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

Theorem reperflem 22524
Description: A subset of the real numbers that is closed under addition with real numbers is perfect. (Contributed by Mario Carneiro, 26-Dec-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
recld2.1 𝐽 = (TopOpen‘ℂfld)
reperflem.2 ((𝑢𝑆𝑣 ∈ ℝ) → (𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆)
reperflem.3 𝑆 ⊆ ℂ
Assertion
Ref Expression
reperflem (𝐽t 𝑆) ∈ Perf
Distinct variable groups:   𝑢,𝐽   𝑣,𝑢,𝑆
Allowed substitution hint:   𝐽(𝑣)

Proof of Theorem reperflem
Dummy variables 𝑛 𝑟 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 cnxmet 22481 . . . . . . 7 (abs ∘ − ) ∈ (∞Met‘ℂ)
2 reperflem.3 . . . . . . . 8 𝑆 ⊆ ℂ
32sseli 3584 . . . . . . 7 (𝑢𝑆𝑢 ∈ ℂ)
4 recld2.1 . . . . . . . . 9 𝐽 = (TopOpen‘ℂfld)
54cnfldtopn 22490 . . . . . . . 8 𝐽 = (MetOpen‘(abs ∘ − ))
65neibl 22211 . . . . . . 7 (((abs ∘ − ) ∈ (∞Met‘ℂ) ∧ 𝑢 ∈ ℂ) → (𝑛 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑢}) ↔ (𝑛 ⊆ ℂ ∧ ∃𝑟 ∈ ℝ+ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ⊆ 𝑛)))
71, 3, 6sylancr 694 . . . . . 6 (𝑢𝑆 → (𝑛 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑢}) ↔ (𝑛 ⊆ ℂ ∧ ∃𝑟 ∈ ℝ+ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ⊆ 𝑛)))
8 reperflem.2 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑢𝑆𝑣 ∈ ℝ) → (𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆)
98ralrimiva 2965 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑢𝑆 → ∀𝑣 ∈ ℝ (𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆)
10 rpre 11783 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑟 ∈ ℝ+𝑟 ∈ ℝ)
1110rehalfcld 11224 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑟 ∈ ℝ+ → (𝑟 / 2) ∈ ℝ)
12 oveq2 6613 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑣 = (𝑟 / 2) → (𝑢 + 𝑣) = (𝑢 + (𝑟 / 2)))
1312eleq1d 2688 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑣 = (𝑟 / 2) → ((𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆 ↔ (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ 𝑆))
1413rspccva 3299 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((∀𝑣 ∈ ℝ (𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆 ∧ (𝑟 / 2) ∈ ℝ) → (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ 𝑆)
159, 11, 14syl2an 494 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ 𝑆)
162, 15sseldi 3586 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ ℂ)
173adantr 481 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → 𝑢 ∈ ℂ)
18 eqid 2626 . . . . . . . . . . . . . . 15 (abs ∘ − ) = (abs ∘ − )
1918cnmetdval 22479 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ ℂ ∧ 𝑢 ∈ ℂ) → ((𝑢 + (𝑟 / 2))(abs ∘ − )𝑢) = (abs‘((𝑢 + (𝑟 / 2)) − 𝑢)))
2016, 17, 19syl2anc 692 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢 + (𝑟 / 2))(abs ∘ − )𝑢) = (abs‘((𝑢 + (𝑟 / 2)) − 𝑢)))
21 simpr 477 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → 𝑟 ∈ ℝ+)
2221rphalfcld 11828 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑟 / 2) ∈ ℝ+)
2322rpcnd 11818 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑟 / 2) ∈ ℂ)
2417, 23pncan2d 10339 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢 + (𝑟 / 2)) − 𝑢) = (𝑟 / 2))
2524fveq2d 6154 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (abs‘((𝑢 + (𝑟 / 2)) − 𝑢)) = (abs‘(𝑟 / 2)))
2622rpred 11816 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑟 / 2) ∈ ℝ)
2722rpge0d 11820 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → 0 ≤ (𝑟 / 2))
2826, 27absidd 14090 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (abs‘(𝑟 / 2)) = (𝑟 / 2))
2920, 25, 283eqtrd 2664 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢 + (𝑟 / 2))(abs ∘ − )𝑢) = (𝑟 / 2))
30 rphalflt 11804 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑟 ∈ ℝ+ → (𝑟 / 2) < 𝑟)
3130adantl 482 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑟 / 2) < 𝑟)
3229, 31eqbrtrd 4640 . . . . . . . . . . 11 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢 + (𝑟 / 2))(abs ∘ − )𝑢) < 𝑟)
331a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (abs ∘ − ) ∈ (∞Met‘ℂ))
34 rpxr 11784 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑟 ∈ ℝ+𝑟 ∈ ℝ*)
3534adantl 482 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → 𝑟 ∈ ℝ*)
36 elbl3 22102 . . . . . . . . . . . 12 ((((abs ∘ − ) ∈ (∞Met‘ℂ) ∧ 𝑟 ∈ ℝ*) ∧ (𝑢 ∈ ℂ ∧ (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ ℂ)) → ((𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ↔ ((𝑢 + (𝑟 / 2))(abs ∘ − )𝑢) < 𝑟))
3733, 35, 17, 16, 36syl22anc 1324 . . . . . . . . . . 11 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ↔ ((𝑢 + (𝑟 / 2))(abs ∘ − )𝑢) < 𝑟))
3832, 37mpbird 247 . . . . . . . . . 10 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟))
3922rpne0d 11821 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑟 / 2) ≠ 0)
4024, 39eqnetrd 2863 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢 + (𝑟 / 2)) − 𝑢) ≠ 0)
4116, 17, 40subne0ad 10348 . . . . . . . . . . 11 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑢 + (𝑟 / 2)) ≠ 𝑢)
42 eldifsn 4292 . . . . . . . . . . 11 ((𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ (𝑆 ∖ {𝑢}) ↔ ((𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ 𝑆 ∧ (𝑢 + (𝑟 / 2)) ≠ 𝑢))
4315, 41, 42sylanbrc 697 . . . . . . . . . 10 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ (𝑆 ∖ {𝑢}))
44 inelcm 4009 . . . . . . . . . 10 (((𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∧ (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ (𝑆 ∖ {𝑢})) → ((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅)
4538, 43, 44syl2anc 692 . . . . . . . . 9 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅)
46 ssrin 3821 . . . . . . . . . 10 ((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ⊆ 𝑛 → ((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ⊆ (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})))
47 ssn0 3953 . . . . . . . . . . 11 ((((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ⊆ (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ∧ ((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅) → (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅)
4847ex 450 . . . . . . . . . 10 (((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ⊆ (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) → (((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅ → (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
4946, 48syl 17 . . . . . . . . 9 ((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ⊆ 𝑛 → (((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅ → (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
5045, 49syl5com 31 . . . . . . . 8 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ⊆ 𝑛 → (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
5150rexlimdva 3029 . . . . . . 7 (𝑢𝑆 → (∃𝑟 ∈ ℝ+ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ⊆ 𝑛 → (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
5251adantld 483 . . . . . 6 (𝑢𝑆 → ((𝑛 ⊆ ℂ ∧ ∃𝑟 ∈ ℝ+ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ⊆ 𝑛) → (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
537, 52sylbid 230 . . . . 5 (𝑢𝑆 → (𝑛 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑢}) → (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
5453ralrimiv 2964 . . . 4 (𝑢𝑆 → ∀𝑛 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑢})(𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅)
554cnfldtop 22492 . . . . . 6 𝐽 ∈ Top
564cnfldtopon 22491 . . . . . . . 8 𝐽 ∈ (TopOn‘ℂ)
5756toponunii 20642 . . . . . . 7 ℂ = 𝐽
5857islp2 20854 . . . . . 6 ((𝐽 ∈ Top ∧ 𝑆 ⊆ ℂ ∧ 𝑢 ∈ ℂ) → (𝑢 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆) ↔ ∀𝑛 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑢})(𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
5955, 2, 58mp3an12 1411 . . . . 5 (𝑢 ∈ ℂ → (𝑢 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆) ↔ ∀𝑛 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑢})(𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
603, 59syl 17 . . . 4 (𝑢𝑆 → (𝑢 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆) ↔ ∀𝑛 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑢})(𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
6154, 60mpbird 247 . . 3 (𝑢𝑆𝑢 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆))
6261ssriv 3592 . 2 𝑆 ⊆ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)
63 eqid 2626 . . . 4 (𝐽t 𝑆) = (𝐽t 𝑆)
6457, 63restperf 20893 . . 3 ((𝐽 ∈ Top ∧ 𝑆 ⊆ ℂ) → ((𝐽t 𝑆) ∈ Perf ↔ 𝑆 ⊆ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)))
6555, 2, 64mp2an 707 . 2 ((𝐽t 𝑆) ∈ Perf ↔ 𝑆 ⊆ ((limPt‘𝐽)‘𝑆))
6662, 65mpbir 221 1 (𝐽t 𝑆) ∈ Perf
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 384   = wceq 1480  wcel 1992  wne 2796  wral 2912  wrex 2913  cdif 3557  cin 3559  wss 3560  c0 3896  {csn 4153   class class class wbr 4618  ccom 5083  cfv 5850  (class class class)co 6605  cc 9879  cr 9880  0cc0 9881   + caddc 9884  *cxr 10018   < clt 10019  cmin 10211   / cdiv 10629  2c2 11015  +crp 11776  abscabs 13903  t crest 15997  TopOpenctopn 15998  ∞Metcxmt 19645  ballcbl 19647  fldccnfld 19660  Topctop 20612  neicnei 20806  limPtclp 20843  Perfcperf 20844
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 1841  ax-6 1890  ax-7 1937  ax-8 1994  ax-9 2001  ax-10 2021  ax-11 2036  ax-12 2049  ax-13 2250  ax-ext 2606  ax-rep 4736  ax-sep 4746  ax-nul 4754  ax-pow 4808  ax-pr 4872  ax-un 6903  ax-cnex 9937  ax-resscn 9938  ax-1cn 9939  ax-icn 9940  ax-addcl 9941  ax-addrcl 9942  ax-mulcl 9943  ax-mulrcl 9944  ax-mulcom 9945  ax-addass 9946  ax-mulass 9947  ax-distr 9948  ax-i2m1 9949  ax-1ne0 9950  ax-1rid 9951  ax-rnegex 9952  ax-rrecex 9953  ax-cnre 9954  ax-pre-lttri 9955  ax-pre-lttrn 9956  ax-pre-ltadd 9957  ax-pre-mulgt0 9958  ax-pre-sup 9959
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 1883  df-eu 2478  df-mo 2479  df-clab 2613  df-cleq 2619  df-clel 2622  df-nfc 2756  df-ne 2797  df-nel 2900  df-ral 2917  df-rex 2918  df-reu 2919  df-rmo 2920  df-rab 2921  df-v 3193  df-sbc 3423  df-csb 3520  df-dif 3563  df-un 3565  df-in 3567  df-ss 3574  df-pss 3576  df-nul 3897  df-if 4064  df-pw 4137  df-sn 4154  df-pr 4156  df-tp 4158  df-op 4160  df-uni 4408  df-int 4446  df-iun 4492  df-iin 4493  df-br 4619  df-opab 4679  df-mpt 4680  df-tr 4718  df-eprel 4990  df-id 4994  df-po 5000  df-so 5001  df-fr 5038  df-we 5040  df-xp 5085  df-rel 5086  df-cnv 5087  df-co 5088  df-dm 5089  df-rn 5090  df-res 5091  df-ima 5092  df-pred 5642  df-ord 5688  df-on 5689  df-lim 5690  df-suc 5691  df-iota 5813  df-fun 5852  df-fn 5853  df-f 5854  df-f1 5855  df-fo 5856  df-f1o 5857  df-fv 5858  df-riota 6566  df-ov 6608  df-oprab 6609  df-mpt2 6610  df-om 7014  df-1st 7116  df-2nd 7117  df-wrecs 7353  df-recs 7414  df-rdg 7452  df-1o 7506  df-oadd 7510  df-er 7688  df-map 7805  df-en 7901  df-dom 7902  df-sdom 7903  df-fin 7904  df-fi 8262  df-sup 8293  df-inf 8294  df-pnf 10021  df-mnf 10022  df-xr 10023  df-ltxr 10024  df-le 10025  df-sub 10213  df-neg 10214  df-div 10630  df-nn 10966  df-2 11024  df-3 11025  df-4 11026  df-5 11027  df-6 11028  df-7 11029  df-8 11030  df-9 11031  df-n0 11238  df-z 11323  df-dec 11438  df-uz 11632  df-q 11733  df-rp 11777  df-xneg 11890  df-xadd 11891  df-xmul 11892  df-fz 12266  df-seq 12739  df-exp 12798  df-cj 13768  df-re 13769  df-im 13770  df-sqrt 13904  df-abs 13905  df-struct 15778  df-ndx 15779  df-slot 15780  df-base 15781  df-plusg 15870  df-mulr 15871  df-starv 15872  df-tset 15876  df-ple 15877  df-ds 15880  df-unif 15881  df-rest 15999  df-topn 16000  df-topgen 16020  df-psmet 19652  df-xmet 19653  df-met 19654  df-bl 19655  df-mopn 19656  df-cnfld 19661  df-top 20616  df-bases 20617  df-topon 20618  df-topsp 20619  df-cld 20728  df-ntr 20729  df-cls 20730  df-nei 20807  df-lp 20845  df-perf 20846  df-xms 22030  df-ms 22031
This theorem is referenced by:  reperf  22525  cnperf  22526
  Copyright terms: Public domain W3C validator