MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  methaus Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem methaus 22076
Description: The topology generated by a metric space is Hausdorff. (Contributed by Mario Carneiro, 21-Mar-2015.) (Revised by Mario Carneiro, 26-Aug-2015.)
Hypothesis
Ref Expression
methaus.1 𝐽 = (MetOpen‘𝐷)
Assertion
Ref Expression
methaus (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝐽 ∈ Haus)

Proof of Theorem methaus
Dummy variables 𝑛 𝑑 𝑥 𝑦 𝑚 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 methaus.1 . . 3 𝐽 = (MetOpen‘𝐷)
21mopnex 22075 . 2 (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → ∃𝑑 ∈ (Met‘𝑋)𝐽 = (MetOpen‘𝑑))
3 metxmet 21890 . . . . . . . . . 10 (𝑑 ∈ (Met‘𝑋) → 𝑑 ∈ (∞Met‘𝑋))
43ad2antrr 757 . . . . . . . . 9 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → 𝑑 ∈ (∞Met‘𝑋))
5 simplrl 795 . . . . . . . . 9 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → 𝑥𝑋)
6 metcl 21888 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ 𝑥𝑋𝑦𝑋) → (𝑥𝑑𝑦) ∈ ℝ)
763expb 1257 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) → (𝑥𝑑𝑦) ∈ ℝ)
87adantr 479 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → (𝑥𝑑𝑦) ∈ ℝ)
9 metgt0 21915 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ 𝑥𝑋𝑦𝑋) → (𝑥𝑦 ↔ 0 < (𝑥𝑑𝑦)))
1093expb 1257 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) → (𝑥𝑦 ↔ 0 < (𝑥𝑑𝑦)))
1110biimpa 499 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → 0 < (𝑥𝑑𝑦))
128, 11elrpd 11701 . . . . . . . . . . 11 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → (𝑥𝑑𝑦) ∈ ℝ+)
1312rphalfcld 11716 . . . . . . . . . 10 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → ((𝑥𝑑𝑦) / 2) ∈ ℝ+)
1413rpxrd 11705 . . . . . . . . 9 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → ((𝑥𝑑𝑦) / 2) ∈ ℝ*)
15 eqid 2609 . . . . . . . . . 10 (MetOpen‘𝑑) = (MetOpen‘𝑑)
1615blopn 22056 . . . . . . . . 9 ((𝑑 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑥𝑋 ∧ ((𝑥𝑑𝑦) / 2) ∈ ℝ*) → (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∈ (MetOpen‘𝑑))
174, 5, 14, 16syl3anc 1317 . . . . . . . 8 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∈ (MetOpen‘𝑑))
18 simplrr 796 . . . . . . . . 9 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → 𝑦𝑋)
1915blopn 22056 . . . . . . . . 9 ((𝑑 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑦𝑋 ∧ ((𝑥𝑑𝑦) / 2) ∈ ℝ*) → (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∈ (MetOpen‘𝑑))
204, 18, 14, 19syl3anc 1317 . . . . . . . 8 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∈ (MetOpen‘𝑑))
21 blcntr 21969 . . . . . . . . 9 ((𝑑 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑥𝑋 ∧ ((𝑥𝑑𝑦) / 2) ∈ ℝ+) → 𝑥 ∈ (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)))
224, 5, 13, 21syl3anc 1317 . . . . . . . 8 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → 𝑥 ∈ (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)))
23 blcntr 21969 . . . . . . . . 9 ((𝑑 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑦𝑋 ∧ ((𝑥𝑑𝑦) / 2) ∈ ℝ+) → 𝑦 ∈ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)))
244, 18, 13, 23syl3anc 1317 . . . . . . . 8 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → 𝑦 ∈ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)))
2513rpred 11704 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → ((𝑥𝑑𝑦) / 2) ∈ ℝ)
26 rexadd 11896 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝑥𝑑𝑦) / 2) ∈ ℝ ∧ ((𝑥𝑑𝑦) / 2) ∈ ℝ) → (((𝑥𝑑𝑦) / 2) +𝑒 ((𝑥𝑑𝑦) / 2)) = (((𝑥𝑑𝑦) / 2) + ((𝑥𝑑𝑦) / 2)))
2725, 25, 26syl2anc 690 . . . . . . . . . . 11 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → (((𝑥𝑑𝑦) / 2) +𝑒 ((𝑥𝑑𝑦) / 2)) = (((𝑥𝑑𝑦) / 2) + ((𝑥𝑑𝑦) / 2)))
288recnd 9924 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → (𝑥𝑑𝑦) ∈ ℂ)
29282halvesd 11125 . . . . . . . . . . 11 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → (((𝑥𝑑𝑦) / 2) + ((𝑥𝑑𝑦) / 2)) = (𝑥𝑑𝑦))
3027, 29eqtrd 2643 . . . . . . . . . 10 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → (((𝑥𝑑𝑦) / 2) +𝑒 ((𝑥𝑑𝑦) / 2)) = (𝑥𝑑𝑦))
318leidd 10443 . . . . . . . . . 10 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → (𝑥𝑑𝑦) ≤ (𝑥𝑑𝑦))
3230, 31eqbrtrd 4599 . . . . . . . . 9 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → (((𝑥𝑑𝑦) / 2) +𝑒 ((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ≤ (𝑥𝑑𝑦))
33 bldisj 21954 . . . . . . . . 9 (((𝑑 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑥𝑋𝑦𝑋) ∧ (((𝑥𝑑𝑦) / 2) ∈ ℝ* ∧ ((𝑥𝑑𝑦) / 2) ∈ ℝ* ∧ (((𝑥𝑑𝑦) / 2) +𝑒 ((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ≤ (𝑥𝑑𝑦))) → ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2))) = ∅)
344, 5, 18, 14, 14, 32, 33syl33anc 1332 . . . . . . . 8 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2))) = ∅)
35 eleq2 2676 . . . . . . . . . 10 (𝑚 = (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) → (𝑥𝑚𝑥 ∈ (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2))))
36 ineq1 3768 . . . . . . . . . . 11 (𝑚 = (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) → (𝑚𝑛) = ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ 𝑛))
3736eqeq1d 2611 . . . . . . . . . 10 (𝑚 = (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) → ((𝑚𝑛) = ∅ ↔ ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ 𝑛) = ∅))
3835, 373anbi13d 1392 . . . . . . . . 9 (𝑚 = (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) → ((𝑥𝑚𝑦𝑛 ∧ (𝑚𝑛) = ∅) ↔ (𝑥 ∈ (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∧ 𝑦𝑛 ∧ ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ 𝑛) = ∅)))
39 eleq2 2676 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) → (𝑦𝑛𝑦 ∈ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2))))
40 ineq2 3769 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 = (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) → ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ 𝑛) = ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2))))
4140eqeq1d 2611 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) → (((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ 𝑛) = ∅ ↔ ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2))) = ∅))
4239, 413anbi23d 1393 . . . . . . . . 9 (𝑛 = (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) → ((𝑥 ∈ (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∧ 𝑦𝑛 ∧ ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ 𝑛) = ∅) ↔ (𝑥 ∈ (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∧ 𝑦 ∈ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∧ ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2))) = ∅)))
4338, 42rspc2ev 3294 . . . . . . . 8 (((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∈ (MetOpen‘𝑑) ∧ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∈ (MetOpen‘𝑑) ∧ (𝑥 ∈ (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∧ 𝑦 ∈ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∧ ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2))) = ∅)) → ∃𝑚 ∈ (MetOpen‘𝑑)∃𝑛 ∈ (MetOpen‘𝑑)(𝑥𝑚𝑦𝑛 ∧ (𝑚𝑛) = ∅))
4417, 20, 22, 24, 34, 43syl113anc 1329 . . . . . . 7 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → ∃𝑚 ∈ (MetOpen‘𝑑)∃𝑛 ∈ (MetOpen‘𝑑)(𝑥𝑚𝑦𝑛 ∧ (𝑚𝑛) = ∅))
4544ex 448 . . . . . 6 ((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) → (𝑥𝑦 → ∃𝑚 ∈ (MetOpen‘𝑑)∃𝑛 ∈ (MetOpen‘𝑑)(𝑥𝑚𝑦𝑛 ∧ (𝑚𝑛) = ∅)))
4645ralrimivva 2953 . . . . 5 (𝑑 ∈ (Met‘𝑋) → ∀𝑥𝑋𝑦𝑋 (𝑥𝑦 → ∃𝑚 ∈ (MetOpen‘𝑑)∃𝑛 ∈ (MetOpen‘𝑑)(𝑥𝑚𝑦𝑛 ∧ (𝑚𝑛) = ∅)))
4715mopntopon 21995 . . . . . 6 (𝑑 ∈ (∞Met‘𝑋) → (MetOpen‘𝑑) ∈ (TopOn‘𝑋))
48 ishaus2 20907 . . . . . 6 ((MetOpen‘𝑑) ∈ (TopOn‘𝑋) → ((MetOpen‘𝑑) ∈ Haus ↔ ∀𝑥𝑋𝑦𝑋 (𝑥𝑦 → ∃𝑚 ∈ (MetOpen‘𝑑)∃𝑛 ∈ (MetOpen‘𝑑)(𝑥𝑚𝑦𝑛 ∧ (𝑚𝑛) = ∅))))
493, 47, 483syl 18 . . . . 5 (𝑑 ∈ (Met‘𝑋) → ((MetOpen‘𝑑) ∈ Haus ↔ ∀𝑥𝑋𝑦𝑋 (𝑥𝑦 → ∃𝑚 ∈ (MetOpen‘𝑑)∃𝑛 ∈ (MetOpen‘𝑑)(𝑥𝑚𝑦𝑛 ∧ (𝑚𝑛) = ∅))))
5046, 49mpbird 245 . . . 4 (𝑑 ∈ (Met‘𝑋) → (MetOpen‘𝑑) ∈ Haus)
51 eleq1 2675 . . . 4 (𝐽 = (MetOpen‘𝑑) → (𝐽 ∈ Haus ↔ (MetOpen‘𝑑) ∈ Haus))
5250, 51syl5ibrcom 235 . . 3 (𝑑 ∈ (Met‘𝑋) → (𝐽 = (MetOpen‘𝑑) → 𝐽 ∈ Haus))
5352rexlimiv 3008 . 2 (∃𝑑 ∈ (Met‘𝑋)𝐽 = (MetOpen‘𝑑) → 𝐽 ∈ Haus)
542, 53syl 17 1 (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝐽 ∈ Haus)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 194  wa 382  w3a 1030   = wceq 1474  wcel 1976  wne 2779  wral 2895  wrex 2896  cin 3538  c0 3873   class class class wbr 4577  cfv 5790  (class class class)co 6527  cr 9791  0cc0 9792   + caddc 9795  *cxr 9929   < clt 9930  cle 9931   / cdiv 10533  2c2 10917  +crp 11664   +𝑒 cxad 11776  ∞Metcxmt 19498  Metcme 19499  ballcbl 19500  MetOpencmopn 19503  TopOnctopon 20460  Hauscha 20864
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1712  ax-4 1727  ax-5 1826  ax-6 1874  ax-7 1921  ax-8 1978  ax-9 1985  ax-10 2005  ax-11 2020  ax-12 2033  ax-13 2233  ax-ext 2589  ax-sep 4703  ax-nul 4712  ax-pow 4764  ax-pr 4828  ax-un 6824  ax-cnex 9848  ax-resscn 9849  ax-1cn 9850  ax-icn 9851  ax-addcl 9852  ax-addrcl 9853  ax-mulcl 9854  ax-mulrcl 9855  ax-mulcom 9856  ax-addass 9857  ax-mulass 9858  ax-distr 9859  ax-i2m1 9860  ax-1ne0 9861  ax-1rid 9862  ax-rnegex 9863  ax-rrecex 9864  ax-cnre 9865  ax-pre-lttri 9866  ax-pre-lttrn 9867  ax-pre-ltadd 9868  ax-pre-mulgt0 9869  ax-pre-sup 9870
This theorem depends on definitions:  df-bi 195  df-or 383  df-an 384  df-3or 1031  df-3an 1032  df-tru 1477  df-ex 1695  df-nf 1700  df-sb 1867  df-eu 2461  df-mo 2462  df-clab 2596  df-cleq 2602  df-clel 2605  df-nfc 2739  df-ne 2781  df-nel 2782  df-ral 2900  df-rex 2901  df-reu 2902  df-rmo 2903  df-rab 2904  df-v 3174  df-sbc 3402  df-csb 3499  df-dif 3542  df-un 3544  df-in 3546  df-ss 3553  df-pss 3555  df-nul 3874  df-if 4036  df-pw 4109  df-sn 4125  df-pr 4127  df-tp 4129  df-op 4131  df-uni 4367  df-iun 4451  df-br 4578  df-opab 4638  df-mpt 4639  df-tr 4675  df-eprel 4939  df-id 4943  df-po 4949  df-so 4950  df-fr 4987  df-we 4989  df-xp 5034  df-rel 5035  df-cnv 5036  df-co 5037  df-dm 5038  df-rn 5039  df-res 5040  df-ima 5041  df-pred 5583  df-ord 5629  df-on 5630  df-lim 5631  df-suc 5632  df-iota 5754  df-fun 5792  df-fn 5793  df-f 5794  df-f1 5795  df-fo 5796  df-f1o 5797  df-fv 5798  df-riota 6489  df-ov 6530  df-oprab 6531  df-mpt2 6532  df-om 6935  df-1st 7036  df-2nd 7037  df-wrecs 7271  df-recs 7332  df-rdg 7370  df-er 7606  df-map 7723  df-en 7819  df-dom 7820  df-sdom 7821  df-sup 8208  df-inf 8209  df-pnf 9932  df-mnf 9933  df-xr 9934  df-ltxr 9935  df-le 9936  df-sub 10119  df-neg 10120  df-div 10534  df-nn 10868  df-2 10926  df-n0 11140  df-z 11211  df-uz 11520  df-q 11621  df-rp 11665  df-xneg 11778  df-xadd 11779  df-xmul 11780  df-icc 12009  df-topgen 15873  df-psmet 19505  df-xmet 19506  df-met 19507  df-bl 19508  df-mopn 19509  df-top 20463  df-bases 20464  df-topon 20465  df-haus 20871
This theorem is referenced by:  cnfldhaus  22330  rehaus  22342  metreg  22405  lmcau  22836  cmetss  22838  minveclem4a  22926  minvecolem4a  26923  minvecolem4b  26924  minvecolem4  26926  hlimf  27284  hmopidmchi  28200  rrhcn  29175  rrexthaus  29185  sitmcl  29546  heiborlem9  32584  bfplem1  32587
  Copyright terms: Public domain W3C validator