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Theorem isngp4

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)

Ref Expression
Hypotheses ngprcan.x ⊢ X = Base G
ngprcan.p ⊢ + ˙ = + G
ngprcan.d ⊢ D = dist ⁡ G
Assertion isngp4 ⊢ G ∈ NrmGrp ↔ G ∈ Grp ∧ G ∈ MetSp ∧ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X ∀ z ∈ X x + ˙ z D y + ˙ z = x D y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ngprcan.x ⊢ X = Base G
2 ngprcan.p ⊢ + ˙ = + G
3 ngprcan.d ⊢ D = dist ⁡ G
4 ngpgrp ⊢ G ∈ NrmGrp → G ∈ Grp
5 ngpms ⊢ G ∈ NrmGrp → G ∈ MetSp
6 1 2 3 ngprcan ⊢ G ∈ NrmGrp ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ z ∈ X → x + ˙ z D y + ˙ z = x D y
7 6 ralrimivvva ⊢ G ∈ NrmGrp → ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X ∀ z ∈ X x + ˙ z D y + ˙ z = x D y
8 4 5 7 3jca ⊢ G ∈ NrmGrp → G ∈ Grp ∧ G ∈ MetSp ∧ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X ∀ z ∈ X x + ˙ z D y + ˙ z = x D y
9 simp1 ⊢ G ∈ Grp ∧ G ∈ MetSp ∧ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X ∀ z ∈ X x + ˙ z D y + ˙ z = x D y → G ∈ Grp
10 simp2 ⊢ G ∈ Grp ∧ G ∈ MetSp ∧ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X ∀ z ∈ X x + ˙ z D y + ˙ z = x D y → G ∈ MetSp
11 eqid ⊢ inv g ⁡ G = inv g ⁡ G
12 1 11 grpinvcl ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ y ∈ X
13 12 ad2ant2rl ⊢ G ∈ Grp ∧ G ∈ MetSp ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → inv g ⁡ G ⁡ y ∈ X
14 eqcom ⊢ x + ˙ z D y + ˙ z = x D y ↔ x D y = x + ˙ z D y + ˙ z
15 oveq2 ⊢ z = inv g ⁡ G ⁡ y → x + ˙ z = x + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y
16 oveq2 ⊢ z = inv g ⁡ G ⁡ y → y + ˙ z = y + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y
17 15 16 oveq12d ⊢ z = inv g ⁡ G ⁡ y → x + ˙ z D y + ˙ z = x + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y D y + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y
18 17 eqeq2d ⊢ z = inv g ⁡ G ⁡ y → x D y = x + ˙ z D y + ˙ z ↔ x D y = x + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y D y + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y
19 14 18 bitrid ⊢ z = inv g ⁡ G ⁡ y → x + ˙ z D y + ˙ z = x D y ↔ x D y = x + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y D y + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y
20 19 rspcv ⊢ inv g ⁡ G ⁡ y ∈ X → ∀ z ∈ X x + ˙ z D y + ˙ z = x D y → x D y = x + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y D y + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y
21 13 20 syl ⊢ G ∈ Grp ∧ G ∈ MetSp ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → ∀ z ∈ X x + ˙ z D y + ˙ z = x D y → x D y = x + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y D y + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y
22 eqid ⊢ - G = - G
23 1 2 11 22 grpsubval ⊢ x ∈ X ∧ y ∈ X → x - G y = x + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y
24 23 adantl ⊢ G ∈ Grp ∧ G ∈ MetSp ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x - G y = x + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y
25 24 eqcomd ⊢ G ∈ Grp ∧ G ∈ MetSp ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y = x - G y
26 eqid ⊢ 0 G = 0 G
27 1 2 26 11 grprinv ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ X → y + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y = 0 G
28 27 ad2ant2rl ⊢ G ∈ Grp ∧ G ∈ MetSp ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → y + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y = 0 G
29 25 28 oveq12d ⊢ G ∈ Grp ∧ G ∈ MetSp ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y D y + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y = x - G y D 0 G
30 1 22 grpsubcl ⊢ G ∈ Grp ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x - G y ∈ X
31 30 3expb ⊢ G ∈ Grp ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x - G y ∈ X
32 31 adantlr ⊢ G ∈ Grp ∧ G ∈ MetSp ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x - G y ∈ X
33 eqid ⊢ norm ⁡ G = norm ⁡ G
34 33 1 26 3 nmval ⊢ x - G y ∈ X → norm ⁡ G ⁡ x - G y = x - G y D 0 G
35 32 34 syl ⊢ G ∈ Grp ∧ G ∈ MetSp ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → norm ⁡ G ⁡ x - G y = x - G y D 0 G
36 29 35 eqtr4d ⊢ G ∈ Grp ∧ G ∈ MetSp ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y D y + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y = norm ⁡ G ⁡ x - G y
37 36 eqeq2d ⊢ G ∈ Grp ∧ G ∈ MetSp ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x D y = x + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y D y + ˙ inv g ⁡ G ⁡ y ↔ x D y = norm ⁡ G ⁡ x - G y
38 21 37 sylibd ⊢ G ∈ Grp ∧ G ∈ MetSp ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → ∀ z ∈ X x + ˙ z D y + ˙ z = x D y → x D y = norm ⁡ G ⁡ x - G y
39 38 ralimdvva ⊢ G ∈ Grp ∧ G ∈ MetSp → ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X ∀ z ∈ X x + ˙ z D y + ˙ z = x D y → ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x D y = norm ⁡ G ⁡ x - G y
40 39 3impia ⊢ G ∈ Grp ∧ G ∈ MetSp ∧ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X ∀ z ∈ X x + ˙ z D y + ˙ z = x D y → ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x D y = norm ⁡ G ⁡ x - G y
41 33 22 3 1 isngp3 ⊢ G ∈ NrmGrp ↔ G ∈ Grp ∧ G ∈ MetSp ∧ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x D y = norm ⁡ G ⁡ x - G y
42 9 10 40 41 syl3anbrc ⊢ G ∈ Grp ∧ G ∈ MetSp ∧ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X ∀ z ∈ X x + ˙ z D y + ˙ z = x D y → G ∈ NrmGrp
43 8 42 impbii ⊢ G ∈ NrmGrp ↔ G ∈ Grp ∧ G ∈ MetSp ∧ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X ∀ z ∈ X x + ˙ z D y + ˙ z = x D y