Theorem tngngp2 24573

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.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ngpgrp 24520	. . . . 5 ⊢ (𝑇 ∈ NrmGrp → 𝑇 ∈ Grp)
2		tngngp2.x	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑋 = (Base‘𝐺)
3	2	fvexi 6854	. . . . . . 7 ⊢ 𝑋 ∈ V
4		reex 11135	. . . . . . 7 ⊢ ℝ ∈ V
5		fex2 7892	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑋 ∈ V ∧ ℝ ∈ V) → 𝑁 ∈ V)
6	3, 4, 5	mp3an23 1455	. . . . . 6 ⊢ (𝑁:𝑋⟶ℝ → 𝑁 ∈ V)
7	2	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ V → 𝑋 = (Base‘𝐺))
8		tngngp2.t	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑇 = (𝐺 toNrmGrp 𝑁)
9	8, 2	tngbas 24562	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ V → 𝑋 = (Base‘𝑇))
10		eqid 2729	. . . . . . . . 9 ⊢ (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
11	8, 10	tngplusg 24563	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ V → (+g‘𝐺) = (+g‘𝑇))
12	11	oveqdr 7397	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ V ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) = (𝑥(+g‘𝑇)𝑦))
13	7, 9, 12	grppropd 18865	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ V → (𝐺 ∈ Grp ↔ 𝑇 ∈ Grp))
14	6, 13	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝑁:𝑋⟶ℝ → (𝐺 ∈ Grp ↔ 𝑇 ∈ Grp))
15	1, 14	imbitrrid 246	. . . 4 ⊢ (𝑁:𝑋⟶ℝ → (𝑇 ∈ NrmGrp → 𝐺 ∈ Grp))
16	15	imp 406	. . 3 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝐺 ∈ Grp)
17		ngpms 24521	. . . . . 6 ⊢ (𝑇 ∈ NrmGrp → 𝑇 ∈ MetSp)
18	17	adantl 481	. . . . 5 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝑇 ∈ MetSp)
19		eqid 2729	. . . . . 6 ⊢ (Base‘𝑇) = (Base‘𝑇)
20		tngngp2.d	. . . . . 6 ⊢ 𝐷 = (dist‘𝑇)
21	19, 20	msmet2 24381	. . . . 5 ⊢ (𝑇 ∈ MetSp → (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) ∈ (Met‘(Base‘𝑇)))
22	18, 21	syl 17	. . . 4 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) ∈ (Met‘(Base‘𝑇)))
23		eqid 2729	. . . . . . . . . 10 ⊢ (-g‘𝐺) = (-g‘𝐺)
24	2, 23	grpsubf 18933	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → (-g‘𝐺):(𝑋 × 𝑋)⟶𝑋)
25	16, 24	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (-g‘𝐺):(𝑋 × 𝑋)⟶𝑋)
26		fco 6694	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (-g‘𝐺):(𝑋 × 𝑋)⟶𝑋) → (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)):(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ)
27	25, 26	syldan 591	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)):(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ)
28	6	adantr 480	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝑁 ∈ V)
29	8, 23	tngds 24569	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑁 ∈ V → (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)) = (dist‘𝑇))
30	28, 29	syl 17	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)) = (dist‘𝑇))
31	20, 30	eqtr4id 2783	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝐷 = (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)))
32	31	feq1d 6652	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝐷:(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ ↔ (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)):(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ))
33	27, 32	mpbird 257	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝐷:(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ)
34		ffn 6670	. . . . . 6 ⊢ (𝐷:(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ → 𝐷 Fn (𝑋 × 𝑋))
35		fnresdm 6619	. . . . . 6 ⊢ (𝐷 Fn (𝑋 × 𝑋) → (𝐷 ↾ (𝑋 × 𝑋)) = 𝐷)
36	33, 34, 35	3syl 18	. . . . 5 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝐷 ↾ (𝑋 × 𝑋)) = 𝐷)
37	28, 9	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝑋 = (Base‘𝑇))
38	37	sqxpeqd 5663	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝑋 × 𝑋) = ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)))
39	38	reseq2d 5939	. . . . 5 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝐷 ↾ (𝑋 × 𝑋)) = (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))))
40	36, 39	eqtr3d 2766	. . . 4 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝐷 = (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))))
41	37	fveq2d 6844	. . . 4 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (Met‘𝑋) = (Met‘(Base‘𝑇)))
42	22, 40, 41	3eltr4d 2843	. . 3 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))
43	16, 42	jca 511	. 2 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋)))
44	14	biimpa 476	. . . 4 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝐺 ∈ Grp) → 𝑇 ∈ Grp)
45	44	adantrr 717	. . 3 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑇 ∈ Grp)
46		simprr 772	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))
47	6	adantr 480	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑁 ∈ V)
48	47, 9	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑋 = (Base‘𝑇))
49	48	fveq2d 6844	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (Met‘𝑋) = (Met‘(Base‘𝑇)))
50	46, 49	eleqtrd 2830	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝐷 ∈ (Met‘(Base‘𝑇)))
51		metf 24251	. . . . . 6 ⊢ (𝐷 ∈ (Met‘(Base‘𝑇)) → 𝐷:((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))⟶ℝ)
52		ffn 6670	. . . . . 6 ⊢ (𝐷:((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))⟶ℝ → 𝐷 Fn ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)))
53		fnresdm 6619	. . . . . 6 ⊢ (𝐷 Fn ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)) → (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) = 𝐷)
54	50, 51, 52, 53	4syl 19	. . . . 5 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) = 𝐷)
55	54, 50	eqeltrd 2828	. . . 4 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) ∈ (Met‘(Base‘𝑇)))
56	54	fveq2d 6844	. . . . 5 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (MetOpen‘(𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)))) = (MetOpen‘𝐷))
57		simprl 770	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝐺 ∈ Grp)
58		eqid 2729	. . . . . . 7 ⊢ (MetOpen‘𝐷) = (MetOpen‘𝐷)
59	8, 20, 58	tngtopn 24571	. . . . . 6 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑁 ∈ V) → (MetOpen‘𝐷) = (TopOpen‘𝑇))
60	57, 47, 59	syl2anc 584	. . . . 5 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (MetOpen‘𝐷) = (TopOpen‘𝑇))
61	56, 60	eqtr2d 2765	. . . 4 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (TopOpen‘𝑇) = (MetOpen‘(𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)))))
62		eqid 2729	. . . . 5 ⊢ (TopOpen‘𝑇) = (TopOpen‘𝑇)
63	20	reseq1i 5935	. . . . 5 ⊢ (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) = ((dist‘𝑇) ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)))
64	62, 19, 63	isms2 24371	. . . 4 ⊢ (𝑇 ∈ MetSp ↔ ((𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) ∈ (Met‘(Base‘𝑇)) ∧ (TopOpen‘𝑇) = (MetOpen‘(𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))))))
65	55, 61, 64	sylanbrc 583	. . 3 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑇 ∈ MetSp)
66		simpl 482	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑁:𝑋⟶ℝ)
67	8, 2, 4	tngnm 24572	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑁:𝑋⟶ℝ) → 𝑁 = (norm‘𝑇))
68	57, 66, 67	syl2anc 584	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑁 = (norm‘𝑇))
69	7, 9	eqtr3d 2766	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ V → (Base‘𝐺) = (Base‘𝑇))
70	69, 11	grpsubpropd 18959	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ V → (-g‘𝐺) = (-g‘𝑇))
71	47, 70	syl 17	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (-g‘𝐺) = (-g‘𝑇))
72	68, 71	coeq12d 5818	. . . . 5 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)) = ((norm‘𝑇) ∘ (-g‘𝑇)))
73	47, 29	syl 17	. . . . 5 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)) = (dist‘𝑇))
74	72, 73	eqtr3d 2766	. . . 4 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → ((norm‘𝑇) ∘ (-g‘𝑇)) = (dist‘𝑇))
75		eqimss 4002	. . . 4 ⊢ (((norm‘𝑇) ∘ (-g‘𝑇)) = (dist‘𝑇) → ((norm‘𝑇) ∘ (-g‘𝑇)) ⊆ (dist‘𝑇))
76	74, 75	syl 17	. . 3 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → ((norm‘𝑇) ∘ (-g‘𝑇)) ⊆ (dist‘𝑇))
77		eqid 2729	. . . 4 ⊢ (norm‘𝑇) = (norm‘𝑇)
78		eqid 2729	. . . 4 ⊢ (-g‘𝑇) = (-g‘𝑇)
79		eqid 2729	. . . 4 ⊢ (dist‘𝑇) = (dist‘𝑇)
80	77, 78, 79	isngp 24517	. . 3 ⊢ (𝑇 ∈ NrmGrp ↔ (𝑇 ∈ Grp ∧ 𝑇 ∈ MetSp ∧ ((norm‘𝑇) ∘ (-g‘𝑇)) ⊆ (dist‘𝑇)))
81	45, 65, 76, 80	syl3anbrc 1344	. 2 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑇 ∈ NrmGrp)
82	43, 81	impbida 800	1 ⊢ (𝑁:𝑋⟶ℝ → (𝑇 ∈ NrmGrp ↔ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   = wceq 1540   ∈ wcel 2109  Vcvv 3444   ⊆ wss 3911   × cxp 5629   ↾ cres 5633   ∘ ccom 5635   Fn wfn 6494  ⟶wf 6495  ‘cfv 6499  (class class class)co 7369  ℝcr 11043  Basecbs 17155  +_gcplusg 17196  distcds 17205  TopOpenctopn 17360  Grpcgrp 18847  -_gcsg 18849  Metcmet 21282  MetOpencmopn 21286  MetSpcms 24239  normcnm 24497  NrmGrpcngp 24498   toNrmGrp ctng 24499

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2008  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2701  ax-rep 5229  ax-sep 5246  ax-nul 5256  ax-pow 5315  ax-pr 5382  ax-un 7691  ax-cnex 11100  ax-resscn 11101  ax-1cn 11102  ax-icn 11103  ax-addcl 11104  ax-addrcl 11105  ax-mulcl 11106  ax-mulrcl 11107  ax-mulcom 11108  ax-addass 11109  ax-mulass 11110  ax-distr 11111  ax-i2m1 11112  ax-1ne0 11113  ax-1rid 11114  ax-rnegex 11115  ax-rrecex 11116  ax-cnre 11117  ax-pre-lttri 11118  ax-pre-lttrn 11119  ax-pre-ltadd 11120  ax-pre-mulgt0 11121  ax-pre-sup 11122

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2708  df-cleq 2721  df-clel 2803  df-nfc 2878  df-ne 2926  df-nel 3030  df-ral 3045  df-rex 3054  df-rmo 3351  df-reu 3352  df-rab 3403  df-v 3446  df-sbc 3751  df-csb 3860  df-dif 3914  df-un 3916  df-in 3918  df-ss 3928  df-pss 3931  df-nul 4293  df-if 4485  df-pw 4561  df-sn 4586  df-pr 4588  df-op 4592  df-uni 4868  df-iun 4953  df-br 5103  df-opab 5165  df-mpt 5184  df-tr 5210  df-id 5526  df-eprel 5531  df-po 5539  df-so 5540  df-fr 5584  df-we 5586  df-xp 5637  df-rel 5638  df-cnv 5639  df-co 5640  df-dm 5641  df-rn 5642  df-res 5643  df-ima 5644  df-pred 6262  df-ord 6323  df-on 6324  df-lim 6325  df-suc 6326  df-iota 6452  df-fun 6501  df-fn 6502  df-f 6503  df-f1 6504  df-fo 6505  df-f1o 6506  df-fv 6507  df-riota 7326  df-ov 7372  df-oprab 7373  df-mpo 7374  df-om 7823  df-1st 7947  df-2nd 7948  df-frecs 8237  df-wrecs 8268  df-recs 8317  df-rdg 8355  df-er 8648  df-map 8778  df-en 8896  df-dom 8897  df-sdom 8898  df-sup 9369  df-inf 9370  df-pnf 11186  df-mnf 11187  df-xr 11188  df-ltxr 11189  df-le 11190  df-sub 11383  df-neg 11384  df-div 11812  df-nn 12163  df-2 12225  df-3 12226  df-4 12227  df-5 12228  df-6 12229  df-7 12230  df-8 12231  df-9 12232  df-n0 12419  df-z 12506  df-dec 12626  df-uz 12770  df-q 12884  df-rp 12928  df-xneg 13048  df-xadd 13049  df-xmul 13050  df-sets 17110  df-slot 17128  df-ndx 17140  df-base 17156  df-plusg 17209  df-tset 17215  df-ds 17218  df-rest 17361  df-topn 17362  df-0g 17380  df-topgen 17382  df-mgm 18549  df-sgrp 18628  df-mnd 18644  df-grp 18850  df-minusg 18851  df-sbg 18852  df-psmet 21288  df-xmet 21289  df-met 21290  df-bl 21291  df-mopn 21292  df-top 22814  df-topon 22831  df-topsp 22853  df-bases 22866  df-xms 24241  df-ms 24242  df-nm 24503  df-ngp 24504  df-tng 24505

This theorem is referenced by:  tngngpd  24574  tngngp  24575  nrmtngnrm  24579  tngngpim  24580  tngnrg  24595