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Theorem lmmbr 18700
Description: Express the binary relation "sequence  F converges to point  P " in a metric space. Definition 1.4-1 of [Kreyszig] p. 25. The condition  F  C_  ( CC  X.  X ) allows us to use objects more general than sequences when convenient; see the comment in df-lm 16975. (Contributed by NM, 7-Dec-2006.) (Revised by Mario Carneiro, 1-May-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
lmmbr.2  |-  J  =  ( MetOpen `  D )
lmmbr.3  |-  ( ph  ->  D  e.  ( * Met `  X ) )
Assertion
Ref Expression
lmmbr  |-  ( ph  ->  ( F ( ~~> t `  J ) P  <->  ( F  e.  ( X  ^pm  CC )  /\  P  e.  X  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D
) x ) ) ) )
Distinct variable groups:    x, y, D    x, F, y    x, P, y    x, X, y   
x, J, y    ph, x
Allowed substitution hint:    ph( y)

Proof of Theorem lmmbr
Dummy variable  u is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 lmmbr.3 . . . 4  |-  ( ph  ->  D  e.  ( * Met `  X ) )
2 lmmbr.2 . . . . 5  |-  J  =  ( MetOpen `  D )
32mopntopon 18001 . . . 4  |-  ( D  e.  ( * Met `  X )  ->  J  e.  (TopOn `  X )
)
41, 3syl 15 . . 3  |-  ( ph  ->  J  e.  (TopOn `  X ) )
54lmbr 17004 . 2  |-  ( ph  ->  ( F ( ~~> t `  J ) P  <->  ( F  e.  ( X  ^pm  CC )  /\  P  e.  X  /\  A. u  e.  J  ( P  e.  u  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u ) ) ) )
6 rpxr 10377 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( x  e.  RR+  ->  x  e. 
RR* )
72blopn 18062 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X  /\  x  e.  RR* )  ->  ( P ( ball `  D ) x )  e.  J )
86, 7syl3an3 1217 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X  /\  x  e.  RR+ )  ->  ( P ( ball `  D ) x )  e.  J )
9 blcntr 17980 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X  /\  x  e.  RR+ )  ->  P  e.  ( P ( ball `  D
) x ) )
10 eleq2 2357 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( u  =  ( P (
ball `  D )
x )  ->  ( P  e.  u  <->  P  e.  ( P ( ball `  D
) x ) ) )
11 feq3 5393 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( u  =  ( P (
ball `  D )
x )  ->  (
( F  |`  y
) : y --> u  <-> 
( F  |`  y
) : y --> ( P ( ball `  D
) x ) ) )
1211rexbidv 2577 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( u  =  ( P (
ball `  D )
x )  ->  ( E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u  <->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D ) x ) ) )
1310, 12imbi12d 311 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( u  =  ( P (
ball `  D )
x )  ->  (
( P  e.  u  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u )  <-> 
( P  e.  ( P ( ball `  D
) x )  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D
) x ) ) ) )
1413rspcva 2895 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( P ( ball `  D ) x )  e.  J  /\  A. u  e.  J  ( P  e.  u  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u ) )  ->  ( P  e.  ( P ( ball `  D ) x )  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D
) x ) ) )
1514impancom 427 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( P ( ball `  D ) x )  e.  J  /\  P  e.  ( P ( ball `  D ) x ) )  ->  ( A. u  e.  J  ( P  e.  u  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u )  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D
) x ) ) )
168, 9, 15syl2anc 642 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X  /\  x  e.  RR+ )  ->  ( A. u  e.  J  ( P  e.  u  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u )  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D ) x ) ) )
17163expa 1151 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( D  e.  ( * Met `  X
)  /\  P  e.  X )  /\  x  e.  RR+ )  ->  ( A. u  e.  J  ( P  e.  u  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u )  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D
) x ) ) )
1817adantlrl 700 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( D  e.  ( * Met `  X
)  /\  ( F  e.  ( X  ^pm  CC )  /\  P  e.  X
) )  /\  x  e.  RR+ )  ->  ( A. u  e.  J  ( P  e.  u  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u )  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D
) x ) ) )
1918impancom 427 . . . . . . 7  |-  ( ( ( D  e.  ( * Met `  X
)  /\  ( F  e.  ( X  ^pm  CC )  /\  P  e.  X
) )  /\  A. u  e.  J  ( P  e.  u  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u ) )  ->  ( x  e.  RR+  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D ) x ) ) )
2019ralrimiv 2638 . . . . . 6  |-  ( ( ( D  e.  ( * Met `  X
)  /\  ( F  e.  ( X  ^pm  CC )  /\  P  e.  X
) )  /\  A. u  e.  J  ( P  e.  u  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u ) )  ->  A. x  e.  RR+  E. y  e. 
ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D ) x ) )
212mopni2 18055 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  u  e.  J  /\  P  e.  u
)  ->  E. x  e.  RR+  ( P (
ball `  D )
x )  C_  u
)
22 r19.29 2696 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( A. x  e.  RR+  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D
) x )  /\  E. x  e.  RR+  ( P ( ball `  D
) x )  C_  u )  ->  E. x  e.  RR+  ( E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D ) x )  /\  ( P (
ball `  D )
x )  C_  u
) )
23 fss 5413 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( F  |`  y
) : y --> ( P ( ball `  D
) x )  /\  ( P ( ball `  D
) x )  C_  u )  ->  ( F  |`  y ) : y --> u )
2423expcom 424 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( P ( ball `  D
) x )  C_  u  ->  ( ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D ) x )  ->  ( F  |`  y ) : y --> u ) )
2524reximdv 2667 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( P ( ball `  D
) x )  C_  u  ->  ( E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D ) x )  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u ) )
2625impcom 419 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D
) x )  /\  ( P ( ball `  D
) x )  C_  u )  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u )
2726rexlimivw 2676 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( E. x  e.  RR+  ( E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D
) x )  /\  ( P ( ball `  D
) x )  C_  u )  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u )
2822, 27syl 15 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( A. x  e.  RR+  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D
) x )  /\  E. x  e.  RR+  ( P ( ball `  D
) x )  C_  u )  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u )
2921, 28sylan2 460 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( A. x  e.  RR+  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D
) x )  /\  ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  u  e.  J  /\  P  e.  u
) )  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u )
30293exp2 1169 . . . . . . . . 9  |-  ( A. x  e.  RR+  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D ) x )  ->  ( D  e.  ( * Met `  X
)  ->  ( u  e.  J  ->  ( P  e.  u  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u ) ) ) )
3130impcom 419 . . . . . . . 8  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D
) x ) )  ->  ( u  e.  J  ->  ( P  e.  u  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u ) ) )
3231adantlr 695 . . . . . . 7  |-  ( ( ( D  e.  ( * Met `  X
)  /\  ( F  e.  ( X  ^pm  CC )  /\  P  e.  X
) )  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D ) x ) )  ->  ( u  e.  J  ->  ( P  e.  u  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u ) ) )
3332ralrimiv 2638 . . . . . 6  |-  ( ( ( D  e.  ( * Met `  X
)  /\  ( F  e.  ( X  ^pm  CC )  /\  P  e.  X
) )  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D ) x ) )  ->  A. u  e.  J  ( P  e.  u  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u ) )
3420, 33impbida 805 . . . . 5  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  ( F  e.  ( X  ^pm  CC )  /\  P  e.  X
) )  ->  ( A. u  e.  J  ( P  e.  u  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u )  <->  A. x  e.  RR+  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D ) x ) ) )
3534pm5.32da 622 . . . 4  |-  ( D  e.  ( * Met `  X )  ->  (
( ( F  e.  ( X  ^pm  CC )  /\  P  e.  X
)  /\  A. u  e.  J  ( P  e.  u  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u ) )  <->  ( ( F  e.  ( X  ^pm  CC )  /\  P  e.  X )  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D ) x ) ) ) )
36 df-3an 936 . . . 4  |-  ( ( F  e.  ( X 
^pm  CC )  /\  P  e.  X  /\  A. u  e.  J  ( P  e.  u  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u ) )  <->  ( ( F  e.  ( X  ^pm  CC )  /\  P  e.  X )  /\  A. u  e.  J  ( P  e.  u  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u ) ) )
37 df-3an 936 . . . 4  |-  ( ( F  e.  ( X 
^pm  CC )  /\  P  e.  X  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e. 
ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D ) x ) )  <->  ( ( F  e.  ( X  ^pm  CC )  /\  P  e.  X )  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D ) x ) ) )
3835, 36, 373bitr4g 279 . . 3  |-  ( D  e.  ( * Met `  X )  ->  (
( F  e.  ( X  ^pm  CC )  /\  P  e.  X  /\  A. u  e.  J  ( P  e.  u  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u ) )  <->  ( F  e.  ( X  ^pm  CC )  /\  P  e.  X  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D
) x ) ) ) )
391, 38syl 15 . 2  |-  ( ph  ->  ( ( F  e.  ( X  ^pm  CC )  /\  P  e.  X  /\  A. u  e.  J  ( P  e.  u  ->  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> u ) )  <->  ( F  e.  ( X  ^pm  CC )  /\  P  e.  X  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D
) x ) ) ) )
405, 39bitrd 244 1  |-  ( ph  ->  ( F ( ~~> t `  J ) P  <->  ( F  e.  ( X  ^pm  CC )  /\  P  e.  X  /\  A. x  e.  RR+  E. y  e.  ran  ZZ>= ( F  |`  y ) : y --> ( P ( ball `  D
) x ) ) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 176    /\ wa 358    /\ w3a 934    = wceq 1632    e. wcel 1696   A.wral 2556   E.wrex 2557    C_ wss 3165   class class class wbr 4039   ran crn 4706    |` cres 4707   -->wf 5267   ` cfv 5271  (class class class)co 5874    ^pm cpm 6789   CCcc 8751   RR*cxr 8882   ZZ>=cuz 10246   RR+crp 10370   * Metcxmt 16385   ballcbl 16387   MetOpencmopn 16388  TopOnctopon 16648   ~~> tclm 16972
This theorem is referenced by:  lmmbr2  18701  lmcau  18754
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1536  ax-5 1547  ax-17 1606  ax-9 1644  ax-8 1661  ax-13 1698  ax-14 1700  ax-6 1715  ax-7 1720  ax-11 1727  ax-12 1878  ax-ext 2277  ax-sep 4157  ax-nul 4165  ax-pow 4204  ax-pr 4230  ax-un 4528  ax-cnex 8809  ax-resscn 8810  ax-1cn 8811  ax-icn 8812  ax-addcl 8813  ax-addrcl 8814  ax-mulcl 8815  ax-mulrcl 8816  ax-mulcom 8817  ax-addass 8818  ax-mulass 8819  ax-distr 8820  ax-i2m1 8821  ax-1ne0 8822  ax-1rid 8823  ax-rnegex 8824  ax-rrecex 8825  ax-cnre 8826  ax-pre-lttri 8827  ax-pre-lttrn 8828  ax-pre-ltadd 8829  ax-pre-mulgt0 8830  ax-pre-sup 8831
This theorem depends on definitions:  df-bi 177  df-or 359  df-an 360  df-3or 935  df-3an 936  df-tru 1310  df-ex 1532  df-nf 1535  df-sb 1639  df-eu 2160  df-mo 2161  df-clab 2283  df-cleq 2289  df-clel 2292  df-nfc 2421  df-ne 2461  df-nel 2462  df-ral 2561  df-rex 2562  df-reu 2563  df-rmo 2564  df-rab 2565  df-v 2803  df-sbc 3005  df-csb 3095  df-dif 3168  df-un 3170  df-in 3172  df-ss 3179  df-pss 3181  df-nul 3469  df-if 3579  df-pw 3640  df-sn 3659  df-pr 3660  df-tp 3661  df-op 3662  df-uni 3844  df-iun 3923  df-br 4040  df-opab 4094  df-mpt 4095  df-tr 4130  df-eprel 4321  df-id 4325  df-po 4330  df-so 4331  df-fr 4368  df-we 4370  df-ord 4411  df-on 4412  df-lim 4413  df-suc 4414  df-om 4673  df-xp 4711  df-rel 4712  df-cnv 4713  df-co 4714  df-dm 4715  df-rn 4716  df-res 4717  df-ima 4718  df-iota 5235  df-fun 5273  df-fn 5274  df-f 5275  df-f1 5276  df-fo 5277  df-f1o 5278  df-fv 5279  df-ov 5877  df-oprab 5878  df-mpt2 5879  df-1st 6138  df-2nd 6139  df-riota 6320  df-recs 6404  df-rdg 6439  df-er 6676  df-map 6790  df-en 6880  df-dom 6881  df-sdom 6882  df-sup 7210  df-pnf 8885  df-mnf 8886  df-xr 8887  df-ltxr 8888  df-le 8889  df-sub 9055  df-neg 9056  df-div 9440  df-nn 9763  df-2 9820  df-n0 9982  df-z 10041  df-uz 10247  df-q 10333  df-rp 10371  df-xneg 10468  df-xadd 10469  df-xmul 10470  df-topgen 13360  df-xmet 16389  df-bl 16391  df-mopn 16392  df-top 16652  df-bases 16654  df-topon 16655  df-lm 16975
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