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Theorem neibl 17995
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
StepHypRef Expression
1 mopni.1 . . . . 5  |-  J  =  ( MetOpen `  D )
21mopntop 17934 . . . 4  |-  ( D  e.  ( * Met `  X )  ->  J  e.  Top )
32adantr 453 . . 3  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X
)  ->  J  e.  Top )
41mopnuni 17935 . . . . 5  |-  ( D  e.  ( * Met `  X )  ->  X  =  U. J )
54eleq2d 2323 . . . 4  |-  ( D  e.  ( * Met `  X )  ->  ( P  e.  X  <->  P  e.  U. J ) )
65biimpa 472 . . 3  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X
)  ->  P  e.  U. J )
7 eqid 2256 . . . 4  |-  U. J  =  U. J
87isneip 16790 . . 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 645 . 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 3167 . . . 4  |-  ( D  e.  ( * Met `  X )  ->  ( N  C_  X  <->  N  C_  U. J
) )
1110adantr 453 . . 3  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X
)  ->  ( N  C_  X  <->  N  C_  U. J
) )
1211anbi1d 688 . 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 17987 . . . . . . . . 9  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  y  e.  J  /\  P  e.  y
)  ->  E. r  e.  RR+  ( P (
ball `  D )
r )  C_  y
)
14 sstr2 3147 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( P ( ball `  D
) r )  C_  y  ->  ( y  C_  N  ->  ( P (
ball `  D )
r )  C_  N
) )
1514com12 29 . . . . . . . . . 10  |-  ( y 
C_  N  ->  (
( P ( ball `  D ) r ) 
C_  y  ->  ( P ( ball `  D
) r )  C_  N ) )
1615reximdv 2627 . . . . . . . . 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 28 . . . . . . . 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 1155 . . . . . . 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 575 . . . . . 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 709 . . . . 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 2639 . . . 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 10314 . . . . . . . . 9  |-  ( r  e.  RR+  ->  r  e. 
RR* )
231blopn 17994 . . . . . . . . 9  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X  /\  r  e.  RR* )  ->  ( P ( ball `  D ) r )  e.  J )
2422, 23syl3an3 1222 . . . . . . . 8  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X  /\  r  e.  RR+ )  ->  ( P ( ball `  D ) r )  e.  J )
25 blcntr 17912 . . . . . . . 8  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  P  e.  X  /\  r  e.  RR+ )  ->  P  e.  ( P ( ball `  D
) r ) )
26 eleq2 2317 . . . . . . . . . . 11  |-  ( y  =  ( P (
ball `  D )
r )  ->  ( P  e.  y  <->  P  e.  ( P ( ball `  D
) r ) ) )
27 sseq1 3160 . . . . . . . . . . 11  |-  ( y  =  ( P (
ball `  D )
r )  ->  (
y  C_  N  <->  ( P
( ball `  D )
r )  C_  N
) )
2826, 27anbi12d 694 . . . . . . . . . 10  |-  ( y  =  ( P (
ball `  D )
r )  ->  (
( P  e.  y  /\  y  C_  N
)  <->  ( P  e.  ( P ( ball `  D ) r )  /\  ( P (
ball `  D )
r )  C_  N
) ) )
2928rcla4ev 2852 . . . . . . . . 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 601 . . . . . . . 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 645 . . . . . . 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 1158 . . . . . 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 2639 . . . . 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 453 . . . 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 185 . . 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 625 . 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 274 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 6    <-> wb 178    /\ wa 360    /\ w3a 939    = wceq 1619    e. wcel 1621   E.wrex 2517    C_ wss 3113   {csn 3600   U.cuni 3787   ` cfv 4659  (class class class)co 5778   RR*cxr 8820   RR+crp 10307   * Metcxmt 16317   ballcbl 16319   MetOpencmopn 16320   Topctop 16579   neicnei 16782
This theorem is referenced by:  reperflem  18271
This theorem was proved from axioms:  ax-1 7  ax-2 8  ax-3 9  ax-mp 10  ax-5 1533  ax-6 1534  ax-7 1535  ax-gen 1536  ax-8 1623  ax-11 1624  ax-13 1625  ax-14 1626  ax-17 1628  ax-12o 1664  ax-10 1678  ax-9 1684  ax-4 1692  ax-16 1927  ax-ext 2237  ax-rep 4091  ax-sep 4101  ax-nul 4109  ax-pow 4146  ax-pr 4172  ax-un 4470  ax-cnex 8747  ax-resscn 8748  ax-1cn 8749  ax-icn 8750  ax-addcl 8751  ax-addrcl 8752  ax-mulcl 8753  ax-mulrcl 8754  ax-mulcom 8755  ax-addass 8756  ax-mulass 8757  ax-distr 8758  ax-i2m1 8759  ax-1ne0 8760  ax-1rid 8761  ax-rnegex 8762  ax-rrecex 8763  ax-cnre 8764  ax-pre-lttri 8765  ax-pre-lttrn 8766  ax-pre-ltadd 8767  ax-pre-mulgt0 8768  ax-pre-sup 8769
This theorem depends on definitions:  df-bi 179  df-or 361  df-an 362  df-3or 940  df-3an 941  df-tru 1315  df-ex 1538  df-nf 1540  df-sb 1884  df-eu 2121  df-mo 2122  df-clab 2243  df-cleq 2249  df-clel 2252  df-nfc 2381  df-ne 2421  df-nel 2422  df-ral 2521  df-rex 2522  df-reu 2523  df-rmo 2524  df-rab 2525  df-v 2759  df-sbc 2953  df-csb 3043  df-dif 3116  df-un 3118  df-in 3120  df-ss 3127  df-pss 3129  df-nul 3417  df-if 3526  df-pw 3587  df-sn 3606  df-pr 3607  df-tp 3608  df-op 3609  df-uni 3788  df-iun 3867  df-br 3984  df-opab 4038  df-mpt 4039  df-tr 4074  df-eprel 4263  df-id 4267  df-po 4272  df-so 4273  df-fr 4310  df-we 4312  df-ord 4353  df-on 4354  df-lim 4355  df-suc 4356  df-om 4615  df-xp 4661  df-rel 4662  df-cnv 4663  df-co 4664  df-dm 4665  df-rn 4666  df-res 4667  df-ima 4668  df-fun 4669  df-fn 4670  df-f 4671  df-f1 4672  df-fo 4673  df-f1o 4674  df-fv 4675  df-ov 5781  df-oprab 5782  df-mpt2 5783  df-1st 6042  df-2nd 6043  df-iota 6211  df-riota 6258  df-recs 6342  df-rdg 6377  df-er 6614  df-map 6728  df-en 6818  df-dom 6819  df-sdom 6820  df-sup 7148  df-pnf 8823  df-mnf 8824  df-xr 8825  df-ltxr 8826  df-le 8827  df-sub 8993  df-neg 8994  df-div 9378  df-n 9701  df-2 9758  df-n0 9919  df-z 9978  df-uz 10184  df-q 10270  df-rp 10308  df-xneg 10405  df-xadd 10406  df-xmul 10407  df-topgen 13292  df-xmet 16321  df-bl 16323  df-mopn 16324  df-top 16584  df-bases 16586  df-topon 16587  df-nei 16783
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