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More work on groups, real numbers and integration algebras.
[helm.git] / matita / dama / integration_algebras.ma
index 1ebfad8344ec62f45b73933bad58ce4fd1810a04..534882ff2a54b31dbeef313f1740168959f1af92 100644 (file)
@@ -27,26 +27,80 @@ record is_vector_space (K: field) (G:abelian_group) (emult:K→G→G) : Prop
 record vector_space (K:field): Type \def
 { vs_abelian_group :> abelian_group;
   emult: K → vs_abelian_group → vs_abelian_group;
-  vs_vector_space_properties :> is_vector_space K vs_abelian_group emult
+  vs_vector_space_properties :> is_vector_space ? vs_abelian_group emult
 }.
 
 interpretation "Vector space external product" 'times a b =
  (cic:/matita/integration_algebras/emult.con _ _ a b).
 
-record is_semi_norm (R:real) (V: vector_space R)
- (semi_norm:Type_OF_vector_space ? V→R) : Prop
-\def
+record is_semi_norm (R:real) (V: vector_space R) (semi_norm:V→R) : Prop \def
  { sn_positive: ∀x:V. 0 ≤ semi_norm x;
    sn_omogeneous: ∀a:R.∀x:V. semi_norm (a*x) = (abs ? a) * semi_norm x;
    sn_triangle_inequality: ∀x,y:V. semi_norm (x + y) ≤ semi_norm x + semi_norm y
  }.
 
-record is_norm (R:real) (V:vector_space R) (norm:Type_OF_vector_space ? V → R)
- : Prop \def
+theorem eq_semi_norm_zero_zero:
+ ∀R:real.∀V:vector_space R.∀semi_norm:V→R.
+  is_semi_norm ? ? semi_norm →
+   semi_norm 0 = 0.
+ intros;
+ (* facile *)
+ elim daemon.
+qed.
+
+record is_norm (R:real) (V:vector_space R) (norm:V → R) : Prop \def
  { n_semi_norm:> is_semi_norm ? ? norm;
    n_properness: ∀x:V. norm x = 0 → x = 0
  }.
 
+record is_semi_distance (R:real) (C:Type) (semi_d: C→C→R) : Prop \def
+ { sd_positive: ∀x,y:C. 0 ≤ semi_d x y;
+   sd_properness: \forall x:C. semi_d x x = 0; 
+   sd_triangle_inequality: ∀x,y,z:C. semi_d x z ≤ semi_d x y + semi_d z y
+ }.
+
+record is_distance (R:real) (C:Type) (d:C→C→R) : Prop \def
+ { d_semi_distance:> is_semi_distance ? ? d;
+   d_properness: ∀x,y:C. d x y = 0 → x=y
+ }.
+
+definition induced_distance ≝
+ λR:real.λV:vector_space R.λnorm:V→R.
+  λf,g:V.norm (f - g).
+
+theorem induced_distance_is_distance:
+ ∀R:real.∀V:vector_space R.∀norm:V→R.
+  is_norm ? ? norm → is_distance ? ? (induced_distance ? ? norm).
+ intros;
+ apply mk_is_distance;
+  [ apply mk_is_semi_distance;
+    [ unfold induced_distance;
+      intros;
+      apply sn_positive;
+      apply n_semi_norm;
+      assumption
+    | unfold induced_distance;
+      intros;
+      unfold minus;
+      rewrite < plus_comm;
+      rewrite > opp_inverse;
+      apply eq_semi_norm_zero_zero;
+      apply n_semi_norm;
+      assumption
+    | unfold induced_distance;
+      intros;
+      (* ??? *)
+      elim daemon
+    ]
+  | unfold induced_distance;
+    intros;
+    generalize in match (n_properness ? ? ? H ? H1);
+    intro;
+    (* facile *)
+    elim daemon
+  ].
+qed.
+
 record is_lattice (C:Type) (join,meet:C→C→C) : Prop \def
  { (* abelian semigroup properties *)
    l_comm_j: symmetric ? join;
@@ -69,6 +123,11 @@ definition le \def λC:Type.λL:lattice C.λf,g. meet ? L f g = f.
 interpretation "Lattice le" 'leq a b =
  (cic:/matita/integration_algebras/le.con _ _ a b).
 
+definition lt \def λC:Type.λL:lattice C.λf,g. le ? L f g ∧ f ≠ g.
+
+interpretation "Lattice lt" 'lt a b =
+ (cic:/matita/integration_algebras/lt.con _ _ a b).
+
 definition carrier_of_lattice ≝
  λC:Type.λL:lattice C.C.
 
@@ -93,9 +152,7 @@ record is_archimedean_riesz_space (K) (S:riesz_space K) : Prop
   { ars_archimedean: ∃u.∀n.∀a.∀p:n > O.
      le ? S
       (absolute_value ? S a)
-      (emult ? S
-        (inv ? (sum_field K n) (not_eq_sum_field_zero ? n p))
-        u) →
+      ((inv ? (sum_field K n) (not_eq_sum_field_zero ? n p))* u) →
      a = 0
   }.
 
@@ -104,11 +161,11 @@ record archimedean_riesz_space (K:ordered_field_ch0) : Type \def
    ars_archimedean_property: is_archimedean_riesz_space ? ars_riesz_space
  }.
 
-record is_integral (K) (R:archimedean_riesz_space K) (I:Type_OF_archimedean_riesz_space ? R→K) : Prop
+record is_integral (K) (R:archimedean_riesz_space K) (I:R→K) : Prop
 \def
  { i_positive: ∀f:R. le ? R 0 f → of_le K 0 (I f);
    i_linear1: ∀f,g:R. I (f + g) = I f + I g;
-   i_linear2: ∀f:R.∀k:K. I (emult ? R k f) = k*(I f)
+   i_linear2: ∀f:R.∀k:K. I (k*f) = k*(I f)
  }.
 
 definition is_weak_unit ≝
@@ -118,14 +175,19 @@ definition is_weak_unit ≝
    2. Fremlin proves |x|/\u=0 \to u=0. How do we remove the absolute value?
  λR:real.λV:archimedean_riesz_space R.λunit: V.
   ∀x:V. meet x unit = 0 → u = 0.
-*) λR:real.λV:archimedean_riesz_space R.λe:V.True.
+  3. Fremlin proves u > 0 implies x /\ u > 0  > 0 for Archimedean spaces
+   only. We pick this definition for now.
+*) λR:real.λV:archimedean_riesz_space R.λe:V.
+    ∀v:V. lt ? V 0 v → lt ? V 0 (meet ? V v e).
 
+(* Here we are avoiding a construction (the quotient space to define
+   f=g iff I(|f-g|)=0 *)
 record integration_riesz_space (R:real) : Type \def
  { irs_archimedean_riesz_space:> archimedean_riesz_space R;
-   irs_unit: Type_OF_archimedean_riesz_space ? irs_archimedean_riesz_space;
+   irs_unit: irs_archimedean_riesz_space;
    irs_weak_unit: is_weak_unit ? ? irs_unit;
-   integral: Type_OF_archimedean_riesz_space ? irs_archimedean_riesz_space → R;
-   irs_integral_properties: is_integral R irs_archimedean_riesz_space integral;
+   integral: irs_archimedean_riesz_space → R;
+   irs_integral_properties: is_integral ? ? integral;
    irs_limit1:
     ∀f:irs_archimedean_riesz_space.
      tends_to ?
@@ -142,9 +204,58 @@ record integration_riesz_space (R:real) : Type \def
          ) * irs_unit))) 0;
    irs_quotient_space1:
     ∀f,g:irs_archimedean_riesz_space.
-     f=g → integral (absolute_value ? irs_archimedean_riesz_space (f - g)) = 0
+     integral (absolute_value ? irs_archimedean_riesz_space (f - g)) = 0 → f=g
  }.
 
+definition induced_norm ≝
+ λR:real.λV:integration_riesz_space R.λf:V.
+  integral ? ? (absolute_value ? ? f).
+
+lemma induced_norm_is_norm:
+ ∀R:real.∀V:integration_riesz_space R.is_norm ? V (induced_norm ? V).
+ intros;
+ apply mk_is_norm;
+  [ apply mk_is_semi_norm;
+     [ unfold induced_norm;
+       intros;
+       apply i_positive;
+       [ apply (irs_integral_properties ? V)
+       | (* difficile *)
+         elim daemon
+       ]
+     | intros;
+       unfold induced_norm;
+       (* facile *)
+       elim daemon
+     | intros;
+       unfold induced_norm;
+       (* difficile *)
+       elim daemon
+     ]
+  | intros;
+    unfold induced_norm in H;
+    apply irs_quotient_space1;
+    unfold minus;
+    rewrite < plus_comm;
+    rewrite < eq_zero_opp_zero;
+    rewrite > zero_neutral;
+    assumption
+  ].
+qed.
+
+definition distance_induced_by_integral ≝
+ λR:real.λV:integration_riesz_space R.
+  induced_distance ? ? (induced_norm R V).
+
+theorem distance_induced_by_integral_is_distance:
+ ∀R:real.∀V:integration_riesz_space R.
+  is_distance ? ? (distance_induced_by_integral ? V).
+ intros;
+ unfold distance_induced_by_integral;
+ apply induced_distance_is_distance;
+ apply induced_norm_is_norm.
+qed.
+
 record is_algebra (K: field) (V:vector_space K) (mult:V→V→V) (one:V) : Prop
 ≝
  { (* ring properties *)
@@ -156,14 +267,14 @@ record is_algebra (K: field) (V:vector_space K) (mult:V→V→V) (one:V) : Prop
 
 record algebra (K: field) (V:vector_space K) (a_one:V) : Type \def
  { a_mult: V → V → V;
-   a_algebra_properties: is_algebra K V a_mult a_one
+   a_algebra_properties: is_algebra ? ? a_mult a_one
  }.
 
 interpretation "Algebra product" 'times a b =
  (cic:/matita/integration_algebras/a_mult.con _ _ _ a b).
 
 definition ring_of_algebra ≝
- λK.λV:vector_space K.λone:Type_OF_vector_space ? V.λA:algebra ? V one.
+ λK.λV:vector_space K.λone:V.λA:algebra ? V one.
   mk_ring V (a_mult ? ? ? A) one
    (a_ring ? ? ? ? (a_algebra_properties ? ? ? A)).
 
@@ -180,8 +291,7 @@ record is_f_algebra (K) (S:archimedean_riesz_space K) (one: S)
     meet ? S f g = 0 → meet ? S (a_mult ? ? ? A h f) g = 0
 }.
 
-record f_algebra (K:ordered_field_ch0) (R:archimedean_riesz_space K)
- (one:Type_OF_archimedean_riesz_space ? R) :
+record f_algebra (K:ordered_field_ch0) (R:archimedean_riesz_space K) (one:R) :
 Type \def 
 { fa_algebra:> algebra ? R one;
   fa_f_algebra_properties: is_f_algebra ? ? ? fa_algebra
@@ -191,8 +301,6 @@ Type \def
 axiom symmetric_a_mult:
  ∀K,R,one.∀A:f_algebra K R one. symmetric ? (a_mult ? ? ? A).
 
-(* Here we are avoiding a construction (the quotient space to define
-   f=g iff I(|f-g|)=0 *)
 record integration_f_algebra (R:real) : Type \def
  { ifa_integration_riesz_space:> integration_riesz_space R;
    ifa_f_algebra:>