Theorem equivbnd 37750

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 37745	. . . . 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 13099	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ ℝ)
8		remulcl 11269	. . . . . 6 ⊢ ((𝑅 ∈ ℝ ∧ 𝑟 ∈ ℝ) → (𝑅 · 𝑟) ∈ ℝ)
9	7, 8	sylan 579	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) → (𝑅 · 𝑟) ∈ ℝ)
10		bndmet 37741	. . . . . . . . . . 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 24363	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑀 ∈ (Met‘𝑋) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → (𝑥𝑀𝑦) ∈ ℝ)
14	13	3expb 1120	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑥𝑀𝑦) ∈ ℝ)
15	12, 14	sylan 579	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑥𝑀𝑦) ∈ ℝ)
16		simplr 768	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → 𝑟 ∈ ℝ)
17	6	ad2antrr 725	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → 𝑅 ∈ ℝ+)
18	15, 16, 17	lemul2d 13143	. . . . . . 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 714	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · (𝑥𝑀𝑦)))
21	1	adantr 480	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) → 𝑁 ∈ (Met‘𝑋))
22		metcl 24363	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑁 ∈ (Met‘𝑋) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → (𝑥𝑁𝑦) ∈ ℝ)
23	22	3expb 1120	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑁 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑥𝑁𝑦) ∈ ℝ)
24	21, 23	sylan 579	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (𝑥𝑁𝑦) ∈ ℝ)
25	7	ad2antrr 725	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → 𝑅 ∈ ℝ)
26	25, 15	remulcld 11320	. . . . . . . . 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 11384	. . . . . . . . 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 1371	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → (((𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · (𝑥𝑀𝑦)) ∧ (𝑅 · (𝑥𝑀𝑦)) ≤ (𝑅 · 𝑟)) → (𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · 𝑟)))
30	20, 29	mpand 694	. . . . . . 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 3212	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) → (∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑀𝑦) ≤ 𝑟 → ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · 𝑟)))
33		breq2 5170	. . . . . . 7 ⊢ (𝑠 = (𝑅 · 𝑟) → ((𝑥𝑁𝑦) ≤ 𝑠 ↔ (𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · 𝑟)))
34	33	2ralbidv 3227	. . . . . 6 ⊢ (𝑠 = (𝑅 · 𝑟) → (∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑁𝑦) ≤ 𝑠 ↔ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · 𝑟)))
35	34	rspcev 3635	. . . . 5 ⊢ (((𝑅 · 𝑟) ∈ ℝ ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · 𝑟)) → ∃𝑠 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑁𝑦) ≤ 𝑠)
36	9, 32, 35	syl6an 683	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ ℝ) → (∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑀𝑦) ≤ 𝑟 → ∃𝑠 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑁𝑦) ≤ 𝑠))
37	36	rexlimdva 3161	. . 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 37745	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ (Bnd‘𝑋) ↔ (𝑁 ∈ (Met‘𝑋) ∧ ∃𝑠 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝑥𝑁𝑦) ≤ 𝑠))
40	1, 38, 39	sylanbrc 582	1 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ (Bnd‘𝑋))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1537   ∈ wcel 2108  ∀wral 3067  ∃wrex 3076   class class class wbr 5166  ‘cfv 6573  (class class class)co 7448  ℝcr 11183   · cmul 11189   ≤ cle 11325  ℝ⁺crp 13057  Metcmet 21373  Bndcbnd 37727

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1793  ax-4 1807  ax-5 1909  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2711  ax-sep 5317  ax-nul 5324  ax-pow 5383  ax-pr 5447  ax-un 7770  ax-cnex 11240  ax-resscn 11241  ax-1cn 11242  ax-icn 11243  ax-addcl 11244  ax-addrcl 11245  ax-mulcl 11246  ax-mulrcl 11247  ax-mulcom 11248  ax-addass 11249  ax-mulass 11250  ax-distr 11251  ax-i2m1 11252  ax-1ne0 11253  ax-1rid 11254  ax-rnegex 11255  ax-rrecex 11256  ax-cnre 11257  ax-pre-lttri 11258  ax-pre-lttrn 11259  ax-pre-ltadd 11260  ax-pre-mulgt0 11261

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 847  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1778  df-nf 1782  df-sb 2065  df-mo 2543  df-eu 2572  df-clab 2718  df-cleq 2732  df-clel 2819  df-nfc 2895  df-ne 2947  df-nel 3053  df-ral 3068  df-rex 3077  df-rmo 3388  df-reu 3389  df-rab 3444  df-v 3490  df-sbc 3805  df-csb 3922  df-dif 3979  df-un 3981  df-in 3983  df-ss 3993  df-nul 4353  df-if 4549  df-pw 4624  df-sn 4649  df-pr 4651  df-op 4655  df-uni 4932  df-iun 5017  df-br 5167  df-opab 5229  df-mpt 5250  df-id 5593  df-po 5607  df-so 5608  df-xp 5706  df-rel 5707  df-cnv 5708  df-co 5709  df-dm 5710  df-rn 5711  df-res 5712  df-ima 5713  df-iota 6525  df-fun 6575  df-fn 6576  df-f 6577  df-f1 6578  df-fo 6579  df-f1o 6580  df-fv 6581  df-riota 7404  df-ov 7451  df-oprab 7452  df-mpo 7453  df-1st 8030  df-2nd 8031  df-er 8763  df-ec 8765  df-map 8886  df-en 9004  df-dom 9005  df-sdom 9006  df-pnf 11326  df-mnf 11327  df-xr 11328  df-ltxr 11329  df-le 11330  df-sub 11522  df-neg 11523  df-div 11948  df-2 12356  df-rp 13058  df-xneg 13175  df-xadd 13176  df-xmul 13177  df-icc 13414  df-psmet 21379  df-xmet 21380  df-met 21381  df-bl 21382  df-bnd 37739

This theorem is referenced by:  equivbnd2  37752