Users' Mathboxes Mathbox for Thierry Arnoux < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  dya2iocuni Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem dya2iocuni 30727
Description: Every open set of (ℝ × ℝ) is a union of closed-below open-above dyadic rational rectangular subsets of (ℝ × ℝ). This union must be a countable union by dya2iocct 30724. (Contributed by Thierry Arnoux, 18-Sep-2017.)
Hypotheses
Ref Expression
sxbrsiga.0 𝐽 = (topGen‘ran (,))
dya2ioc.1 𝐼 = (𝑥 ∈ ℤ, 𝑛 ∈ ℤ ↦ ((𝑥 / (2↑𝑛))[,)((𝑥 + 1) / (2↑𝑛))))
dya2ioc.2 𝑅 = (𝑢 ∈ ran 𝐼, 𝑣 ∈ ran 𝐼 ↦ (𝑢 × 𝑣))
Assertion
Ref Expression
dya2iocuni (𝐴 ∈ (𝐽 ×t 𝐽) → ∃𝑐 ∈ 𝒫 ran 𝑅 𝑐 = 𝐴)
Distinct variable groups:   𝑥,𝑛   𝑥,𝐼   𝑣,𝑢,𝐼,𝑥   𝑢,𝑐,𝑣,𝐴   𝑅,𝑐
Allowed substitution hints:   𝐴(𝑥,𝑛)   𝑅(𝑥,𝑣,𝑢,𝑛)   𝐼(𝑛,𝑐)   𝐽(𝑥,𝑣,𝑢,𝑛,𝑐)

Proof of Theorem dya2iocuni
Dummy variables 𝑚 𝑝 𝑏 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 ssrab2 3847 . . . 4 {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} ⊆ ran 𝑅
2 sxbrsiga.0 . . . . . . . 8 𝐽 = (topGen‘ran (,))
3 dya2ioc.1 . . . . . . . 8 𝐼 = (𝑥 ∈ ℤ, 𝑛 ∈ ℤ ↦ ((𝑥 / (2↑𝑛))[,)((𝑥 + 1) / (2↑𝑛))))
4 dya2ioc.2 . . . . . . . 8 𝑅 = (𝑢 ∈ ran 𝐼, 𝑣 ∈ ran 𝐼 ↦ (𝑢 × 𝑣))
52, 3, 4dya2iocrfn 30723 . . . . . . 7 𝑅 Fn (ran 𝐼 × ran 𝐼)
6 zex 11633 . . . . . . . . . . 11 ℤ ∈ V
76, 6mpt2ex 7448 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℤ, 𝑛 ∈ ℤ ↦ ((𝑥 / (2↑𝑛))[,)((𝑥 + 1) / (2↑𝑛)))) ∈ V
83, 7eqeltri 2840 . . . . . . . . 9 𝐼 ∈ V
98rnex 7298 . . . . . . . 8 ran 𝐼 ∈ V
109, 9xpex 7160 . . . . . . 7 (ran 𝐼 × ran 𝐼) ∈ V
11 fnex 6674 . . . . . . 7 ((𝑅 Fn (ran 𝐼 × ran 𝐼) ∧ (ran 𝐼 × ran 𝐼) ∈ V) → 𝑅 ∈ V)
125, 10, 11mp2an 683 . . . . . 6 𝑅 ∈ V
1312rnex 7298 . . . . 5 ran 𝑅 ∈ V
1413elpw2 4986 . . . 4 ({𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} ∈ 𝒫 ran 𝑅 ↔ {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} ⊆ ran 𝑅)
151, 14mpbir 222 . . 3 {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} ∈ 𝒫 ran 𝑅
1615a1i 11 . 2 (𝐴 ∈ (𝐽 ×t 𝐽) → {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} ∈ 𝒫 ran 𝑅)
17 rex0 4102 . . . . . . . . . . 11 ¬ ∃𝑧 ∈ ∅ (𝑧𝑏𝑏𝐴)
18 rexeq 3287 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 = ∅ → (∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴) ↔ ∃𝑧 ∈ ∅ (𝑧𝑏𝑏𝐴)))
1917, 18mtbiri 318 . . . . . . . . . 10 (𝐴 = ∅ → ¬ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴))
2019ralrimivw 3114 . . . . . . . . 9 (𝐴 = ∅ → ∀𝑏 ∈ ran 𝑅 ¬ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴))
21 rabeq0 4121 . . . . . . . . 9 ({𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} = ∅ ↔ ∀𝑏 ∈ ran 𝑅 ¬ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴))
2220, 21sylibr 225 . . . . . . . 8 (𝐴 = ∅ → {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} = ∅)
2322unieqd 4604 . . . . . . 7 (𝐴 = ∅ → {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} = ∅)
24 uni0 4623 . . . . . . 7 ∅ = ∅
2523, 24syl6eq 2815 . . . . . 6 (𝐴 = ∅ → {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} = ∅)
26 0ss 4134 . . . . . 6 ∅ ⊆ 𝐴
2725, 26syl6eqss 3815 . . . . 5 (𝐴 = ∅ → {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} ⊆ 𝐴)
28 elequ2 2169 . . . . . . . . . . 11 (𝑏 = 𝑝 → (𝑧𝑏𝑧𝑝))
29 sseq1 3786 . . . . . . . . . . 11 (𝑏 = 𝑝 → (𝑏𝐴𝑝𝐴))
3028, 29anbi12d 624 . . . . . . . . . 10 (𝑏 = 𝑝 → ((𝑧𝑏𝑏𝐴) ↔ (𝑧𝑝𝑝𝐴)))
3130rexbidv 3199 . . . . . . . . 9 (𝑏 = 𝑝 → (∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴) ↔ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑝𝑝𝐴)))
3231elrab 3519 . . . . . . . 8 (𝑝 ∈ {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} ↔ (𝑝 ∈ ran 𝑅 ∧ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑝𝑝𝐴)))
33 simpr 477 . . . . . . . . . . 11 ((𝑧𝑝𝑝𝐴) → 𝑝𝐴)
3433reximi 3157 . . . . . . . . . 10 (∃𝑧𝐴 (𝑧𝑝𝑝𝐴) → ∃𝑧𝐴 𝑝𝐴)
35 r19.9rzv 4224 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ≠ ∅ → (𝑝𝐴 ↔ ∃𝑧𝐴 𝑝𝐴))
3634, 35syl5ibr 237 . . . . . . . . 9 (𝐴 ≠ ∅ → (∃𝑧𝐴 (𝑧𝑝𝑝𝐴) → 𝑝𝐴))
3736adantld 484 . . . . . . . 8 (𝐴 ≠ ∅ → ((𝑝 ∈ ran 𝑅 ∧ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑝𝑝𝐴)) → 𝑝𝐴))
3832, 37syl5bi 233 . . . . . . 7 (𝐴 ≠ ∅ → (𝑝 ∈ {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} → 𝑝𝐴))
3938ralrimiv 3112 . . . . . 6 (𝐴 ≠ ∅ → ∀𝑝 ∈ {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)}𝑝𝐴)
40 unissb 4627 . . . . . 6 ( {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} ⊆ 𝐴 ↔ ∀𝑝 ∈ {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)}𝑝𝐴)
4139, 40sylibr 225 . . . . 5 (𝐴 ≠ ∅ → {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} ⊆ 𝐴)
4227, 41pm2.61ine 3020 . . . 4 {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} ⊆ 𝐴
4342a1i 11 . . 3 (𝐴 ∈ (𝐽 ×t 𝐽) → {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} ⊆ 𝐴)
442, 3, 4dya2iocnei 30726 . . . . 5 ((𝐴 ∈ (𝐽 ×t 𝐽) ∧ 𝑚𝐴) → ∃𝑝 ∈ ran 𝑅(𝑚𝑝𝑝𝐴))
45 simpl 474 . . . . . . . . 9 ((𝑝 ∈ ran 𝑅 ∧ (𝑚𝑝𝑝𝐴)) → 𝑝 ∈ ran 𝑅)
46 ssel2 3756 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑝𝐴𝑚𝑝) → 𝑚𝐴)
4746ancoms 450 . . . . . . . . . . 11 ((𝑚𝑝𝑝𝐴) → 𝑚𝐴)
4847adantl 473 . . . . . . . . . 10 ((𝑝 ∈ ran 𝑅 ∧ (𝑚𝑝𝑝𝐴)) → 𝑚𝐴)
49 simpr 477 . . . . . . . . . 10 ((𝑝 ∈ ran 𝑅 ∧ (𝑚𝑝𝑝𝐴)) → (𝑚𝑝𝑝𝐴))
50 elequ1 2162 . . . . . . . . . . . 12 (𝑧 = 𝑚 → (𝑧𝑝𝑚𝑝))
5150anbi1d 623 . . . . . . . . . . 11 (𝑧 = 𝑚 → ((𝑧𝑝𝑝𝐴) ↔ (𝑚𝑝𝑝𝐴)))
5251rspcev 3461 . . . . . . . . . 10 ((𝑚𝐴 ∧ (𝑚𝑝𝑝𝐴)) → ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑝𝑝𝐴))
5348, 49, 52syl2anc 579 . . . . . . . . 9 ((𝑝 ∈ ran 𝑅 ∧ (𝑚𝑝𝑝𝐴)) → ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑝𝑝𝐴))
5445, 53jca 507 . . . . . . . 8 ((𝑝 ∈ ran 𝑅 ∧ (𝑚𝑝𝑝𝐴)) → (𝑝 ∈ ran 𝑅 ∧ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑝𝑝𝐴)))
5554, 32sylibr 225 . . . . . . 7 ((𝑝 ∈ ran 𝑅 ∧ (𝑚𝑝𝑝𝐴)) → 𝑝 ∈ {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)})
56 simprl 787 . . . . . . 7 ((𝑝 ∈ ran 𝑅 ∧ (𝑚𝑝𝑝𝐴)) → 𝑚𝑝)
5755, 56jca 507 . . . . . 6 ((𝑝 ∈ ran 𝑅 ∧ (𝑚𝑝𝑝𝐴)) → (𝑝 ∈ {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} ∧ 𝑚𝑝))
5857reximi2 3156 . . . . 5 (∃𝑝 ∈ ran 𝑅(𝑚𝑝𝑝𝐴) → ∃𝑝 ∈ {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)}𝑚𝑝)
5944, 58syl 17 . . . 4 ((𝐴 ∈ (𝐽 ×t 𝐽) ∧ 𝑚𝐴) → ∃𝑝 ∈ {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)}𝑚𝑝)
60 eluni2 4598 . . . 4 (𝑚 {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} ↔ ∃𝑝 ∈ {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)}𝑚𝑝)
6159, 60sylibr 225 . . 3 ((𝐴 ∈ (𝐽 ×t 𝐽) ∧ 𝑚𝐴) → 𝑚 {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)})
6243, 61eqelssd 3782 . 2 (𝐴 ∈ (𝐽 ×t 𝐽) → {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} = 𝐴)
63 unieq 4602 . . . 4 (𝑐 = {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} → 𝑐 = {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)})
6463eqeq1d 2767 . . 3 (𝑐 = {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} → ( 𝑐 = 𝐴 {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} = 𝐴))
6564rspcev 3461 . 2 (({𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} ∈ 𝒫 ran 𝑅 {𝑏 ∈ ran 𝑅 ∣ ∃𝑧𝐴 (𝑧𝑏𝑏𝐴)} = 𝐴) → ∃𝑐 ∈ 𝒫 ran 𝑅 𝑐 = 𝐴)
6616, 62, 65syl2anc 579 1 (𝐴 ∈ (𝐽 ×t 𝐽) → ∃𝑐 ∈ 𝒫 ran 𝑅 𝑐 = 𝐴)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wa 384   = wceq 1652  wcel 2155  wne 2937  wral 3055  wrex 3056  {crab 3059  Vcvv 3350  wss 3732  c0 4079  𝒫 cpw 4315   cuni 4594   × cxp 5275  ran crn 5278   Fn wfn 6063  cfv 6068  (class class class)co 6842  cmpt2 6844  1c1 10190   + caddc 10192   / cdiv 10938  2c2 11327  cz 11624  (,)cioo 12377  [,)cico 12379  cexp 13067  topGenctg 16366   ×t ctx 21643
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1890  ax-4 1904  ax-5 2005  ax-6 2070  ax-7 2105  ax-8 2157  ax-9 2164  ax-10 2183  ax-11 2198  ax-12 2211  ax-13 2352  ax-ext 2743  ax-rep 4930  ax-sep 4941  ax-nul 4949  ax-pow 5001  ax-pr 5062  ax-un 7147  ax-inf2 8753  ax-cnex 10245  ax-resscn 10246  ax-1cn 10247  ax-icn 10248  ax-addcl 10249  ax-addrcl 10250  ax-mulcl 10251  ax-mulrcl 10252  ax-mulcom 10253  ax-addass 10254  ax-mulass 10255  ax-distr 10256  ax-i2m1 10257  ax-1ne0 10258  ax-1rid 10259  ax-rnegex 10260  ax-rrecex 10261  ax-cnre 10262  ax-pre-lttri 10263  ax-pre-lttrn 10264  ax-pre-ltadd 10265  ax-pre-mulgt0 10266  ax-pre-sup 10267  ax-addf 10268  ax-mulf 10269
This theorem depends on definitions:  df-bi 198  df-an 385  df-or 874  df-3or 1108  df-3an 1109  df-tru 1656  df-fal 1666  df-ex 1875  df-nf 1879  df-sb 2063  df-mo 2565  df-eu 2582  df-clab 2752  df-cleq 2758  df-clel 2761  df-nfc 2896  df-ne 2938  df-nel 3041  df-ral 3060  df-rex 3061  df-reu 3062  df-rmo 3063  df-rab 3064  df-v 3352  df-sbc 3597  df-csb 3692  df-dif 3735  df-un 3737  df-in 3739  df-ss 3746  df-pss 3748  df-nul 4080  df-if 4244  df-pw 4317  df-sn 4335  df-pr 4337  df-tp 4339  df-op 4341  df-uni 4595  df-int 4634  df-iun 4678  df-iin 4679  df-br 4810  df-opab 4872  df-mpt 4889  df-tr 4912  df-id 5185  df-eprel 5190  df-po 5198  df-so 5199  df-fr 5236  df-se 5237  df-we 5238  df-xp 5283  df-rel 5284  df-cnv 5285  df-co 5286  df-dm 5287  df-rn 5288  df-res 5289  df-ima 5290  df-pred 5865  df-ord 5911  df-on 5912  df-lim 5913  df-suc 5914  df-iota 6031  df-fun 6070  df-fn 6071  df-f 6072  df-f1 6073  df-fo 6074  df-f1o 6075  df-fv 6076  df-isom 6077  df-riota 6803  df-ov 6845  df-oprab 6846  df-mpt2 6847  df-of 7095  df-om 7264  df-1st 7366  df-2nd 7367  df-supp 7498  df-wrecs 7610  df-recs 7672  df-rdg 7710  df-1o 7764  df-2o 7765  df-oadd 7768  df-er 7947  df-map 8062  df-pm 8063  df-ixp 8114  df-en 8161  df-dom 8162  df-sdom 8163  df-fin 8164  df-fsupp 8483  df-fi 8524  df-sup 8555  df-inf 8556  df-oi 8622  df-card 9016  df-cda 9243  df-pnf 10330  df-mnf 10331  df-xr 10332  df-ltxr 10333  df-le 10334  df-sub 10522  df-neg 10523  df-div 10939  df-nn 11275  df-2 11335  df-3 11336  df-4 11337  df-5 11338  df-6 11339  df-7 11340  df-8 11341  df-9 11342  df-n0 11539  df-z 11625  df-dec 11741  df-uz 11887  df-q 11990  df-rp 12029  df-xneg 12146  df-xadd 12147  df-xmul 12148  df-ioo 12381  df-ioc 12382  df-ico 12383  df-icc 12384  df-fz 12534  df-fzo 12674  df-fl 12801  df-mod 12877  df-seq 13009  df-exp 13068  df-fac 13265  df-bc 13294  df-hash 13322  df-shft 14094  df-cj 14126  df-re 14127  df-im 14128  df-sqrt 14262  df-abs 14263  df-limsup 14489  df-clim 14506  df-rlim 14507  df-sum 14704  df-ef 15082  df-sin 15084  df-cos 15085  df-pi 15087  df-struct 16134  df-ndx 16135  df-slot 16136  df-base 16138  df-sets 16139  df-ress 16140  df-plusg 16229  df-mulr 16230  df-starv 16231  df-sca 16232  df-vsca 16233  df-ip 16234  df-tset 16235  df-ple 16236  df-ds 16238  df-unif 16239  df-hom 16240  df-cco 16241  df-rest 16351  df-topn 16352  df-0g 16370  df-gsum 16371  df-topgen 16372  df-pt 16373  df-prds 16376  df-xrs 16430  df-qtop 16435  df-imas 16436  df-xps 16438  df-mre 16514  df-mrc 16515  df-acs 16517  df-mgm 17510  df-sgrp 17552  df-mnd 17563  df-submnd 17604  df-mulg 17810  df-cntz 18015  df-cmn 18461  df-psmet 20011  df-xmet 20012  df-met 20013  df-bl 20014  df-mopn 20015  df-fbas 20016  df-fg 20017  df-cnfld 20020  df-refld 20225  df-top 20978  df-topon 20995  df-topsp 21017  df-bases 21030  df-cld 21103  df-ntr 21104  df-cls 21105  df-nei 21182  df-lp 21220  df-perf 21221  df-cn 21311  df-cnp 21312  df-haus 21399  df-cmp 21470  df-tx 21645  df-hmeo 21838  df-fil 21929  df-fm 22021  df-flim 22022  df-flf 22023  df-fcls 22024  df-xms 22404  df-ms 22405  df-tms 22406  df-cncf 22960  df-cfil 23332  df-cmet 23334  df-cms 23412  df-limc 23921  df-dv 23922  df-log 24594  df-cxp 24595  df-logb 24794
This theorem is referenced by:  dya2iocucvr  30728  sxbrsigalem1  30729
  Copyright terms: Public domain W3C validator