473  df-ds 17476  df-rest 17619  df-topn 17620  df-0g 17638  df-topgen 17640  df-mgm 18842  df-sgrp 18934  df-mnd 18950  df-grp 19173  df-minusg 19174  df-sbg 19175  df-psmet 21697  df-xmet 21698  df-met 21699  df-bl 21700  df-mopn 21701  df-top 23239  df-topon 23256  df-topsp 23278  df-bases 23291  df-xms 24666  df-ms 24667  df-nm 24928  df-ngp 24929  df-tng 24930
This theorem is used by:  tngngpd  24999  tngngp  25000  nrmtngnrm  25004  tngngpim  25005  tngnrg  25020
  Copyright terms: Public domain W3C validator