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Theorem neibl 18063
Description: The neighborhoods around a point  P of a metric space are those subsets containing a ball around  P. Definition of neighborhood in [Kreyszig] p. 19. (Contributed by NM, 8-Nov-2007.) (Revised by Mario Carneiro, 23-Dec-2013.)
Hypothesis
Ref Expression
mopni.1  |-  J  =  ( MetOpen `  D )
Assertion
Ref Expression
neibl  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X
)  ->  ( N  e.  ( ( nei `  J
) `  { P } )  <->  ( N  C_  X  /\  E. r  e.  RR+  ( P (
ball `  D )
r )  C_  N
) ) )
Distinct variable groups:    D, r    J, r    N, r    P, r    X, r

Proof of Theorem neibl
Dummy variable  y is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 mopni.1 . . . . 5  |-  J  =  ( MetOpen `  D )
21mopntop 18002 . . . 4  |-  ( D  e.  ( * Met `  X )  ->  J  e.  Top )
32adantr 451 . . 3  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X
)  ->  J  e.  Top )
41mopnuni 18003 . . . . 5  |-  ( D  e.  ( * Met `  X )  ->  X  =  U. J )
54eleq2d 2363 . . . 4  |-  ( D  e.  ( * Met `  X )  ->  ( P  e.  X  <->  P  e.  U. J ) )
65biimpa 470 . . 3  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X
)  ->  P  e.  U. J )
7 eqid 2296 . . . 4  |-  U. J  =  U. J
87isneip 16858 . . 3  |-  ( ( J  e.  Top  /\  P  e.  U. J )  ->  ( N  e.  ( ( nei `  J
) `  { P } )  <->  ( N  C_ 
U. J  /\  E. y  e.  J  ( P  e.  y  /\  y  C_  N ) ) ) )
93, 6, 8syl2anc 642 . 2  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X
)  ->  ( N  e.  ( ( nei `  J
) `  { P } )  <->  ( N  C_ 
U. J  /\  E. y  e.  J  ( P  e.  y  /\  y  C_  N ) ) ) )
104sseq2d 3219 . . . 4  |-  ( D  e.  ( * Met `  X )  ->  ( N  C_  X  <->  N  C_  U. J
) )
1110adantr 451 . . 3  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X
)  ->  ( N  C_  X  <->  N  C_  U. J
) )
1211anbi1d 685 . 2  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X
)  ->  ( ( N  C_  X  /\  E. y  e.  J  ( P  e.  y  /\  y  C_  N ) )  <-> 
( N  C_  U. J  /\  E. y  e.  J  ( P  e.  y  /\  y  C_  N ) ) ) )
131mopni2 18055 . . . . . . . . 9  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  y  e.  J  /\  P  e.  y
)  ->  E. r  e.  RR+  ( P (
ball `  D )
r )  C_  y
)
14 sstr2 3199 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( P ( ball `  D
) r )  C_  y  ->  ( y  C_  N  ->  ( P (
ball `  D )
r )  C_  N
) )
1514com12 27 . . . . . . . . . 10  |-  ( y 
C_  N  ->  (
( P ( ball `  D ) r ) 
C_  y  ->  ( P ( ball `  D
) r )  C_  N ) )
1615reximdv 2667 . . . . . . . . 9  |-  ( y 
C_  N  ->  ( E. r  e.  RR+  ( P ( ball `  D
) r )  C_  y  ->  E. r  e.  RR+  ( P ( ball `  D
) r )  C_  N ) )
1713, 16syl5com 26 . . . . . . . 8  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  y  e.  J  /\  P  e.  y
)  ->  ( y  C_  N  ->  E. r  e.  RR+  ( P (
ball `  D )
r )  C_  N
) )
18173exp 1150 . . . . . . 7  |-  ( D  e.  ( * Met `  X )  ->  (
y  e.  J  -> 
( P  e.  y  ->  ( y  C_  N  ->  E. r  e.  RR+  ( P ( ball `  D
) r )  C_  N ) ) ) )
1918imp4a 572 . . . . . 6  |-  ( D  e.  ( * Met `  X )  ->  (
y  e.  J  -> 
( ( P  e.  y  /\  y  C_  N )  ->  E. r  e.  RR+  ( P (
ball `  D )
r )  C_  N
) ) )
2019ad2antrr 706 . . . . 5  |-  ( ( ( D  e.  ( * Met `  X
)  /\  P  e.  X )  /\  N  C_  X )  ->  (
y  e.  J  -> 
( ( P  e.  y  /\  y  C_  N )  ->  E. r  e.  RR+  ( P (
ball `  D )
r )  C_  N
) ) )
2120rexlimdv 2679 . . . 4  |-  ( ( ( D  e.  ( * Met `  X
)  /\  P  e.  X )  /\  N  C_  X )  ->  ( E. y  e.  J  ( P  e.  y  /\  y  C_  N )  ->  E. r  e.  RR+  ( P ( ball `  D
) r )  C_  N ) )
22 rpxr 10377 . . . . . . . . 9  |-  ( r  e.  RR+  ->  r  e. 
RR* )
231blopn 18062 . . . . . . . . 9  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X  /\  r  e.  RR* )  ->  ( P ( ball `  D ) r )  e.  J )
2422, 23syl3an3 1217 . . . . . . . 8  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X  /\  r  e.  RR+ )  ->  ( P ( ball `  D ) r )  e.  J )
25 blcntr 17980 . . . . . . . 8  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X  /\  r  e.  RR+ )  ->  P  e.  ( P ( ball `  D
) r ) )
26 eleq2 2357 . . . . . . . . . . 11  |-  ( y  =  ( P (
ball `  D )
r )  ->  ( P  e.  y  <->  P  e.  ( P ( ball `  D
) r ) ) )
27 sseq1 3212 . . . . . . . . . . 11  |-  ( y  =  ( P (
ball `  D )
r )  ->  (
y  C_  N  <->  ( P
( ball `  D )
r )  C_  N
) )
2826, 27anbi12d 691 . . . . . . . . . 10  |-  ( y  =  ( P (
ball `  D )
r )  ->  (
( P  e.  y  /\  y  C_  N
)  <->  ( P  e.  ( P ( ball `  D ) r )  /\  ( P (
ball `  D )
r )  C_  N
) ) )
2928rspcev 2897 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( P ( ball `  D ) r )  e.  J  /\  ( P  e.  ( P
( ball `  D )
r )  /\  ( P ( ball `  D
) r )  C_  N ) )  ->  E. y  e.  J  ( P  e.  y  /\  y  C_  N ) )
3029expr 598 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( P ( ball `  D ) r )  e.  J  /\  P  e.  ( P ( ball `  D ) r ) )  ->  ( ( P ( ball `  D
) r )  C_  N  ->  E. y  e.  J  ( P  e.  y  /\  y  C_  N ) ) )
3124, 25, 30syl2anc 642 . . . . . . 7  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X  /\  r  e.  RR+ )  ->  ( ( P (
ball `  D )
r )  C_  N  ->  E. y  e.  J  ( P  e.  y  /\  y  C_  N ) ) )
32313expia 1153 . . . . . 6  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X
)  ->  ( r  e.  RR+  ->  ( ( P ( ball `  D
) r )  C_  N  ->  E. y  e.  J  ( P  e.  y  /\  y  C_  N ) ) ) )
3332rexlimdv 2679 . . . . 5  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X
)  ->  ( E. r  e.  RR+  ( P ( ball `  D
) r )  C_  N  ->  E. y  e.  J  ( P  e.  y  /\  y  C_  N ) ) )
3433adantr 451 . . . 4  |-  ( ( ( D  e.  ( * Met `  X
)  /\  P  e.  X )  /\  N  C_  X )  ->  ( E. r  e.  RR+  ( P ( ball `  D
) r )  C_  N  ->  E. y  e.  J  ( P  e.  y  /\  y  C_  N ) ) )
3521, 34impbid 183 . . 3  |-  ( ( ( D  e.  ( * Met `  X
)  /\  P  e.  X )  /\  N  C_  X )  ->  ( E. y  e.  J  ( P  e.  y  /\  y  C_  N )  <->  E. r  e.  RR+  ( P ( ball `  D
) r )  C_  N ) )
3635pm5.32da 622 . 2  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X
)  ->  ( ( N  C_  X  /\  E. y  e.  J  ( P  e.  y  /\  y  C_  N ) )  <-> 
( N  C_  X  /\  E. r  e.  RR+  ( P ( ball `  D
) r )  C_  N ) ) )
379, 12, 363bitr2d 272 1  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X
)  ->  ( N  e.  ( ( nei `  J
) `  { P } )  <->  ( N  C_  X  /\  E. r  e.  RR+  ( P (
ball `  D )
r )  C_  N
) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 176    /\ wa 358    /\ w3a 934    = wceq 1632    e. wcel 1696   E.wrex 2557    C_ wss 3165   {csn 3653   U.cuni 3843   ` cfv 5271  (class class class)co 5874   RR*cxr 8882   RR+crp 10370   * Metcxmt 16385   ballcbl 16387   MetOpencmopn 16388   Topctop 16647   neicnei 16850
This theorem is referenced by:  reperflem  18339
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-rep 4147  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-nei 16851
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