Users' Mathboxes Mathbox for Jeff Madsen < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  equivtotbnd Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem equivtotbnd 37765
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 total boundedness of 𝑀 implies total boundedness of 𝑁. (Using this theorem twice in each direction states that if two metrics are strongly equivalent, then one is totally bounded iff the other is.) (Contributed by Mario Carneiro, 14-Sep-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
equivtotbnd.1 (𝜑𝑀 ∈ (TotBnd‘𝑋))
equivtotbnd.2 (𝜑𝑁 ∈ (Met‘𝑋))
equivtotbnd.3 (𝜑𝑅 ∈ ℝ+)
equivtotbnd.4 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) → (𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · (𝑥𝑀𝑦)))
Assertion
Ref Expression
equivtotbnd (𝜑𝑁 ∈ (TotBnd‘𝑋))
Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝑀   𝑥,𝑁,𝑦   𝜑,𝑥,𝑦   𝑥,𝑋,𝑦   𝑥,𝑅,𝑦

Proof of Theorem equivtotbnd
Dummy variables 𝑣 𝑠 𝑟 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 equivtotbnd.2 . 2 (𝜑𝑁 ∈ (Met‘𝑋))
2 simpr 484 . . . . . 6 ((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) → 𝑟 ∈ ℝ+)
3 equivtotbnd.3 . . . . . . 7 (𝜑𝑅 ∈ ℝ+)
43adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) → 𝑅 ∈ ℝ+)
52, 4rpdivcld 13092 . . . . 5 ((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑟 / 𝑅) ∈ ℝ+)
6 equivtotbnd.1 . . . . . . 7 (𝜑𝑀 ∈ (TotBnd‘𝑋))
76adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) → 𝑀 ∈ (TotBnd‘𝑋))
8 istotbnd3 37758 . . . . . . 7 (𝑀 ∈ (TotBnd‘𝑋) ↔ (𝑀 ∈ (Met‘𝑋) ∧ ∀𝑠 ∈ ℝ+𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)𝑠) = 𝑋))
98simprbi 496 . . . . . 6 (𝑀 ∈ (TotBnd‘𝑋) → ∀𝑠 ∈ ℝ+𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)𝑠) = 𝑋)
107, 9syl 17 . . . . 5 ((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) → ∀𝑠 ∈ ℝ+𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)𝑠) = 𝑋)
11 oveq2 7439 . . . . . . . . 9 (𝑠 = (𝑟 / 𝑅) → (𝑥(ball‘𝑀)𝑠) = (𝑥(ball‘𝑀)(𝑟 / 𝑅)))
1211iuneq2d 5027 . . . . . . . 8 (𝑠 = (𝑟 / 𝑅) → 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)𝑠) = 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)(𝑟 / 𝑅)))
1312eqeq1d 2737 . . . . . . 7 (𝑠 = (𝑟 / 𝑅) → ( 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)𝑠) = 𝑋 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)(𝑟 / 𝑅)) = 𝑋))
1413rexbidv 3177 . . . . . 6 (𝑠 = (𝑟 / 𝑅) → (∃𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)𝑠) = 𝑋 ↔ ∃𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)(𝑟 / 𝑅)) = 𝑋))
1514rspcv 3618 . . . . 5 ((𝑟 / 𝑅) ∈ ℝ+ → (∀𝑠 ∈ ℝ+𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)𝑠) = 𝑋 → ∃𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)(𝑟 / 𝑅)) = 𝑋))
165, 10, 15sylc 65 . . . 4 ((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) → ∃𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)(𝑟 / 𝑅)) = 𝑋)
17 elfpw 9392 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ↔ (𝑣𝑋𝑣 ∈ Fin))
1817simplbi 497 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) → 𝑣𝑋)
1918adantl 481 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)) → 𝑣𝑋)
2019sselda 3995 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)) ∧ 𝑥𝑣) → 𝑥𝑋)
21 eqid 2735 . . . . . . . . . . . . . 14 (MetOpen‘𝑁) = (MetOpen‘𝑁)
22 eqid 2735 . . . . . . . . . . . . . 14 (MetOpen‘𝑀) = (MetOpen‘𝑀)
238simplbi 497 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑀 ∈ (TotBnd‘𝑋) → 𝑀 ∈ (Met‘𝑋))
246, 23syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑𝑀 ∈ (Met‘𝑋))
25 equivtotbnd.4 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) → (𝑥𝑁𝑦) ≤ (𝑅 · (𝑥𝑀𝑦)))
2621, 22, 1, 24, 3, 25metss2lem 24540 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑟 ∈ ℝ+)) → (𝑥(ball‘𝑀)(𝑟 / 𝑅)) ⊆ (𝑥(ball‘𝑁)𝑟))
2726anass1rs 655 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑥𝑋) → (𝑥(ball‘𝑀)(𝑟 / 𝑅)) ⊆ (𝑥(ball‘𝑁)𝑟))
2827adantlr 715 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)) ∧ 𝑥𝑋) → (𝑥(ball‘𝑀)(𝑟 / 𝑅)) ⊆ (𝑥(ball‘𝑁)𝑟))
2920, 28syldan 591 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)) ∧ 𝑥𝑣) → (𝑥(ball‘𝑀)(𝑟 / 𝑅)) ⊆ (𝑥(ball‘𝑁)𝑟))
3029ralrimiva 3144 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)) → ∀𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)(𝑟 / 𝑅)) ⊆ (𝑥(ball‘𝑁)𝑟))
31 ss2iun 5015 . . . . . . . . 9 (∀𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)(𝑟 / 𝑅)) ⊆ (𝑥(ball‘𝑁)𝑟) → 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)(𝑟 / 𝑅)) ⊆ 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑁)𝑟))
3230, 31syl 17 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)) → 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)(𝑟 / 𝑅)) ⊆ 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑁)𝑟))
33 sseq1 4021 . . . . . . . 8 ( 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)(𝑟 / 𝑅)) = 𝑋 → ( 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)(𝑟 / 𝑅)) ⊆ 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑁)𝑟) ↔ 𝑋 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑁)𝑟)))
3432, 33syl5ibcom 245 . . . . . . 7 (((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)) → ( 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)(𝑟 / 𝑅)) = 𝑋𝑋 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑁)𝑟)))
351ad3antrrr 730 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)) ∧ 𝑥𝑣) → 𝑁 ∈ (Met‘𝑋))
36 metxmet 24360 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ (Met‘𝑋) → 𝑁 ∈ (∞Met‘𝑋))
3735, 36syl 17 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)) ∧ 𝑥𝑣) → 𝑁 ∈ (∞Met‘𝑋))
38 simpllr 776 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)) ∧ 𝑥𝑣) → 𝑟 ∈ ℝ+)
3938rpxrd 13076 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)) ∧ 𝑥𝑣) → 𝑟 ∈ ℝ*)
40 blssm 24444 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑥𝑋𝑟 ∈ ℝ*) → (𝑥(ball‘𝑁)𝑟) ⊆ 𝑋)
4137, 20, 39, 40syl3anc 1370 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)) ∧ 𝑥𝑣) → (𝑥(ball‘𝑁)𝑟) ⊆ 𝑋)
4241ralrimiva 3144 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)) → ∀𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑁)𝑟) ⊆ 𝑋)
43 iunss 5050 . . . . . . . 8 ( 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑁)𝑟) ⊆ 𝑋 ↔ ∀𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑁)𝑟) ⊆ 𝑋)
4442, 43sylibr 234 . . . . . . 7 (((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)) → 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑁)𝑟) ⊆ 𝑋)
4534, 44jctild 525 . . . . . 6 (((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)) → ( 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)(𝑟 / 𝑅)) = 𝑋 → ( 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑁)𝑟) ⊆ 𝑋𝑋 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑁)𝑟))))
46 eqss 4011 . . . . . 6 ( 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑁)𝑟) = 𝑋 ↔ ( 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑁)𝑟) ⊆ 𝑋𝑋 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑁)𝑟)))
4745, 46imbitrrdi 252 . . . . 5 (((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)) → ( 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)(𝑟 / 𝑅)) = 𝑋 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑁)𝑟) = 𝑋))
4847reximdva 3166 . . . 4 ((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) → (∃𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑀)(𝑟 / 𝑅)) = 𝑋 → ∃𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑁)𝑟) = 𝑋))
4916, 48mpd 15 . . 3 ((𝜑𝑟 ∈ ℝ+) → ∃𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑁)𝑟) = 𝑋)
5049ralrimiva 3144 . 2 (𝜑 → ∀𝑟 ∈ ℝ+𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑁)𝑟) = 𝑋)
51 istotbnd3 37758 . 2 (𝑁 ∈ (TotBnd‘𝑋) ↔ (𝑁 ∈ (Met‘𝑋) ∧ ∀𝑟 ∈ ℝ+𝑣 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) 𝑥𝑣 (𝑥(ball‘𝑁)𝑟) = 𝑋))
521, 50, 51sylanbrc 583 1 (𝜑𝑁 ∈ (TotBnd‘𝑋))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 395   = wceq 1537  wcel 2106  wral 3059  wrex 3068  cin 3962  wss 3963  𝒫 cpw 4605   ciun 4996   class class class wbr 5148  cfv 6563  (class class class)co 7431  Fincfn 8984   · cmul 11158  *cxr 11292  cle 11294   / cdiv 11918  +crp 13032  ∞Metcxmet 21367  Metcmet 21368  ballcbl 21369  MetOpencmopn 21372  TotBndctotbnd 37753
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-pss 3983  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-tr 5266  df-id 5583  df-eprel 5589  df-po 5597  df-so 5598  df-fr 5641  df-we 5643  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-ord 6389  df-on 6390  df-lim 6391  df-suc 6392  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-om 7888  df-1st 8013  df-2nd 8014  df-1o 8505  df-er 8744  df-map 8867  df-en 8985  df-dom 8986  df-sdom 8987  df-fin 8988  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-rp 13033  df-xadd 13153  df-psmet 21374  df-xmet 21375  df-met 21376  df-bl 21377  df-totbnd 37755
This theorem is referenced by:  equivbnd2  37779
  Copyright terms: Public domain W3C validator