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Theorem tmdgsum

Description: In a topological monoid, the group sum operation is a continuous function from the function space to the base topology. This theorem is not true when A is infinite, because in this case for any basic open set of the domain one of the factors will be the whole space, so by varying the value of the functions to sum at this index, one can achieve any desired sum. (Contributed by Mario Carneiro, 19-Sep-2015) (Proof shortened by AV, 24-Jul-2019)

Ref Expression
Hypotheses tmdgsum.j J=TopOpenG
tmdgsum.b B=BaseG
Assertion tmdgsum GCMndGTopMndAFinxBAGxJ^ko𝒫ACnJ

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 tmdgsum.j J=TopOpenG
2 tmdgsum.b B=BaseG
3 oveq2 w=Bw=B
4 3 mpteq1d w=xBwGx=xBGx
5 xpeq1 w=w×J=×J
6 0xp ×J=
7 5 6 eqtrdi w=w×J=
8 7 fveq2d w=𝑡w×J=𝑡
9 8 oveq1d w=𝑡w×JCnJ=𝑡CnJ
10 4 9 eleq12d w=xBwGx𝑡w×JCnJxBGx𝑡CnJ
11 10 imbi2d w=GCMndGTopMndxBwGx𝑡w×JCnJGCMndGTopMndxBGx𝑡CnJ
12 oveq2 w=yBw=By
13 12 mpteq1d w=yxBwGx=xByGx
14 xpeq1 w=yw×J=y×J
15 14 fveq2d w=y𝑡w×J=𝑡y×J
16 15 oveq1d w=y𝑡w×JCnJ=𝑡y×JCnJ
17 13 16 eleq12d w=yxBwGx𝑡w×JCnJxByGx𝑡y×JCnJ
18 17 imbi2d w=yGCMndGTopMndxBwGx𝑡w×JCnJGCMndGTopMndxByGx𝑡y×JCnJ
19 oveq2 w=yzBw=Byz
20 19 mpteq1d w=yzxBwGx=xByzGx
21 xpeq1 w=yzw×J=yz×J
22 21 fveq2d w=yz𝑡w×J=𝑡yz×J
23 22 oveq1d w=yz𝑡w×JCnJ=𝑡yz×JCnJ
24 20 23 eleq12d w=yzxBwGx𝑡w×JCnJxByzGx𝑡yz×JCnJ
25 24 imbi2d w=yzGCMndGTopMndxBwGx𝑡w×JCnJGCMndGTopMndxByzGx𝑡yz×JCnJ
26 oveq2 w=ABw=BA
27 26 mpteq1d w=AxBwGx=xBAGx
28 xpeq1 w=Aw×J=A×J
29 28 fveq2d w=A𝑡w×J=𝑡A×J
30 29 oveq1d w=A𝑡w×JCnJ=𝑡A×JCnJ
31 27 30 eleq12d w=AxBwGx𝑡w×JCnJxBAGx𝑡A×JCnJ
32 31 imbi2d w=AGCMndGTopMndxBwGx𝑡w×JCnJGCMndGTopMndxBAGx𝑡A×JCnJ
33 elmapfn xBxFn
34 fn0 xFnx=
35 33 34 sylib xBx=
36 35 oveq2d xBGx=G
37 eqid 0G=0G
38 37 gsum0 G=0G
39 36 38 eqtrdi xBGx=0G
40 39 mpteq2ia xBGx=xB0G
41 0ex V
42 1 2 tmdtopon GTopMndJTopOnB
43 42 adantl GCMndGTopMndJTopOnB
44 6 fveq2i 𝑡×J=𝑡
45 44 eqcomi 𝑡=𝑡×J
46 45 pttoponconst VJTopOnB𝑡TopOnB
47 41 43 46 sylancr GCMndGTopMnd𝑡TopOnB
48 tmdmnd GTopMndGMnd
49 48 adantl GCMndGTopMndGMnd
50 2 37 mndidcl GMnd0GB
51 49 50 syl GCMndGTopMnd0GB
52 47 43 51 cnmptc GCMndGTopMndxB0G𝑡CnJ
53 40 52 eqeltrid GCMndGTopMndxBGx𝑡CnJ
54 oveq2 x=wGx=Gw
55 54 cbvmptv xByzGx=wByzGw
56 eqid +G=+G
57 simpl1l GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzGCMnd
58 simp2l GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJyFin
59 snfi zFin
60 unfi yFinzFinyzFin
61 58 59 60 sylancl GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJyzFin
62 61 adantr GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzyzFin
63 elmapi wByzw:yzB
64 63 adantl GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzw:yzB
65 fvexd GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByz0GV
66 64 62 65 fdmfifsupp GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzfinSupp0Gw
67 simpl2r GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByz¬zy
68 disjsn yz=¬zy
69 67 68 sylibr GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzyz=
70 eqidd GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzyz=yz
71 2 37 56 57 62 64 66 69 70 gsumsplit GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzGw=Gwy+GGwz
72 71 mpteq2dva GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzGw=wByzGwy+GGwz
73 55 72 eqtrid GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJxByzGx=wByzGwy+GGwz
74 simp1r GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJGTopMnd
75 74 42 syl GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJJTopOnB
76 eqid 𝑡yz×J=𝑡yz×J
77 76 pttoponconst yzFinJTopOnB𝑡yz×JTopOnByz
78 61 75 77 syl2anc GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJ𝑡yz×JTopOnByz
79 toponuni 𝑡yz×JTopOnByzByz=𝑡yz×J
80 78 79 syl GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJByz=𝑡yz×J
81 80 mpteq1d GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzwy=w𝑡yz×Jwy
82 topontop JTopOnBJTop
83 74 42 82 3syl GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJJTop
84 fconst6g JTopyz×J:yzTop
85 83 84 syl GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJyz×J:yzTop
86 ssun1 yyz
87 86 a1i GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJyyz
88 eqid 𝑡yz×J=𝑡yz×J
89 xpssres yyzyz×Jy=y×J
90 86 89 ax-mp yz×Jy=y×J
91 90 eqcomi y×J=yz×Jy
92 91 fveq2i 𝑡y×J=𝑡yz×Jy
93 88 76 92 ptrescn yzFinyz×J:yzTopyyzw𝑡yz×Jwy𝑡yz×JCn𝑡y×J
94 61 85 87 93 syl3anc GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJw𝑡yz×Jwy𝑡yz×JCn𝑡y×J
95 81 94 eqeltrd GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzwy𝑡yz×JCn𝑡y×J
96 eqid 𝑡y×J=𝑡y×J
97 96 pttoponconst yFinJTopOnB𝑡y×JTopOnBy
98 58 75 97 syl2anc GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJ𝑡y×JTopOnBy
99 simp3 GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJxByGx𝑡y×JCnJ
100 oveq2 x=wyGx=Gwy
101 78 95 98 99 100 cnmpt11 GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzGwy𝑡yz×JCnJ
102 64 feqmptd GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzw=kyzwk
103 102 reseq1d GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzwz=kyzwkz
104 ssun2 zyz
105 resmpt zyzkyzwkz=kzwk
106 104 105 ax-mp kyzwkz=kzwk
107 103 106 eqtrdi GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzwz=kzwk
108 107 oveq2d GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzGwz=Gkzwk
109 cmnmnd GCMndGMnd
110 57 109 syl GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzGMnd
111 vex zV
112 111 a1i GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzzV
113 vsnid zz
114 elun2 zzzyz
115 113 114 mp1i GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzzyz
116 64 115 ffvelcdmd GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzwzB
117 fveq2 k=zwk=wz
118 2 117 gsumsn GMndzVwzBGkzwk=wz
119 110 112 116 118 syl3anc GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzGkzwk=wz
120 108 119 eqtrd GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzGwz=wz
121 120 mpteq2dva GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzGwz=wByzwz
122 80 mpteq1d GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzwz=w𝑡yz×Jwz
123 113 114 mp1i GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJzyz
124 88 76 ptpjcn yzFinyz×J:yzTopzyzw𝑡yz×Jwz𝑡yz×JCnyz×Jz
125 61 85 123 124 syl3anc GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJw𝑡yz×Jwz𝑡yz×JCnyz×Jz
126 122 125 eqeltrd GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzwz𝑡yz×JCnyz×Jz
127 fvconst2g JTopzyzyz×Jz=J
128 83 123 127 syl2anc GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJyz×Jz=J
129 128 oveq2d GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJ𝑡yz×JCnyz×Jz=𝑡yz×JCnJ
130 126 129 eleqtrd GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzwz𝑡yz×JCnJ
131 121 130 eqeltrd GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzGwz𝑡yz×JCnJ
132 1 56 74 78 101 131 cnmpt1plusg GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJwByzGwy+GGwz𝑡yz×JCnJ
133 73 132 eqeltrd GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJxByzGx𝑡yz×JCnJ
134 133 3expia GCMndGTopMndyFin¬zyxByGx𝑡y×JCnJxByzGx𝑡yz×JCnJ
135 134 expcom yFin¬zyGCMndGTopMndxByGx𝑡y×JCnJxByzGx𝑡yz×JCnJ
136 135 a2d yFin¬zyGCMndGTopMndxByGx𝑡y×JCnJGCMndGTopMndxByzGx𝑡yz×JCnJ
137 11 18 25 32 53 136 findcard2s AFinGCMndGTopMndxBAGx𝑡A×JCnJ
138 137 com12 GCMndGTopMndAFinxBAGx𝑡A×JCnJ
139 138 3impia GCMndGTopMndAFinxBAGx𝑡A×JCnJ
140 42 82 syl GTopMndJTop
141 xkopt JTopAFinJ^ko𝒫A=𝑡A×J
142 140 141 sylan GTopMndAFinJ^ko𝒫A=𝑡A×J
143 142 3adant1 GCMndGTopMndAFinJ^ko𝒫A=𝑡A×J
144 143 oveq1d GCMndGTopMndAFinJ^ko𝒫ACnJ=𝑡A×JCnJ
145 139 144 eleqtrrd GCMndGTopMndAFinxBAGxJ^ko𝒫ACnJ