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Theorem nlmvscnlem2

Description: Lemma for nlmvscn . Compare this proof with the similar elementary proof mulcn2 for continuity of multiplication on CC . (Contributed by Mario Carneiro, 5-Oct-2015)

Ref Expression
Hypotheses nlmvscn.f 𝐹 = ( Scalar ‘ 𝑊 )
nlmvscn.v 𝑉 = ( Base ‘ 𝑊 )
nlmvscn.k 𝐾 = ( Base ‘ 𝐹 )
nlmvscn.d 𝐷 = ( dist ‘ 𝑊 )
nlmvscn.e 𝐸 = ( dist ‘ 𝐹 )
nlmvscn.n 𝑁 = ( norm ‘ 𝑊 )
nlmvscn.a 𝐴 = ( norm ‘ 𝐹 )
nlmvscn.s · = ( ·𝑠𝑊 )
nlmvscn.t 𝑇 = ( ( 𝑅 / 2 ) / ( ( 𝐴𝐵 ) + 1 ) )
nlmvscn.u 𝑈 = ( ( 𝑅 / 2 ) / ( ( 𝑁𝑋 ) + 𝑇 ) )
nlmvscn.w ( 𝜑𝑊 ∈ NrmMod )
nlmvscn.r ( 𝜑𝑅 ∈ ℝ+ )
nlmvscn.b ( 𝜑𝐵𝐾 )
nlmvscn.x ( 𝜑𝑋𝑉 )
nlmvscn.c ( 𝜑𝐶𝐾 )
nlmvscn.y ( 𝜑𝑌𝑉 )
nlmvscn.1 ( 𝜑 → ( 𝐵 𝐸 𝐶 ) < 𝑈 )
nlmvscn.2 ( 𝜑 → ( 𝑋 𝐷 𝑌 ) < 𝑇 )
Assertion nlmvscnlem2 ( 𝜑 → ( ( 𝐵 · 𝑋 ) 𝐷 ( 𝐶 · 𝑌 ) ) < 𝑅 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 nlmvscn.f 𝐹 = ( Scalar ‘ 𝑊 )
2 nlmvscn.v 𝑉 = ( Base ‘ 𝑊 )
3 nlmvscn.k 𝐾 = ( Base ‘ 𝐹 )
4 nlmvscn.d 𝐷 = ( dist ‘ 𝑊 )
5 nlmvscn.e 𝐸 = ( dist ‘ 𝐹 )
6 nlmvscn.n 𝑁 = ( norm ‘ 𝑊 )
7 nlmvscn.a 𝐴 = ( norm ‘ 𝐹 )
8 nlmvscn.s · = ( ·𝑠𝑊 )
9 nlmvscn.t 𝑇 = ( ( 𝑅 / 2 ) / ( ( 𝐴𝐵 ) + 1 ) )
10 nlmvscn.u 𝑈 = ( ( 𝑅 / 2 ) / ( ( 𝑁𝑋 ) + 𝑇 ) )
11 nlmvscn.w ( 𝜑𝑊 ∈ NrmMod )
12 nlmvscn.r ( 𝜑𝑅 ∈ ℝ+ )
13 nlmvscn.b ( 𝜑𝐵𝐾 )
14 nlmvscn.x ( 𝜑𝑋𝑉 )
15 nlmvscn.c ( 𝜑𝐶𝐾 )
16 nlmvscn.y ( 𝜑𝑌𝑉 )
17 nlmvscn.1 ( 𝜑 → ( 𝐵 𝐸 𝐶 ) < 𝑈 )
18 nlmvscn.2 ( 𝜑 → ( 𝑋 𝐷 𝑌 ) < 𝑇 )
19 nlmngp ( 𝑊 ∈ NrmMod → 𝑊 ∈ NrmGrp )
20 11 19 syl ( 𝜑𝑊 ∈ NrmGrp )
21 ngpms ( 𝑊 ∈ NrmGrp → 𝑊 ∈ MetSp )
22 20 21 syl ( 𝜑𝑊 ∈ MetSp )
23 nlmlmod ( 𝑊 ∈ NrmMod → 𝑊 ∈ LMod )
24 11 23 syl ( 𝜑𝑊 ∈ LMod )
25 2 1 8 3 lmodvscl ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝐵𝐾𝑋𝑉 ) → ( 𝐵 · 𝑋 ) ∈ 𝑉 )
26 24 13 14 25 syl3anc ( 𝜑 → ( 𝐵 · 𝑋 ) ∈ 𝑉 )
27 2 1 8 3 lmodvscl ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝐶𝐾𝑌𝑉 ) → ( 𝐶 · 𝑌 ) ∈ 𝑉 )
28 24 15 16 27 syl3anc ( 𝜑 → ( 𝐶 · 𝑌 ) ∈ 𝑉 )
29 2 4 mscl ( ( 𝑊 ∈ MetSp ∧ ( 𝐵 · 𝑋 ) ∈ 𝑉 ∧ ( 𝐶 · 𝑌 ) ∈ 𝑉 ) → ( ( 𝐵 · 𝑋 ) 𝐷 ( 𝐶 · 𝑌 ) ) ∈ ℝ )
30 22 26 28 29 syl3anc ( 𝜑 → ( ( 𝐵 · 𝑋 ) 𝐷 ( 𝐶 · 𝑌 ) ) ∈ ℝ )
31 2 1 8 3 lmodvscl ( ( 𝑊 ∈ LMod ∧ 𝐵𝐾𝑌𝑉 ) → ( 𝐵 · 𝑌 ) ∈ 𝑉 )
32 24 13 16 31 syl3anc ( 𝜑 → ( 𝐵 · 𝑌 ) ∈ 𝑉 )
33 2 4 mscl ( ( 𝑊 ∈ MetSp ∧ ( 𝐵 · 𝑋 ) ∈ 𝑉 ∧ ( 𝐵 · 𝑌 ) ∈ 𝑉 ) → ( ( 𝐵 · 𝑋 ) 𝐷 ( 𝐵 · 𝑌 ) ) ∈ ℝ )
34 22 26 32 33 syl3anc ( 𝜑 → ( ( 𝐵 · 𝑋 ) 𝐷 ( 𝐵 · 𝑌 ) ) ∈ ℝ )
35 2 4 mscl ( ( 𝑊 ∈ MetSp ∧ ( 𝐵 · 𝑌 ) ∈ 𝑉 ∧ ( 𝐶 · 𝑌 ) ∈ 𝑉 ) → ( ( 𝐵 · 𝑌 ) 𝐷 ( 𝐶 · 𝑌 ) ) ∈ ℝ )
36 22 32 28 35 syl3anc ( 𝜑 → ( ( 𝐵 · 𝑌 ) 𝐷 ( 𝐶 · 𝑌 ) ) ∈ ℝ )
37 34 36 readdcld ( 𝜑 → ( ( ( 𝐵 · 𝑋 ) 𝐷 ( 𝐵 · 𝑌 ) ) + ( ( 𝐵 · 𝑌 ) 𝐷 ( 𝐶 · 𝑌 ) ) ) ∈ ℝ )
38 12 rpred ( 𝜑𝑅 ∈ ℝ )
39 2 4 mstri ( ( 𝑊 ∈ MetSp ∧ ( ( 𝐵 · 𝑋 ) ∈ 𝑉 ∧ ( 𝐶 · 𝑌 ) ∈ 𝑉 ∧ ( 𝐵 · 𝑌 ) ∈ 𝑉 ) ) → ( ( 𝐵 · 𝑋 ) 𝐷 ( 𝐶 · 𝑌 ) ) ≤ ( ( ( 𝐵 · 𝑋 ) 𝐷 ( 𝐵 · 𝑌 ) ) + ( ( 𝐵 · 𝑌 ) 𝐷 ( 𝐶 · 𝑌 ) ) ) )
40 22 26 28 32 39 syl13anc ( 𝜑 → ( ( 𝐵 · 𝑋 ) 𝐷 ( 𝐶 · 𝑌 ) ) ≤ ( ( ( 𝐵 · 𝑋 ) 𝐷 ( 𝐵 · 𝑌 ) ) + ( ( 𝐵 · 𝑌 ) 𝐷 ( 𝐶 · 𝑌 ) ) ) )
41 1 nlmngp2 ( 𝑊 ∈ NrmMod → 𝐹 ∈ NrmGrp )
42 11 41 syl ( 𝜑𝐹 ∈ NrmGrp )
43 3 7 nmcl ( ( 𝐹 ∈ NrmGrp ∧ 𝐵𝐾 ) → ( 𝐴𝐵 ) ∈ ℝ )
44 42 13 43 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝐴𝐵 ) ∈ ℝ )
45 3 7 nmge0 ( ( 𝐹 ∈ NrmGrp ∧ 𝐵𝐾 ) → 0 ≤ ( 𝐴𝐵 ) )
46 42 13 45 syl2anc ( 𝜑 → 0 ≤ ( 𝐴𝐵 ) )
47 44 46 ge0p1rpd ( 𝜑 → ( ( 𝐴𝐵 ) + 1 ) ∈ ℝ+ )
48 47 rpred ( 𝜑 → ( ( 𝐴𝐵 ) + 1 ) ∈ ℝ )
49 2 4 mscl ( ( 𝑊 ∈ MetSp ∧ 𝑋𝑉𝑌𝑉 ) → ( 𝑋 𝐷 𝑌 ) ∈ ℝ )
50 22 14 16 49 syl3anc ( 𝜑 → ( 𝑋 𝐷 𝑌 ) ∈ ℝ )
51 48 50 remulcld ( 𝜑 → ( ( ( 𝐴𝐵 ) + 1 ) · ( 𝑋 𝐷 𝑌 ) ) ∈ ℝ )
52 38 rehalfcld ( 𝜑 → ( 𝑅 / 2 ) ∈ ℝ )
53 2 8 1 3 4 7 nlmdsdi ( ( 𝑊 ∈ NrmMod ∧ ( 𝐵𝐾𝑋𝑉𝑌𝑉 ) ) → ( ( 𝐴𝐵 ) · ( 𝑋 𝐷 𝑌 ) ) = ( ( 𝐵 · 𝑋 ) 𝐷 ( 𝐵 · 𝑌 ) ) )
54 11 13 14 16 53 syl13anc ( 𝜑 → ( ( 𝐴𝐵 ) · ( 𝑋 𝐷 𝑌 ) ) = ( ( 𝐵 · 𝑋 ) 𝐷 ( 𝐵 · 𝑌 ) ) )
55 msxms ( 𝑊 ∈ MetSp → 𝑊 ∈ ∞MetSp )
56 22 55 syl ( 𝜑𝑊 ∈ ∞MetSp )
57 2 4 xmsge0 ( ( 𝑊 ∈ ∞MetSp ∧ 𝑋𝑉𝑌𝑉 ) → 0 ≤ ( 𝑋 𝐷 𝑌 ) )
58 56 14 16 57 syl3anc ( 𝜑 → 0 ≤ ( 𝑋 𝐷 𝑌 ) )
59 44 lep1d ( 𝜑 → ( 𝐴𝐵 ) ≤ ( ( 𝐴𝐵 ) + 1 ) )
60 44 48 50 58 59 lemul1ad ( 𝜑 → ( ( 𝐴𝐵 ) · ( 𝑋 𝐷 𝑌 ) ) ≤ ( ( ( 𝐴𝐵 ) + 1 ) · ( 𝑋 𝐷 𝑌 ) ) )
61 54 60 eqbrtrrd ( 𝜑 → ( ( 𝐵 · 𝑋 ) 𝐷 ( 𝐵 · 𝑌 ) ) ≤ ( ( ( 𝐴𝐵 ) + 1 ) · ( 𝑋 𝐷 𝑌 ) ) )
62 18 9 breqtrdi ( 𝜑 → ( 𝑋 𝐷 𝑌 ) < ( ( 𝑅 / 2 ) / ( ( 𝐴𝐵 ) + 1 ) ) )
63 50 52 47 ltmuldiv2d ( 𝜑 → ( ( ( ( 𝐴𝐵 ) + 1 ) · ( 𝑋 𝐷 𝑌 ) ) < ( 𝑅 / 2 ) ↔ ( 𝑋 𝐷 𝑌 ) < ( ( 𝑅 / 2 ) / ( ( 𝐴𝐵 ) + 1 ) ) ) )
64 62 63 mpbird ( 𝜑 → ( ( ( 𝐴𝐵 ) + 1 ) · ( 𝑋 𝐷 𝑌 ) ) < ( 𝑅 / 2 ) )
65 34 51 52 61 64 lelttrd ( 𝜑 → ( ( 𝐵 · 𝑋 ) 𝐷 ( 𝐵 · 𝑌 ) ) < ( 𝑅 / 2 ) )
66 ngpms ( 𝐹 ∈ NrmGrp → 𝐹 ∈ MetSp )
67 42 66 syl ( 𝜑𝐹 ∈ MetSp )
68 3 5 mscl ( ( 𝐹 ∈ MetSp ∧ 𝐵𝐾𝐶𝐾 ) → ( 𝐵 𝐸 𝐶 ) ∈ ℝ )
69 67 13 15 68 syl3anc ( 𝜑 → ( 𝐵 𝐸 𝐶 ) ∈ ℝ )
70 2 6 nmcl ( ( 𝑊 ∈ NrmGrp ∧ 𝑋𝑉 ) → ( 𝑁𝑋 ) ∈ ℝ )
71 20 14 70 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝑁𝑋 ) ∈ ℝ )
72 12 rphalfcld ( 𝜑 → ( 𝑅 / 2 ) ∈ ℝ+ )
73 72 47 rpdivcld ( 𝜑 → ( ( 𝑅 / 2 ) / ( ( 𝐴𝐵 ) + 1 ) ) ∈ ℝ+ )
74 9 73 eqeltrid ( 𝜑𝑇 ∈ ℝ+ )
75 74 rpred ( 𝜑𝑇 ∈ ℝ )
76 71 75 readdcld ( 𝜑 → ( ( 𝑁𝑋 ) + 𝑇 ) ∈ ℝ )
77 69 76 remulcld ( 𝜑 → ( ( 𝐵 𝐸 𝐶 ) · ( ( 𝑁𝑋 ) + 𝑇 ) ) ∈ ℝ )
78 2 8 1 3 4 6 5 nlmdsdir ( ( 𝑊 ∈ NrmMod ∧ ( 𝐵𝐾𝐶𝐾𝑌𝑉 ) ) → ( ( 𝐵 𝐸 𝐶 ) · ( 𝑁𝑌 ) ) = ( ( 𝐵 · 𝑌 ) 𝐷 ( 𝐶 · 𝑌 ) ) )
79 11 13 15 16 78 syl13anc ( 𝜑 → ( ( 𝐵 𝐸 𝐶 ) · ( 𝑁𝑌 ) ) = ( ( 𝐵 · 𝑌 ) 𝐷 ( 𝐶 · 𝑌 ) ) )
80 2 6 nmcl ( ( 𝑊 ∈ NrmGrp ∧ 𝑌𝑉 ) → ( 𝑁𝑌 ) ∈ ℝ )
81 20 16 80 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝑁𝑌 ) ∈ ℝ )
82 msxms ( 𝐹 ∈ MetSp → 𝐹 ∈ ∞MetSp )
83 67 82 syl ( 𝜑𝐹 ∈ ∞MetSp )
84 3 5 xmsge0 ( ( 𝐹 ∈ ∞MetSp ∧ 𝐵𝐾𝐶𝐾 ) → 0 ≤ ( 𝐵 𝐸 𝐶 ) )
85 83 13 15 84 syl3anc ( 𝜑 → 0 ≤ ( 𝐵 𝐸 𝐶 ) )
86 81 71 resubcld ( 𝜑 → ( ( 𝑁𝑌 ) − ( 𝑁𝑋 ) ) ∈ ℝ )
87 eqid ( -g𝑊 ) = ( -g𝑊 )
88 2 6 87 nm2dif ( ( 𝑊 ∈ NrmGrp ∧ 𝑌𝑉𝑋𝑉 ) → ( ( 𝑁𝑌 ) − ( 𝑁𝑋 ) ) ≤ ( 𝑁 ‘ ( 𝑌 ( -g𝑊 ) 𝑋 ) ) )
89 20 16 14 88 syl3anc ( 𝜑 → ( ( 𝑁𝑌 ) − ( 𝑁𝑋 ) ) ≤ ( 𝑁 ‘ ( 𝑌 ( -g𝑊 ) 𝑋 ) ) )
90 6 2 87 4 ngpdsr ( ( 𝑊 ∈ NrmGrp ∧ 𝑋𝑉𝑌𝑉 ) → ( 𝑋 𝐷 𝑌 ) = ( 𝑁 ‘ ( 𝑌 ( -g𝑊 ) 𝑋 ) ) )
91 20 14 16 90 syl3anc ( 𝜑 → ( 𝑋 𝐷 𝑌 ) = ( 𝑁 ‘ ( 𝑌 ( -g𝑊 ) 𝑋 ) ) )
92 89 91 breqtrrd ( 𝜑 → ( ( 𝑁𝑌 ) − ( 𝑁𝑋 ) ) ≤ ( 𝑋 𝐷 𝑌 ) )
93 50 75 18 ltled ( 𝜑 → ( 𝑋 𝐷 𝑌 ) ≤ 𝑇 )
94 86 50 75 92 93 letrd ( 𝜑 → ( ( 𝑁𝑌 ) − ( 𝑁𝑋 ) ) ≤ 𝑇 )
95 81 71 75 lesubadd2d ( 𝜑 → ( ( ( 𝑁𝑌 ) − ( 𝑁𝑋 ) ) ≤ 𝑇 ↔ ( 𝑁𝑌 ) ≤ ( ( 𝑁𝑋 ) + 𝑇 ) ) )
96 94 95 mpbid ( 𝜑 → ( 𝑁𝑌 ) ≤ ( ( 𝑁𝑋 ) + 𝑇 ) )
97 81 76 69 85 96 lemul2ad ( 𝜑 → ( ( 𝐵 𝐸 𝐶 ) · ( 𝑁𝑌 ) ) ≤ ( ( 𝐵 𝐸 𝐶 ) · ( ( 𝑁𝑋 ) + 𝑇 ) ) )
98 79 97 eqbrtrrd ( 𝜑 → ( ( 𝐵 · 𝑌 ) 𝐷 ( 𝐶 · 𝑌 ) ) ≤ ( ( 𝐵 𝐸 𝐶 ) · ( ( 𝑁𝑋 ) + 𝑇 ) ) )
99 17 10 breqtrdi ( 𝜑 → ( 𝐵 𝐸 𝐶 ) < ( ( 𝑅 / 2 ) / ( ( 𝑁𝑋 ) + 𝑇 ) ) )
100 0red ( 𝜑 → 0 ∈ ℝ )
101 2 6 nmge0 ( ( 𝑊 ∈ NrmGrp ∧ 𝑋𝑉 ) → 0 ≤ ( 𝑁𝑋 ) )
102 20 14 101 syl2anc ( 𝜑 → 0 ≤ ( 𝑁𝑋 ) )
103 71 74 ltaddrpd ( 𝜑 → ( 𝑁𝑋 ) < ( ( 𝑁𝑋 ) + 𝑇 ) )
104 100 71 76 102 103 lelttrd ( 𝜑 → 0 < ( ( 𝑁𝑋 ) + 𝑇 ) )
105 ltmuldiv ( ( ( 𝐵 𝐸 𝐶 ) ∈ ℝ ∧ ( 𝑅 / 2 ) ∈ ℝ ∧ ( ( ( 𝑁𝑋 ) + 𝑇 ) ∈ ℝ ∧ 0 < ( ( 𝑁𝑋 ) + 𝑇 ) ) ) → ( ( ( 𝐵 𝐸 𝐶 ) · ( ( 𝑁𝑋 ) + 𝑇 ) ) < ( 𝑅 / 2 ) ↔ ( 𝐵 𝐸 𝐶 ) < ( ( 𝑅 / 2 ) / ( ( 𝑁𝑋 ) + 𝑇 ) ) ) )
106 69 52 76 104 105 syl112anc ( 𝜑 → ( ( ( 𝐵 𝐸 𝐶 ) · ( ( 𝑁𝑋 ) + 𝑇 ) ) < ( 𝑅 / 2 ) ↔ ( 𝐵 𝐸 𝐶 ) < ( ( 𝑅 / 2 ) / ( ( 𝑁𝑋 ) + 𝑇 ) ) ) )
107 99 106 mpbird ( 𝜑 → ( ( 𝐵 𝐸 𝐶 ) · ( ( 𝑁𝑋 ) + 𝑇 ) ) < ( 𝑅 / 2 ) )
108 36 77 52 98 107 lelttrd ( 𝜑 → ( ( 𝐵 · 𝑌 ) 𝐷 ( 𝐶 · 𝑌 ) ) < ( 𝑅 / 2 ) )
109 34 36 38 65 108 lt2halvesd ( 𝜑 → ( ( ( 𝐵 · 𝑋 ) 𝐷 ( 𝐵 · 𝑌 ) ) + ( ( 𝐵 · 𝑌 ) 𝐷 ( 𝐶 · 𝑌 ) ) ) < 𝑅 )
110 30 37 38 40 109 lelttrd ( 𝜑 → ( ( 𝐵 · 𝑋 ) 𝐷 ( 𝐶 · 𝑌 ) ) < 𝑅 )