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

Theorem equivcfil 23316
Description: If the metric 𝐷 is "strongly finer" than 𝐶 (meaning that there is a positive real constant 𝑅 such that 𝐶(𝑥, 𝑦) ≤ 𝑅 · 𝐷(𝑥, 𝑦)), all the 𝐷-Cauchy filters are also 𝐶-Cauchy. (Using this theorem twice in each direction states that if two metrics are strongly equivalent, then they have the same Cauchy sequences.) (Contributed by Mario Carneiro, 14-Sep-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
equivcau.1 (𝜑𝐶 ∈ (Met‘𝑋))
equivcau.2 (𝜑𝐷 ∈ (Met‘𝑋))
equivcau.3 (𝜑𝑅 ∈ ℝ+)
equivcau.4 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) → (𝑥𝐶𝑦) ≤ (𝑅 · (𝑥𝐷𝑦)))
Assertion
Ref Expression
equivcfil (𝜑 → (CauFil‘𝐷) ⊆ (CauFil‘𝐶))
Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝐶   𝑥,𝐷,𝑦   𝜑,𝑥,𝑦   𝑥,𝑅,𝑦   𝑥,𝑋,𝑦

Proof of Theorem equivcfil
Dummy variables 𝑓 𝑟 𝑠 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 simpr 471 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑓 ∈ (Fil‘𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → 𝑟 ∈ ℝ+)
2 equivcau.3 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑅 ∈ ℝ+)
32ad2antrr 705 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑓 ∈ (Fil‘𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → 𝑅 ∈ ℝ+)
41, 3rpdivcld 12092 . . . . . . 7 (((𝜑𝑓 ∈ (Fil‘𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑟 / 𝑅) ∈ ℝ+)
5 oveq2 6801 . . . . . . . . . 10 (𝑠 = (𝑟 / 𝑅) → (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)(𝑟 / 𝑅)))
65eleq1d 2835 . . . . . . . . 9 (𝑠 = (𝑟 / 𝑅) → ((𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ∈ 𝑓 ↔ (𝑥(ball‘𝐷)(𝑟 / 𝑅)) ∈ 𝑓))
76rexbidv 3200 . . . . . . . 8 (𝑠 = (𝑟 / 𝑅) → (∃𝑥𝑋 (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ∈ 𝑓 ↔ ∃𝑥𝑋 (𝑥(ball‘𝐷)(𝑟 / 𝑅)) ∈ 𝑓))
87rspcv 3456 . . . . . . 7 ((𝑟 / 𝑅) ∈ ℝ+ → (∀𝑠 ∈ ℝ+𝑥𝑋 (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ∈ 𝑓 → ∃𝑥𝑋 (𝑥(ball‘𝐷)(𝑟 / 𝑅)) ∈ 𝑓))
94, 8syl 17 . . . . . 6 (((𝜑𝑓 ∈ (Fil‘𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (∀𝑠 ∈ ℝ+𝑥𝑋 (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ∈ 𝑓 → ∃𝑥𝑋 (𝑥(ball‘𝐷)(𝑟 / 𝑅)) ∈ 𝑓))
10 simpllr 760 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑓 ∈ (Fil‘𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑥𝑋) → 𝑓 ∈ (Fil‘𝑋))
11 eqid 2771 . . . . . . . . . . . 12 (MetOpen‘𝐶) = (MetOpen‘𝐶)
12 eqid 2771 . . . . . . . . . . . 12 (MetOpen‘𝐷) = (MetOpen‘𝐷)
13 equivcau.1 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝐶 ∈ (Met‘𝑋))
14 equivcau.2 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝐷 ∈ (Met‘𝑋))
15 equivcau.4 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) → (𝑥𝐶𝑦) ≤ (𝑅 · (𝑥𝐷𝑦)))
1611, 12, 13, 14, 2, 15metss2lem 22536 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑟 ∈ ℝ+)) → (𝑥(ball‘𝐷)(𝑟 / 𝑅)) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟))
1716ancom2s 629 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑟 ∈ ℝ+𝑥𝑋)) → (𝑥(ball‘𝐷)(𝑟 / 𝑅)) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟))
1817adantlr 694 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑓 ∈ (Fil‘𝑋)) ∧ (𝑟 ∈ ℝ+𝑥𝑋)) → (𝑥(ball‘𝐷)(𝑟 / 𝑅)) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟))
1918anassrs 458 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑓 ∈ (Fil‘𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑥𝑋) → (𝑥(ball‘𝐷)(𝑟 / 𝑅)) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟))
2013ad3antrrr 709 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑓 ∈ (Fil‘𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑥𝑋) → 𝐶 ∈ (Met‘𝑋))
21 metxmet 22359 . . . . . . . . . 10 (𝐶 ∈ (Met‘𝑋) → 𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋))
2220, 21syl 17 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑓 ∈ (Fil‘𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑥𝑋) → 𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋))
23 simpr 471 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑓 ∈ (Fil‘𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑥𝑋) → 𝑥𝑋)
24 rpxr 12043 . . . . . . . . . 10 (𝑟 ∈ ℝ+𝑟 ∈ ℝ*)
2524ad2antlr 706 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑓 ∈ (Fil‘𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑥𝑋) → 𝑟 ∈ ℝ*)
26 blssm 22443 . . . . . . . . 9 ((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑥𝑋𝑟 ∈ ℝ*) → (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ⊆ 𝑋)
2722, 23, 25, 26syl3anc 1476 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑓 ∈ (Fil‘𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑥𝑋) → (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ⊆ 𝑋)
28 filss 21877 . . . . . . . . . 10 ((𝑓 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ ((𝑥(ball‘𝐷)(𝑟 / 𝑅)) ∈ 𝑓 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ⊆ 𝑋 ∧ (𝑥(ball‘𝐷)(𝑟 / 𝑅)) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟))) → (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∈ 𝑓)
29283exp2 1447 . . . . . . . . 9 (𝑓 ∈ (Fil‘𝑋) → ((𝑥(ball‘𝐷)(𝑟 / 𝑅)) ∈ 𝑓 → ((𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ⊆ 𝑋 → ((𝑥(ball‘𝐷)(𝑟 / 𝑅)) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) → (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∈ 𝑓))))
3029com24 95 . . . . . . . 8 (𝑓 ∈ (Fil‘𝑋) → ((𝑥(ball‘𝐷)(𝑟 / 𝑅)) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) → ((𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ⊆ 𝑋 → ((𝑥(ball‘𝐷)(𝑟 / 𝑅)) ∈ 𝑓 → (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∈ 𝑓))))
3110, 19, 27, 30syl3c 66 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑓 ∈ (Fil‘𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑥𝑋) → ((𝑥(ball‘𝐷)(𝑟 / 𝑅)) ∈ 𝑓 → (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∈ 𝑓))
3231reximdva 3165 . . . . . 6 (((𝜑𝑓 ∈ (Fil‘𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (∃𝑥𝑋 (𝑥(ball‘𝐷)(𝑟 / 𝑅)) ∈ 𝑓 → ∃𝑥𝑋 (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∈ 𝑓))
339, 32syld 47 . . . . 5 (((𝜑𝑓 ∈ (Fil‘𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (∀𝑠 ∈ ℝ+𝑥𝑋 (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ∈ 𝑓 → ∃𝑥𝑋 (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∈ 𝑓))
3433ralrimdva 3118 . . . 4 ((𝜑𝑓 ∈ (Fil‘𝑋)) → (∀𝑠 ∈ ℝ+𝑥𝑋 (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ∈ 𝑓 → ∀𝑟 ∈ ℝ+𝑥𝑋 (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∈ 𝑓))
3534imdistanda 561 . . 3 (𝜑 → ((𝑓 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ ∀𝑠 ∈ ℝ+𝑥𝑋 (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ∈ 𝑓) → (𝑓 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ ∀𝑟 ∈ ℝ+𝑥𝑋 (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∈ 𝑓)))
36 metxmet 22359 . . . 4 (𝐷 ∈ (Met‘𝑋) → 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋))
37 iscfil3 23290 . . . 4 (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → (𝑓 ∈ (CauFil‘𝐷) ↔ (𝑓 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ ∀𝑠 ∈ ℝ+𝑥𝑋 (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ∈ 𝑓)))
3814, 36, 373syl 18 . . 3 (𝜑 → (𝑓 ∈ (CauFil‘𝐷) ↔ (𝑓 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ ∀𝑠 ∈ ℝ+𝑥𝑋 (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ∈ 𝑓)))
39 iscfil3 23290 . . . 4 (𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) → (𝑓 ∈ (CauFil‘𝐶) ↔ (𝑓 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ ∀𝑟 ∈ ℝ+𝑥𝑋 (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∈ 𝑓)))
4013, 21, 393syl 18 . . 3 (𝜑 → (𝑓 ∈ (CauFil‘𝐶) ↔ (𝑓 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ ∀𝑟 ∈ ℝ+𝑥𝑋 (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∈ 𝑓)))
4135, 38, 403imtr4d 283 . 2 (𝜑 → (𝑓 ∈ (CauFil‘𝐷) → 𝑓 ∈ (CauFil‘𝐶)))
4241ssrdv 3758 1 (𝜑 → (CauFil‘𝐷) ⊆ (CauFil‘𝐶))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 382   = wceq 1631  wcel 2145  wral 3061  wrex 3062  wss 3723   class class class wbr 4786  cfv 6031  (class class class)co 6793   · cmul 10143  *cxr 10275  cle 10277   / cdiv 10886  +crp 12035  ∞Metcxmt 19946  Metcme 19947  ballcbl 19948  MetOpencmopn 19951  Filcfil 21869  CauFilccfil 23269
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1870  ax-4 1885  ax-5 1991  ax-6 2057  ax-7 2093  ax-8 2147  ax-9 2154  ax-10 2174  ax-11 2190  ax-12 2203  ax-13 2408  ax-ext 2751  ax-sep 4915  ax-nul 4923  ax-pow 4974  ax-pr 5034  ax-un 7096  ax-cnex 10194  ax-resscn 10195  ax-1cn 10196  ax-icn 10197  ax-addcl 10198  ax-addrcl 10199  ax-mulcl 10200  ax-mulrcl 10201  ax-mulcom 10202  ax-addass 10203  ax-mulass 10204  ax-distr 10205  ax-i2m1 10206  ax-1ne0 10207  ax-1rid 10208  ax-rnegex 10209  ax-rrecex 10210  ax-cnre 10211  ax-pre-lttri 10212  ax-pre-lttrn 10213  ax-pre-ltadd 10214  ax-pre-mulgt0 10215
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-an 383  df-or 837  df-3or 1072  df-3an 1073  df-tru 1634  df-ex 1853  df-nf 1858  df-sb 2050  df-eu 2622  df-mo 2623  df-clab 2758  df-cleq 2764  df-clel 2767  df-nfc 2902  df-ne 2944  df-nel 3047  df-ral 3066  df-rex 3067  df-reu 3068  df-rmo 3069  df-rab 3070  df-v 3353  df-sbc 3588  df-csb 3683  df-dif 3726  df-un 3728  df-in 3730  df-ss 3737  df-nul 4064  df-if 4226  df-pw 4299  df-sn 4317  df-pr 4319  df-op 4323  df-uni 4575  df-iun 4656  df-br 4787  df-opab 4847  df-mpt 4864  df-id 5157  df-po 5170  df-so 5171  df-xp 5255  df-rel 5256  df-cnv 5257  df-co 5258  df-dm 5259  df-rn 5260  df-res 5261  df-ima 5262  df-iota 5994  df-fun 6033  df-fn 6034  df-f 6035  df-f1 6036  df-fo 6037  df-f1o 6038  df-fv 6039  df-riota 6754  df-ov 6796  df-oprab 6797  df-mpt2 6798  df-1st 7315  df-2nd 7316  df-er 7896  df-map 8011  df-en 8110  df-dom 8111  df-sdom 8112  df-pnf 10278  df-mnf 10279  df-xr 10280  df-ltxr 10281  df-le 10282  df-sub 10470  df-neg 10471  df-div 10887  df-2 11281  df-rp 12036  df-xneg 12151  df-xadd 12152  df-xmul 12153  df-ico 12386  df-psmet 19953  df-xmet 19954  df-met 19955  df-bl 19956  df-fbas 19958  df-fil 21870  df-cfil 23272
This theorem is referenced by:  equivcmet  23333
  Copyright terms: Public domain W3C validator