Metamath Proof Explorer


Theorem nmoeq0

Description: The operator norm is zero only for the zero operator. (Contributed by Mario Carneiro, 20-Oct-2015)

Ref Expression
Hypotheses nmo0.1 โŠข ๐‘ = ( ๐‘† normOp ๐‘‡ )
nmo0.2 โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘† )
nmo0.3 โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘‡ )
Assertion nmoeq0 ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โ†’ ( ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 โ†” ๐น = ( ๐‘‰ ร— { 0 } ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 nmo0.1 โŠข ๐‘ = ( ๐‘† normOp ๐‘‡ )
2 nmo0.2 โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘† )
3 nmo0.3 โŠข 0 = ( 0g โ€˜ ๐‘‡ )
4 id โŠข ( ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 โ†’ ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 )
5 0re โŠข 0 โˆˆ โ„
6 4 5 eqeltrdi โŠข ( ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 โ†’ ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) โˆˆ โ„ )
7 1 isnghm2 โŠข ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โ†’ ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† NGHom ๐‘‡ ) โ†” ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) โˆˆ โ„ ) )
8 7 biimpar โŠข ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) โˆˆ โ„ ) โ†’ ๐น โˆˆ ( ๐‘† NGHom ๐‘‡ ) )
9 6 8 sylan2 โŠข ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โ†’ ๐น โˆˆ ( ๐‘† NGHom ๐‘‡ ) )
10 eqid โŠข ( norm โ€˜ ๐‘† ) = ( norm โ€˜ ๐‘† )
11 eqid โŠข ( norm โ€˜ ๐‘‡ ) = ( norm โ€˜ ๐‘‡ )
12 1 2 10 11 nmoi โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† NGHom ๐‘‡ ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( norm โ€˜ ๐‘‡ ) โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โ‰ค ( ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) ยท ( ( norm โ€˜ ๐‘† ) โ€˜ ๐‘ฅ ) ) )
13 9 12 sylan โŠข ( ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( norm โ€˜ ๐‘‡ ) โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โ‰ค ( ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) ยท ( ( norm โ€˜ ๐‘† ) โ€˜ ๐‘ฅ ) ) )
14 simplr โŠข ( ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 )
15 14 oveq1d โŠข ( ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) ยท ( ( norm โ€˜ ๐‘† ) โ€˜ ๐‘ฅ ) ) = ( 0 ยท ( ( norm โ€˜ ๐‘† ) โ€˜ ๐‘ฅ ) ) )
16 simpl1 โŠข ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โ†’ ๐‘† โˆˆ NrmGrp )
17 2 10 nmcl โŠข ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( norm โ€˜ ๐‘† ) โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ )
18 16 17 sylan โŠข ( ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( norm โ€˜ ๐‘† ) โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ )
19 18 recnd โŠข ( ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( norm โ€˜ ๐‘† ) โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„‚ )
20 19 mul02d โŠข ( ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( 0 ยท ( ( norm โ€˜ ๐‘† ) โ€˜ ๐‘ฅ ) ) = 0 )
21 15 20 eqtrd โŠข ( ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) ยท ( ( norm โ€˜ ๐‘† ) โ€˜ ๐‘ฅ ) ) = 0 )
22 13 21 breqtrd โŠข ( ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( norm โ€˜ ๐‘‡ ) โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โ‰ค 0 )
23 simpll2 โŠข ( ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp )
24 simpl3 โŠข ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โ†’ ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) )
25 eqid โŠข ( Base โ€˜ ๐‘‡ ) = ( Base โ€˜ ๐‘‡ )
26 2 25 ghmf โŠข ( ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) โ†’ ๐น : ๐‘‰ โŸถ ( Base โ€˜ ๐‘‡ ) )
27 24 26 syl โŠข ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โ†’ ๐น : ๐‘‰ โŸถ ( Base โ€˜ ๐‘‡ ) )
28 27 ffvelcdmda โŠข ( ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘‡ ) )
29 25 11 nmge0 โŠข ( ( ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘‡ ) ) โ†’ 0 โ‰ค ( ( norm โ€˜ ๐‘‡ ) โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) )
30 23 28 29 syl2anc โŠข ( ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ 0 โ‰ค ( ( norm โ€˜ ๐‘‡ ) โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) )
31 25 11 nmcl โŠข ( ( ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘‡ ) ) โ†’ ( ( norm โ€˜ ๐‘‡ ) โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ โ„ )
32 23 28 31 syl2anc โŠข ( ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( norm โ€˜ ๐‘‡ ) โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ โ„ )
33 letri3 โŠข ( ( ( ( norm โ€˜ ๐‘‡ ) โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ โ„ โˆง 0 โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ( ( norm โ€˜ ๐‘‡ ) โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) = 0 โ†” ( ( ( norm โ€˜ ๐‘‡ ) โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โ‰ค 0 โˆง 0 โ‰ค ( ( norm โ€˜ ๐‘‡ ) โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ) ) )
34 32 5 33 sylancl โŠข ( ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( ( norm โ€˜ ๐‘‡ ) โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) = 0 โ†” ( ( ( norm โ€˜ ๐‘‡ ) โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โ‰ค 0 โˆง 0 โ‰ค ( ( norm โ€˜ ๐‘‡ ) โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ) ) )
35 22 30 34 mpbir2and โŠข ( ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( norm โ€˜ ๐‘‡ ) โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) = 0 )
36 25 11 3 nmeq0 โŠข ( ( ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆˆ ( Base โ€˜ ๐‘‡ ) ) โ†’ ( ( ( norm โ€˜ ๐‘‡ ) โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) = 0 โ†” ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = 0 ) )
37 23 28 36 syl2anc โŠข ( ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ( ( norm โ€˜ ๐‘‡ ) โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) = 0 โ†” ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = 0 ) )
38 35 37 mpbid โŠข ( ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = 0 )
39 38 mpteq2dva โŠข ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ 0 ) )
40 27 feqmptd โŠข ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โ†’ ๐น = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) )
41 fconstmpt โŠข ( ๐‘‰ ร— { 0 } ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ 0 )
42 41 a1i โŠข ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โ†’ ( ๐‘‰ ร— { 0 } ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‰ โ†ฆ 0 ) )
43 39 40 42 3eqtr4d โŠข ( ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โˆง ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) โ†’ ๐น = ( ๐‘‰ ร— { 0 } ) )
44 43 ex โŠข ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โ†’ ( ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 โ†’ ๐น = ( ๐‘‰ ร— { 0 } ) ) )
45 1 2 3 nmo0 โŠข ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp ) โ†’ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘‰ ร— { 0 } ) ) = 0 )
46 45 3adant3 โŠข ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โ†’ ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘‰ ร— { 0 } ) ) = 0 )
47 fveqeq2 โŠข ( ๐น = ( ๐‘‰ ร— { 0 } ) โ†’ ( ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 โ†” ( ๐‘ โ€˜ ( ๐‘‰ ร— { 0 } ) ) = 0 ) )
48 46 47 syl5ibrcom โŠข ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โ†’ ( ๐น = ( ๐‘‰ ร— { 0 } ) โ†’ ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 ) )
49 44 48 impbid โŠข ( ( ๐‘† โˆˆ NrmGrp โˆง ๐‘‡ โˆˆ NrmGrp โˆง ๐น โˆˆ ( ๐‘† GrpHom ๐‘‡ ) ) โ†’ ( ( ๐‘ โ€˜ ๐น ) = 0 โ†” ๐น = ( ๐‘‰ ร— { 0 } ) ) )