Users' Mathboxes Mathbox for Jeff Hankins < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  opnrebl2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem opnrebl2 31958
Description: A set is open in the standard topology of the reals precisely when every point can be enclosed in an arbitrarily small ball. (Contributed by Jeff Hankins, 22-Sep-2013.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 30-Jan-2014.)
Assertion
Ref Expression
opnrebl2 (𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ↔ (𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
Distinct variable group:   𝑥,𝑦,𝑧,𝐴

Proof of Theorem opnrebl2
StepHypRef Expression
1 eqid 2621 . . . . 5 ((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)) = ((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ))
21rexmet 22502 . . . 4 ((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)) ∈ (∞Met‘ℝ)
3 eqid 2621 . . . . . 6 (MetOpen‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ))) = (MetOpen‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))
41, 3tgioo 22507 . . . . 5 (topGen‘ran (,)) = (MetOpen‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))
54mopnss 22161 . . . 4 ((((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)) ∈ (∞Met‘ℝ) ∧ 𝐴 ∈ (topGen‘ran (,))) → 𝐴 ⊆ ℝ)
62, 5mpan 705 . . 3 (𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) → 𝐴 ⊆ ℝ)
74mopni3 22209 . . . . . . . 8 (((((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)) ∈ (∞Met‘ℝ) ∧ 𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ∧ 𝑥𝐴) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴))
87ex 450 . . . . . . 7 ((((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)) ∈ (∞Met‘ℝ) ∧ 𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ∧ 𝑥𝐴) → (𝑦 ∈ ℝ+ → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴)))
92, 8mp3an1 1408 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ∧ 𝑥𝐴) → (𝑦 ∈ ℝ+ → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴)))
106sselda 3583 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ∧ 𝑥𝐴) → 𝑥 ∈ ℝ)
11 rpre 11783 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑧 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ)
121bl2ioo 22503 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ∈ ℝ) → (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) = ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)))
1311, 12sylan2 491 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) = ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)))
1413sseq1d 3611 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → ((𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴 ↔ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴))
1514anbi2d 739 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → ((𝑧 < 𝑦 ∧ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴) ↔ (𝑧 < 𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
1615rexbidva 3042 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ → (∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴) ↔ ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
1716biimpd 219 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ → (∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
18 rpre 11783 . . . . . . . . . . 11 (𝑦 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ℝ)
19 ltle 10070 . . . . . . . . . . 11 ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (𝑧 < 𝑦𝑧𝑦))
2011, 18, 19syl2anr 495 . . . . . . . . . 10 ((𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+) → (𝑧 < 𝑦𝑧𝑦))
2120anim1d 587 . . . . . . . . 9 ((𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+) → ((𝑧 < 𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
2221reximdva 3011 . . . . . . . 8 (𝑦 ∈ ℝ+ → (∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
2317, 22syl9 77 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ → (𝑦 ∈ ℝ+ → (∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴))))
2410, 23syl 17 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ∧ 𝑥𝐴) → (𝑦 ∈ ℝ+ → (∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴))))
259, 24mpdd 43 . . . . 5 ((𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ∧ 𝑥𝐴) → (𝑦 ∈ ℝ+ → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
2625expimpd 628 . . . 4 (𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) → ((𝑥𝐴𝑦 ∈ ℝ+) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
2726ralrimivv 2964 . . 3 (𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) → ∀𝑥𝐴𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴))
286, 27jca 554 . 2 (𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) → (𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
29 ssel2 3578 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥𝐴) → 𝑥 ∈ ℝ)
30 1rp 11780 . . . . . . . 8 1 ∈ ℝ+
31 simpr 477 . . . . . . . . . 10 ((𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)
3231reximi 3005 . . . . . . . . 9 (∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)
3332ralimi 2947 . . . . . . . 8 (∀𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → ∀𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)
34 biidd 252 . . . . . . . . 9 (𝑦 = 1 → (∃𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴 ↔ ∃𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴))
3534rspcv 3291 . . . . . . . 8 (1 ∈ ℝ+ → (∀𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴 → ∃𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴))
3630, 33, 35mpsyl 68 . . . . . . 7 (∀𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)
3714rexbidva 3042 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ → (∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴 ↔ ∃𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴))
3836, 37syl5ibr 236 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ → (∀𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴))
3929, 38syl 17 . . . . 5 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥𝐴) → (∀𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴))
4039ralimdva 2956 . . . 4 (𝐴 ⊆ ℝ → (∀𝑥𝐴𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → ∀𝑥𝐴𝑧 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴))
4140imdistani 725 . . 3 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)) → (𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑧 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴))
424elmopn2 22160 . . . 4 (((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)) ∈ (∞Met‘ℝ) → (𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ↔ (𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑧 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴)))
432, 42ax-mp 5 . . 3 (𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ↔ (𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑧 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴))
4441, 43sylibr 224 . 2 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)) → 𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)))
4528, 44impbii 199 1 (𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ↔ (𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 384  w3a 1036   = wceq 1480  wcel 1987  wral 2907  wrex 2908  wss 3555   class class class wbr 4613   × cxp 5072  ran crn 5075  cres 5076  ccom 5078  cfv 5847  (class class class)co 6604  cr 9879  1c1 9881   + caddc 9883   < clt 10018  cle 10019  cmin 10210  +crp 11776  (,)cioo 12117  abscabs 13908  topGenctg 16019  ∞Metcxmt 19650  ballcbl 19652  MetOpencmopn 19655
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1719  ax-4 1734  ax-5 1836  ax-6 1885  ax-7 1932  ax-8 1989  ax-9 1996  ax-10 2016  ax-11 2031  ax-12 2044  ax-13 2245  ax-ext 2601  ax-sep 4741  ax-nul 4749  ax-pow 4803  ax-pr 4867  ax-un 6902  ax-cnex 9936  ax-resscn 9937  ax-1cn 9938  ax-icn 9939  ax-addcl 9940  ax-addrcl 9941  ax-mulcl 9942  ax-mulrcl 9943  ax-mulcom 9944  ax-addass 9945  ax-mulass 9946  ax-distr 9947  ax-i2m1 9948  ax-1ne0 9949  ax-1rid 9950  ax-rnegex 9951  ax-rrecex 9952  ax-cnre 9953  ax-pre-lttri 9954  ax-pre-lttrn 9955  ax-pre-ltadd 9956  ax-pre-mulgt0 9957  ax-pre-sup 9958
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1037  df-3an 1038  df-tru 1483  df-ex 1702  df-nf 1707  df-sb 1878  df-eu 2473  df-mo 2474  df-clab 2608  df-cleq 2614  df-clel 2617  df-nfc 2750  df-ne 2791  df-nel 2894  df-ral 2912  df-rex 2913  df-reu 2914  df-rmo 2915  df-rab 2916  df-v 3188  df-sbc 3418  df-csb 3515  df-dif 3558  df-un 3560  df-in 3562  df-ss 3569  df-pss 3571  df-nul 3892  df-if 4059  df-pw 4132  df-sn 4149  df-pr 4151  df-tp 4153  df-op 4155  df-uni 4403  df-iun 4487  df-br 4614  df-opab 4674  df-mpt 4675  df-tr 4713  df-eprel 4985  df-id 4989  df-po 4995  df-so 4996  df-fr 5033  df-we 5035  df-xp 5080  df-rel 5081  df-cnv 5082  df-co 5083  df-dm 5084  df-rn 5085  df-res 5086  df-ima 5087  df-pred 5639  df-ord 5685  df-on 5686  df-lim 5687  df-suc 5688  df-iota 5810  df-fun 5849  df-fn 5850  df-f 5851  df-f1 5852  df-fo 5853  df-f1o 5854  df-fv 5855  df-riota 6565  df-ov 6607  df-oprab 6608  df-mpt2 6609  df-om 7013  df-1st 7113  df-2nd 7114  df-wrecs 7352  df-recs 7413  df-rdg 7451  df-er 7687  df-map 7804  df-en 7900  df-dom 7901  df-sdom 7902  df-sup 8292  df-inf 8293  df-pnf 10020  df-mnf 10021  df-xr 10022  df-ltxr 10023  df-le 10024  df-sub 10212  df-neg 10213  df-div 10629  df-nn 10965  df-2 11023  df-3 11024  df-n0 11237  df-z 11322  df-uz 11632  df-q 11733  df-rp 11777  df-xneg 11890  df-xadd 11891  df-xmul 11892  df-ioo 12121  df-seq 12742  df-exp 12801  df-cj 13773  df-re 13774  df-im 13775  df-sqrt 13909  df-abs 13910  df-topgen 16025  df-psmet 19657  df-xmet 19658  df-met 19659  df-bl 19660  df-mopn 19661  df-top 20621  df-bases 20622  df-topon 20623
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator