Theorem equivbnd 37777

Description: If the metric 𝑀 is "strongly finer" than 𝑁 (meaning that there is a positive real constant 𝑅 such that 𝑁(𝑥, 𝑦) ≤ 𝑅 · 𝑀(𝑥, 𝑦)), then boundedness of 𝑀 implies boundedness of 𝑁. (Using this theorem twice in each direction states that if two metrics are strongly equivalent, then one is bounded iff the other is.) (Contributed by Mario Carneiro, 14-Sep-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
equivbnd.1	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ (Bnd‘𝑋))
equivbnd.2	⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ (Met‘𝑋))
equivbnd.3	⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ ℝ+)
equivbnd.4	⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · (𝑥𝑀𝑦)))

Assertion

Ref	Expression
equivbnd	⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ (Bnd‘𝑋))

Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝑀   𝑥,𝑁,𝑦   𝜑,𝑥,𝑦   𝑥,𝑋,𝑦   𝑥,𝑅,𝑦

Proof of Theorem equivbnd

Dummy variables 𝑟 𝑠 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		equivbnd.2	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ (Met‘𝑋))
2		equivbnd.1	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ (Bnd‘𝑋))
3		isbnd3b 37772	. . . . 5 ⊢ (𝑀 ∈ (Bnd‘𝑋) ↔ (𝑀 ∈ (Met‘𝑋) ∧ ∃𝑟 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑀𝑦) ≤ 𝑟))
4	3	simprbi 496	. . . 4 ⊢ (𝑀 ∈ (Bnd‘𝑋) → ∃𝑟 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑀𝑦) ≤ 𝑟)
5	2, 4	syl 17	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∃𝑟 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑀𝑦) ≤ 𝑟)
6		equivbnd.3	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ ℝ+)
7	6	rpred 13075	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ ℝ)
8		remulcl 11238	. . . . . 6 ⊢ ((𝑅 ∈ ℝ ∧ 𝑟 ∈ ℝ) → (𝑅 · 𝑟) ∈ ℝ)
9	7, 8	sylan 580	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) → (𝑅 · 𝑟) ∈ ℝ)
10		bndmet 37768	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑀 ∈ (Bnd‘𝑋) → 𝑀 ∈ (Met‘𝑋))
11	2, 10	syl 17	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ (Met‘𝑋))
12	11	adantr 480	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) → 𝑀 ∈ (Met‘𝑋))
13		metcl 24358	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑀 ∈ (Met‘𝑋) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → (𝑥𝑀𝑦) ∈ ℝ)
14	13	3expb 1119	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑥𝑀𝑦) ∈ ℝ)
15	12, 14	sylan 580	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑥𝑀𝑦) ∈ ℝ)
16		simplr 769	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → 𝑟 ∈ ℝ)
17	6	ad2antrr 726	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → 𝑅 ∈ ℝ+)
18	15, 16, 17	lemul2d 13119	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → ((𝑥𝑀𝑦) ≤ 𝑟 ↔ (𝑅 · (𝑥𝑀𝑦)) ≤ (𝑅 · 𝑟)))
19		equivbnd.4	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · (𝑥𝑀𝑦)))
20	19	adantlr 715	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · (𝑥𝑀𝑦)))
21	1	adantr 480	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) → 𝑁 ∈ (Met‘𝑋))
22		metcl 24358	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑁 ∈ (Met‘𝑋) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → (𝑥𝑁𝑦) ∈ ℝ)
23	22	3expb 1119	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑁 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑥𝑁𝑦) ∈ ℝ)
24	21, 23	sylan 580	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑥𝑁𝑦) ∈ ℝ)
25	7	ad2antrr 726	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → 𝑅 ∈ ℝ)
26	25, 15	remulcld 11289	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑅 · (𝑥𝑀𝑦)) ∈ ℝ)
27	9	adantr 480	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑅 · 𝑟) ∈ ℝ)
28		letr 11353	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑥𝑁𝑦) ∈ ℝ ∧ (𝑅 · (𝑥𝑀𝑦)) ∈ ℝ ∧ (𝑅 · 𝑟) ∈ ℝ) → (((𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · (𝑥𝑀𝑦)) ∧ (𝑅 · (𝑥𝑀𝑦)) ≤ (𝑅 · 𝑟)) → (𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · 𝑟)))
29	24, 26, 27, 28	syl3anc 1370	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (((𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · (𝑥𝑀𝑦)) ∧ (𝑅 · (𝑥𝑀𝑦)) ≤ (𝑅 · 𝑟)) → (𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · 𝑟)))
30	20, 29	mpand 695	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → ((𝑅 · (𝑥𝑀𝑦)) ≤ (𝑅 · 𝑟) → (𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · 𝑟)))
31	18, 30	sylbid 240	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → ((𝑥𝑀𝑦) ≤ 𝑟 → (𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · 𝑟)))
32	31	ralimdvva 3204	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) → (∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑀𝑦) ≤ 𝑟 → ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · 𝑟)))
33		breq2 5152	. . . . . . 7 ⊢ (𝑠 = (𝑅 · 𝑟) → ((𝑥𝑁𝑦) ≤ 𝑠 ↔ (𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · 𝑟)))
34	33	2ralbidv 3219	. . . . . 6 ⊢ (𝑠 = (𝑅 · 𝑟) → (∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑁𝑦) ≤ 𝑠 ↔ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · 𝑟)))
35	34	rspcev 3622	. . . . 5 ⊢ (((𝑅 · 𝑟) ∈ ℝ ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · 𝑟)) → ∃𝑠 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑁𝑦) ≤ 𝑠)
36	9, 32, 35	syl6an 684	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) → (∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑀𝑦) ≤ 𝑟 → ∃𝑠 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑁𝑦) ≤ 𝑠))
37	36	rexlimdva 3153	. . 3 ⊢ (𝜑 → (∃𝑟 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑀𝑦) ≤ 𝑟 → ∃𝑠 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑁𝑦) ≤ 𝑠))
38	5, 37	mpd 15	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑠 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑁𝑦) ≤ 𝑠)
39		isbnd3b 37772	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ (Bnd‘𝑋) ↔ (𝑁 ∈ (Met‘𝑋) ∧ ∃𝑠 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑁𝑦) ≤ 𝑠))
40	1, 38, 39	sylanbrc 583	1 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ (Bnd‘𝑋))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1537   ∈ wcel 2106  ∀wral 3059  ∃wrex 3068   class class class wbr 5148  ‘cfv 6563  (class class class)co 7431  ℝcr 11152   · cmul 11158   ≤ cle 11294  ℝ⁺crp 13032  Metcmet 21368  Bndcbnd 37754

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1792  ax-4 1806  ax-5 1908  ax-6 1965  ax-7 2005  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2139  ax-11 2155  ax-12 2175  ax-ext 2706  ax-sep 5302  ax-nul 5312  ax-pow 5371  ax-pr 5438  ax-un 7754  ax-cnex 11209  ax-resscn 11210  ax-1cn 11211  ax-icn 11212  ax-addcl 11213  ax-addrcl 11214  ax-mulcl 11215  ax-mulrcl 11216  ax-mulcom 11217  ax-addass 11218  ax-mulass 11219  ax-distr 11220  ax-i2m1 11221  ax-1ne0 11222  ax-1rid 11223  ax-rnegex 11224  ax-rrecex 11225  ax-cnre 11226  ax-pre-lttri 11227  ax-pre-lttrn 11228  ax-pre-ltadd 11229  ax-pre-mulgt0 11230

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1777  df-nf 1781  df-sb 2063  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2713  df-cleq 2727  df-clel 2814  df-nfc 2890  df-ne 2939  df-nel 3045  df-ral 3060  df-rex 3069  df-rmo 3378  df-reu 3379  df-rab 3434  df-v 3480  df-sbc 3792  df-csb 3909  df-dif 3966  df-un 3968  df-in 3970  df-ss 3980  df-nul 4340  df-if 4532  df-pw 4607  df-sn 4632  df-pr 4634  df-op 4638  df-uni 4913  df-iun 4998  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-id 5583  df-po 5597  df-so 5598  df-xp 5695  df-rel 5696  df-cnv 5697  df-co 5698  df-dm 5699  df-rn 5700  df-res 5701  df-ima 5702  df-iota 6516  df-fun 6565  df-fn 6566  df-f 6567  df-f1 6568  df-fo 6569  df-f1o 6570  df-fv 6571  df-riota 7388  df-ov 7434  df-oprab 7435  df-mpo 7436  df-1st 8013  df-2nd 8014  df-er 8744  df-ec 8746  df-map 8867  df-en 8985  df-dom 8986  df-sdom 8987  df-pnf 11295  df-mnf 11296  df-xr 11297  df-ltxr 11298  df-le 11299  df-sub 11492  df-neg 11493  df-div 11919  df-2 12327  df-rp 13033  df-xneg 13152  df-xadd 13153  df-xmul 13154  df-icc 13391  df-psmet 21374  df-xmet 21375  df-met 21376  df-bl 21377  df-bnd 37766

This theorem is referenced by:  equivbnd2  37779