Theorem tngngp2 24879

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 24826	. . . . 5 ⊢ (𝑇 ∈ NrmGrp → 𝑇 ∈ Grp)
2		tngngp2.x	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑋 = (Base‘𝐺)
3	2	fvexi 6896	. . . . . . 7 ⊢ 𝑋 ∈ V
4		reex 11218	. . . . . . 7 ⊢ ℝ ∈ V
5		fex2 7936	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑋 ∈ V ∧ ℝ ∈ V) → 𝑁 ∈ V)
6	3, 4, 5	mp3an23 1482	. . . . . 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 24868	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ V → 𝑋 = (Base‘𝑇))
10		eqid 2762	. . . . . . . . 9 ⊢ (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
11	8, 10	tngplusg 24869	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ V → (+g‘𝐺) = (+g‘𝑇))
12	11	oveqdr 7444	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ V ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) = (𝑥(+g‘𝑇)𝑦))
13	7, 9, 12	grppropd 19076	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ V → (𝐺 ∈ Grp ↔ 𝑇 ∈ Grp))
14	6, 13	syl 18	. . . . 5 ⊢ (𝑁:𝑋⟶ℝ → (𝐺 ∈ Grp ↔ 𝑇 ∈ Grp))
15	1, 14	imbitrrid 249	. . . 4 ⊢ (𝑁:𝑋⟶ℝ → (𝑇 ∈ NrmGrp → 𝐺 ∈ Grp))
16	15	imp 412	. . 3 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝐺 ∈ Grp)
17		ngpms 24827	. . . . . 6 ⊢ (𝑇 ∈ NrmGrp → 𝑇 ∈ MetSp)
18	17	adantl 487	. . . . 5 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝑇 ∈ MetSp)
19		eqid 2762	. . . . . 6 ⊢ (Base‘𝑇) = (Base‘𝑇)
20		tngngp2.d	. . . . . 6 ⊢ 𝐷 = (dist‘𝑇)
21	19, 20	msmet2 24687	. . . . 5 ⊢ (𝑇 ∈ MetSp → (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) ∈ (Met‘(Base‘𝑇)))
22	18, 21	syl 18	. . . 4 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) ∈ (Met‘(Base‘𝑇)))
23		eqid 2762	. . . . . . . . . 10 ⊢ (-g‘𝐺) = (-g‘𝐺)
24	2, 23	grpsubf 19143	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐺 ∈ Grp → (-g‘𝐺):(𝑋 × 𝑋)⟶𝑋)
25	16, 24	syl 18	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (-g‘𝐺):(𝑋 × 𝑋)⟶𝑋)
26		fco 6731	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (-g‘𝐺):(𝑋 × 𝑋)⟶𝑋) → (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)):(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ)
27	25, 26	syldan 603	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)):(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ)
28	6	adantr 486	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝑁 ∈ V)
29	8, 23	tngds 24875	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑁 ∈ V → (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)) = (dist‘𝑇))
30	28, 29	syl 18	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)) = (dist‘𝑇))
31	20, 30	eqtr4id 2816	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝐷 = (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)))
32	31	feq1d 6688	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝐷:(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ ↔ (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)):(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ))
33	27, 32	mpbird 260	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝐷:(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ)
34		ffn 6706	. . . . . 6 ⊢ (𝐷:(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ → 𝐷 Fn (𝑋 × 𝑋))
35		fnresdm 6655	. . . . . 6 ⊢ (𝐷 Fn (𝑋 × 𝑋) → (𝐷 ↾ (𝑋 × 𝑋)) = 𝐷)
36	33, 34, 35	3syl 19	. . . . 5 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝐷 ↾ (𝑋 × 𝑋)) = 𝐷)
37	28, 9	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝑋 = (Base‘𝑇))
38	37	sqxpeqd 5691	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝑋 × 𝑋) = ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)))
39	38	reseq2d 5976	. . . . 5 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝐷 ↾ (𝑋 × 𝑋)) = (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))))
40	36, 39	eqtr3d 2799	. . . 4 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝐷 = (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))))
41	37	fveq2d 6886	. . . 4 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (Met‘𝑋) = (Met‘(Base‘𝑇)))
42	22, 40, 41	3eltr4d 2877	. . 3 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))
43	16, 42	jca 521	. 2 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝑇 ∈ NrmGrp) → (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋)))
44	14	biimpa 482	. . . 4 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ 𝐺 ∈ Grp) → 𝑇 ∈ Grp)
45	44	adantrr 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))
47	6	adantr 486	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑁 ∈ V)
48	47, 9	syl 18	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑋 = (Base‘𝑇))
49	48	fveq2d 6886	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (Met‘𝑋) = (Met‘(Base‘𝑇)))
50	46, 49	eleqtrd 2864	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝐷 ∈ (Met‘(Base‘𝑇)))
51		metf 24557	. . . . . 6 ⊢ (𝐷 ∈ (Met‘(Base‘𝑇)) → 𝐷:((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))⟶ℝ)
52		ffn 6706	. . . . . 6 ⊢ (𝐷:((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))⟶ℝ → 𝐷 Fn ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)))
53		fnresdm 6655	. . . . . 6 ⊢ (𝐷 Fn ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)) → (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) = 𝐷)
54	50, 51, 52, 53	4syl 20	. . . . 5 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) = 𝐷)
55	54, 50	eqeltrd 2862	. . . 4 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) ∈ (Met‘(Base‘𝑇)))
56	54	fveq2d 6886	. . . . 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 2762	. . . . . . 7 ⊢ (MetOpen‘𝐷) = (MetOpen‘𝐷)
59	8, 20, 58	tngtopn 24877	. . . . . 6 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑁 ∈ V) → (MetOpen‘𝐷) = (TopOpen‘𝑇))
60	57, 47, 59	syl2anc 596	. . . . 5 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (MetOpen‘𝐷) = (TopOpen‘𝑇))
61	56, 60	eqtr2d 2798	. . . 4 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (TopOpen‘𝑇) = (MetOpen‘(𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)))))
62		eqid 2762	. . . . 5 ⊢ (TopOpen‘𝑇) = (TopOpen‘𝑇)
63	20	reseq1i 5972	. . . . 5 ⊢ (𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) = ((dist‘𝑇) ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇)))
64	62, 19, 63	isms2 24677	. . . 4 ⊢ (𝑇 ∈ MetSp ↔ ((𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))) ∈ (Met‘(Base‘𝑇)) ∧ (TopOpen‘𝑇) = (MetOpen‘(𝐷 ↾ ((Base‘𝑇) × (Base‘𝑇))))))
65	55, 61, 64	sylanbrc 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)
67	8, 2, 4	tngnm 24878	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑁:𝑋⟶ℝ) → 𝑁 = (norm‘𝑇))
68	57, 66, 67	syl2anc 596	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑁 = (norm‘𝑇))
69	7, 9	eqtr3d 2799	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ V → (Base‘𝐺) = (Base‘𝑇))
70	69, 11	grpsubpropd 19169	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ V → (-g‘𝐺) = (-g‘𝑇))
71	47, 70	syl 18	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (-g‘𝐺) = (-g‘𝑇))
72	68, 71	coeq12d 5848	. . . . 5 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)) = ((norm‘𝑇) ∘ (-g‘𝑇)))
73	47, 29	syl 18	. . . . 5 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → (𝑁 ∘ (-g‘𝐺)) = (dist‘𝑇))
74	72, 73	eqtr3d 2799	. . . 4 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → ((norm‘𝑇) ∘ (-g‘𝑇)) = (dist‘𝑇))
75		eqimss 3992	. . . 4 ⊢ (((norm‘𝑇) ∘ (-g‘𝑇)) = (dist‘𝑇) → ((norm‘𝑇) ∘ (-g‘𝑇)) ⊆ (dist‘𝑇))
76	74, 75	syl 18	. . 3 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → ((norm‘𝑇) ∘ (-g‘𝑇)) ⊆ (dist‘𝑇))
77		eqid 2762	. . . 4 ⊢ (norm‘𝑇) = (norm‘𝑇)
78		eqid 2762	. . . 4 ⊢ (-g‘𝑇) = (-g‘𝑇)
79		eqid 2762	. . . 4 ⊢ (dist‘𝑇) = (dist‘𝑇)
80	77, 78, 79	isngp 24823	. . 3 ⊢ (𝑇 ∈ NrmGrp ↔ (𝑇 ∈ Grp ∧ 𝑇 ∈ MetSp ∧ ((norm‘𝑇) ∘ (-g‘𝑇)) ⊆ (dist‘𝑇)))
81	45, 65, 76, 80	syl3anbrc 1362	. 2 ⊢ ((𝑁:𝑋⟶ℝ ∧ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))) → 𝑇 ∈ NrmGrp)
82	43, 81	impbida 813	1 ⊢ (𝑁:𝑋⟶ℝ → (𝑇 ∈ NrmGrp ↔ (𝐺 ∈ Grp ∧ 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2145  Vcvv 3453   ⊆ wss 3902   × cxp 5657   ↾ cres 5661   ∘ ccom 5663   Fn wfn 6532  ⟶wf 6533  ‘cfv 6537  (class class class)co 7416  ℝcr 11126  Basecbs 17305  +_gcplusg 17346  distcds 17355  TopOpenctopn 17510  Grpcgrp 19058  -_gcsg 19060  Metcmet 21572  MetOpencmopn 21576  MetSpcms 24545  normcnm 24803  NrmGrpcngp 24804   toNrmGrp ctng 24805

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 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2215  ax-ext 2734  ax-rep 5236  ax-sep 5255  ax-nul 5267  ax-pow 5334  ax-pr 5402  ax-un 7739  ax-cnex 11183  ax-resscn 11184  ax-1cn 11185  ax-icn 11186  ax-addcl 11187  ax-addrcl 11188  ax-mulcl 11189  ax-mulrcl 11190  ax-mulcom 11191  ax-addass 11192  ax-mulass 11193  ax-distr 11194  ax-i2m1 11195  ax-1ne0 11196  ax-1rid 11197  ax-rnegex 11198  ax-rrecex 11199  ax-cnre 11200  ax-pre-lttri 11201  ax-pre-lttrn 11202  ax-pre-ltadd 11203  ax-pre-mulgt0 11204  ax-pre-sup 11205

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 2100  df-mo 2566  df-eu 2596  df-clab 2741  df-cleq 2754  df-clel 2837  df-nfc 2911  df-ne 2958  df-nel 3064  df-ral 3079  df-rex 3089  df-rmo 3367  df-reu 3368  df-rab 3415  df-v 3455  df-sbc 3743  df-csb 3851  df-dif 3905  df-un 3907  df-in 3909  df-ss 3919  df-pss 3922  df-nul 4283  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4588  df-pr 4590  df-op 4594  df-uni 4871  df-iun 4956  df-br 5108  df-opab 5172  df-mpt 5191  df-tr 5217  df-id 5554  df-eprel 5559  df-po 5567  df-so 5568  df-fr 5612  df-we 5614  df-xp 5665  df-rel 5666  df-cnv 5667  df-co 5668  df-dm 5669  df-rn 5670  df-res 5671  df-ima 5672  df-pred 6303  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6493  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-riota 7373  df-ov 7419  df-oprab 7420  df-mpo 7421  df-om 7866  df-1st 7989  df-2nd 7990  df-frecs 8283  df-wrecs 8314  df-recs 8363  df-rdg 8402  df-er 8699  df-map 8831  df-en 8956  df-dom 8957  df-sdom 8958  df-sup 9415  df-inf 9416  df-pnf 11272  df-mnf 11273  df-xr 11274  df-ltxr 11275  df-le 11276  df-sub 11470  df-neg 11471  df-div 11899  df-nn 12261  df-2 12330  df-3 12331  df-4 12332  df-5 12333  df-6 12334  df-7 12335  df-8 12336  df-9 12337  df-n0 12532  df-z 12619  df-dec 12740  df-uz 12891  df-q 13001  df-rp 13045  df-xneg 13165  df-xadd 13166  df-xmul 13167  df-sets 17260  df-slot 17278  df-ndx 17290  df-base 17306  df-plusg 17359  df-tset 17365  df-ds 17368  df-rest 17511  df-topn 17512  df-0g 17530  df-topgen 17532  df-mgm 18734  df-sgrp 18823  df-mnd 18839  df-grp 19061  df-minusg 19062  df-sbg 19063  df-psmet 21578  df-xmet 21579  df-met 21580  df-bl 21581  df-mopn 21582  df-top 23120  df-topon 23137  df-topsp 23159  df-bases 23172  df-xms 24547  df-ms 24548  df-nm 24809  df-ngp 24810  df-tng 24811

This theorem is used by:  tngngpd  24880  tngngp  24881  nrmtngnrm  24885  tngngpim  24886  tngnrg  24901