Metamath Proof Explorer


Theorem isnlm

Description: A normed (left) module is a module which is also a normed group over a normed ring, such that the norm distributes over scalar multiplication. (Contributed by Mario Carneiro, 4-Oct-2015)

Ref Expression
Hypotheses isnlm.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
isnlm.n โŠข ๐‘ = ( norm โ€˜ ๐‘Š )
isnlm.s โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š )
isnlm.f โŠข ๐น = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
isnlm.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐น )
isnlm.a โŠข ๐ด = ( norm โ€˜ ๐น )
Assertion isnlm ( ๐‘Š โˆˆ NrmMod โ†” ( ( ๐‘Š โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐น โˆˆ NrmRing ) โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 isnlm.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘Š )
2 isnlm.n โŠข ๐‘ = ( norm โ€˜ ๐‘Š )
3 isnlm.s โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š )
4 isnlm.f โŠข ๐น = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š )
5 isnlm.k โŠข ๐พ = ( Base โ€˜ ๐น )
6 isnlm.a โŠข ๐ด = ( norm โ€˜ ๐น )
7 anass โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ ( NrmGrp โˆฉ LMod ) โˆง ๐น โˆˆ NrmRing ) โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) โ†” ( ๐‘Š โˆˆ ( NrmGrp โˆฉ LMod ) โˆง ( ๐น โˆˆ NrmRing โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) ) )
8 df-3an โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐น โˆˆ NrmRing ) โ†” ( ( ๐‘Š โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘Š โˆˆ LMod ) โˆง ๐น โˆˆ NrmRing ) )
9 elin โŠข ( ๐‘Š โˆˆ ( NrmGrp โˆฉ LMod ) โ†” ( ๐‘Š โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘Š โˆˆ LMod ) )
10 9 anbi1i โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ ( NrmGrp โˆฉ LMod ) โˆง ๐น โˆˆ NrmRing ) โ†” ( ( ๐‘Š โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘Š โˆˆ LMod ) โˆง ๐น โˆˆ NrmRing ) )
11 8 10 bitr4i โŠข ( ( ๐‘Š โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐น โˆˆ NrmRing ) โ†” ( ๐‘Š โˆˆ ( NrmGrp โˆฉ LMod ) โˆง ๐น โˆˆ NrmRing ) )
12 11 anbi1i โŠข ( ( ( ๐‘Š โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐น โˆˆ NrmRing ) โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) โ†” ( ( ๐‘Š โˆˆ ( NrmGrp โˆฉ LMod ) โˆง ๐น โˆˆ NrmRing ) โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) )
13 fvexd โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) โˆˆ V )
14 id โŠข ( ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) โ†’ ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) )
15 fveq2 โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) = ( Scalar โ€˜ ๐‘Š ) )
16 15 4 eqtr4di โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) = ๐น )
17 14 16 sylan9eqr โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ๐‘“ = ๐น )
18 17 eleq1d โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ( ๐‘“ โˆˆ NrmRing โ†” ๐น โˆˆ NrmRing ) )
19 17 fveq2d โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ( Base โ€˜ ๐‘“ ) = ( Base โ€˜ ๐น ) )
20 19 5 eqtr4di โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ( Base โ€˜ ๐‘“ ) = ๐พ )
21 simpl โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ๐‘ค = ๐‘Š )
22 21 fveq2d โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) = ( Base โ€˜ ๐‘Š ) )
23 22 1 eqtr4di โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) = ๐‘‰ )
24 21 fveq2d โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ( norm โ€˜ ๐‘ค ) = ( norm โ€˜ ๐‘Š ) )
25 24 2 eqtr4di โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ( norm โ€˜ ๐‘ค ) = ๐‘ )
26 21 fveq2d โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘Š ) )
27 26 3 eqtr4di โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) = ยท )
28 27 oveqd โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) )
29 25 28 fveq12d โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ( ( norm โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) = ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) ) )
30 17 fveq2d โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ( norm โ€˜ ๐‘“ ) = ( norm โ€˜ ๐น ) )
31 30 6 eqtr4di โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ( norm โ€˜ ๐‘“ ) = ๐ด )
32 31 fveq1d โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ( ( norm โ€˜ ๐‘“ ) โ€˜ ๐‘ฅ ) = ( ๐ด โ€˜ ๐‘ฅ ) )
33 25 fveq1d โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ( ( norm โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ๐‘ฆ ) = ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) )
34 32 33 oveq12d โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ( ( ( norm โ€˜ ๐‘“ ) โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( ( norm โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) )
35 29 34 eqeq12d โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ( ( ( norm โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ( norm โ€˜ ๐‘“ ) โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( ( norm โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ†” ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) )
36 23 35 raleqbidv โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) ( ( norm โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ( norm โ€˜ ๐‘“ ) โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( ( norm โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ†” โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) )
37 20 36 raleqbidv โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘“ ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) ( ( norm โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ( norm โ€˜ ๐‘“ ) โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( ( norm โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ†” โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) )
38 18 37 anbi12d โŠข ( ( ๐‘ค = ๐‘Š โˆง ๐‘“ = ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) ) โ†’ ( ( ๐‘“ โˆˆ NrmRing โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘“ ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) ( ( norm โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ( norm โ€˜ ๐‘“ ) โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( ( norm โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) โ†” ( ๐น โˆˆ NrmRing โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) ) )
39 13 38 sbcied โŠข ( ๐‘ค = ๐‘Š โ†’ ( [ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) / ๐‘“ ] ( ๐‘“ โˆˆ NrmRing โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘“ ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) ( ( norm โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ( norm โ€˜ ๐‘“ ) โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( ( norm โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) โ†” ( ๐น โˆˆ NrmRing โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) ) )
40 df-nlm โŠข NrmMod = { ๐‘ค โˆˆ ( NrmGrp โˆฉ LMod ) โˆฃ [ ( Scalar โ€˜ ๐‘ค ) / ๐‘“ ] ( ๐‘“ โˆˆ NrmRing โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘“ ) โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘ค ) ( ( norm โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ( ๐‘ฅ ( ยท๐‘  โ€˜ ๐‘ค ) ๐‘ฆ ) ) = ( ( ( norm โ€˜ ๐‘“ ) โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( ( norm โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) }
41 39 40 elrab2 โŠข ( ๐‘Š โˆˆ NrmMod โ†” ( ๐‘Š โˆˆ ( NrmGrp โˆฉ LMod ) โˆง ( ๐น โˆˆ NrmRing โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) ) )
42 7 12 41 3bitr4ri โŠข ( ๐‘Š โˆˆ NrmMod โ†” ( ( ๐‘Š โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘Š โˆˆ LMod โˆง ๐น โˆˆ NrmRing ) โˆง โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐พ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‰ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( ๐‘ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) ) )