Theorem fmcfil 25334

Description: The Cauchy filter condition for a filter map. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Oct-2015.)

Assertion

Ref	Expression
fmcfil	⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → (((𝑋 FilMap 𝐹)‘𝐵) ∈ (CauFil‘𝐷) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ 𝐵 ∀𝑧 ∈ 𝑦 ∀𝑤 ∈ 𝑦 ((𝐹‘𝑧)𝐷(𝐹‘𝑤)) < 𝑥))

Distinct variable groups:   𝑥,𝑤,𝑦,𝑧,𝐵   𝑤,𝐹,𝑥,𝑦,𝑧   𝑤,𝑋,𝑥,𝑦,𝑧   𝑥,𝑌,𝑦,𝑧   𝑤,𝐷,𝑥,𝑦,𝑧

Allowed substitution hint:   𝑌(𝑤)

Proof of Theorem fmcfil

Dummy variables 𝑢 𝑠 𝑣 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		elfvdm 6901	. . . 4 ⊢ (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝑋 ∈ dom ∞Met)
2		fmval 24003	. . . 4 ⊢ ((𝑋 ∈ dom ∞Met ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → ((𝑋 FilMap 𝐹)‘𝐵) = (𝑋filGenran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦))))
3	1, 2	syl3an1 1176	. . 3 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → ((𝑋 FilMap 𝐹)‘𝐵) = (𝑋filGenran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦))))
4	3	eleq1d 2847	. 2 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → (((𝑋 FilMap 𝐹)‘𝐵) ∈ (CauFil‘𝐷) ↔ (𝑋filGenran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦))) ∈ (CauFil‘𝐷)))
5		simp1 1149	. . 3 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋))
6		simp2 1150	. . . 4 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌))
7		simp3 1151	. . . 4 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → 𝐹:𝑌⟶𝑋)
8	1	3ad2ant1 1146	. . . 4 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → 𝑋 ∈ dom ∞Met)
9		eqid 2762	. . . . 5 ⊢ ran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦)) = ran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦))
10	9	fbasrn 23944	. . . 4 ⊢ ((𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋 ∧ 𝑋 ∈ dom ∞Met) → ran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦)) ∈ (fBas‘𝑋))
11	6, 7, 8, 10	syl3anc 1390	. . 3 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → ran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦)) ∈ (fBas‘𝑋))
12		fgcfil 25333	. . 3 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ ran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦)) ∈ (fBas‘𝑋)) → ((𝑋filGenran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦))) ∈ (CauFil‘𝐷) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑠 ∈ ran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦))∀𝑢 ∈ 𝑠 ∀𝑣 ∈ 𝑠 (𝑢𝐷𝑣) < 𝑥))
13	5, 11, 12	syl2anc 593	. 2 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → ((𝑋filGenran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦))) ∈ (CauFil‘𝐷) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑠 ∈ ran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦))∀𝑢 ∈ 𝑠 ∀𝑣 ∈ 𝑠 (𝑢𝐷𝑣) < 𝑥))
14		imassrn 6060	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐹 “ 𝑦) ⊆ ran 𝐹
15		frn 6699	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐹:𝑌⟶𝑋 → ran 𝐹 ⊆ 𝑋)
16	15	3ad2ant3 1148	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → ran 𝐹 ⊆ 𝑋)
17	14, 16	sstrid 3947	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → (𝐹 “ 𝑦) ⊆ 𝑋)
18	8, 17	ssexd 5280	. . . . . 6 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → (𝐹 “ 𝑦) ∈ V)
19	18	ralrimivw 3158	. . . . 5 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → ∀𝑦 ∈ 𝐵 (𝐹 “ 𝑦) ∈ V)
20		eqid 2762	. . . . . 6 ⊢ (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦)) = (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦))
21		raleq 3317	. . . . . . 7 ⊢ (𝑠 = (𝐹 “ 𝑦) → (∀𝑣 ∈ 𝑠 (𝑢𝐷𝑣) < 𝑥 ↔ ∀𝑣 ∈ (𝐹 “ 𝑦)(𝑢𝐷𝑣) < 𝑥))
22	21	raleqbi1dv 3330	. . . . . 6 ⊢ (𝑠 = (𝐹 “ 𝑦) → (∀𝑢 ∈ 𝑠 ∀𝑣 ∈ 𝑠 (𝑢𝐷𝑣) < 𝑥 ↔ ∀𝑢 ∈ (𝐹 “ 𝑦)∀𝑣 ∈ (𝐹 “ 𝑦)(𝑢𝐷𝑣) < 𝑥))
23	20, 22	rexrnmptw 7076	. . . . 5 ⊢ (∀𝑦 ∈ 𝐵 (𝐹 “ 𝑦) ∈ V → (∃𝑠 ∈ ran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦))∀𝑢 ∈ 𝑠 ∀𝑣 ∈ 𝑠 (𝑢𝐷𝑣) < 𝑥 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐵 ∀𝑢 ∈ (𝐹 “ 𝑦)∀𝑣 ∈ (𝐹 “ 𝑦)(𝑢𝐷𝑣) < 𝑥))
24	19, 23	syl 17	. . . 4 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → (∃𝑠 ∈ ran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦))∀𝑢 ∈ 𝑠 ∀𝑣 ∈ 𝑠 (𝑢𝐷𝑣) < 𝑥 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐵 ∀𝑢 ∈ (𝐹 “ 𝑦)∀𝑣 ∈ (𝐹 “ 𝑦)(𝑢𝐷𝑣) < 𝑥))
25		simpl3 1207	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) ∧ 𝑦 ∈ 𝐵) → 𝐹:𝑌⟶𝑋)
26	25	ffnd 6692	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) ∧ 𝑦 ∈ 𝐵) → 𝐹 Fn 𝑌)
27		fbelss 23893	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝑦 ∈ 𝐵) → 𝑦 ⊆ 𝑌)
28	6, 27	sylan 589	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) ∧ 𝑦 ∈ 𝐵) → 𝑦 ⊆ 𝑌)
29		oveq1 7403	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑢 = (𝐹‘𝑧) → (𝑢𝐷𝑣) = ((𝐹‘𝑧)𝐷𝑣))
30	29	breq1d 5110	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑢 = (𝐹‘𝑧) → ((𝑢𝐷𝑣) < 𝑥 ↔ ((𝐹‘𝑧)𝐷𝑣) < 𝑥))
31	30	ralbidv 3185	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑢 = (𝐹‘𝑧) → (∀𝑣 ∈ (𝐹 “ 𝑦)(𝑢𝐷𝑣) < 𝑥 ↔ ∀𝑣 ∈ (𝐹 “ 𝑦)((𝐹‘𝑧)𝐷𝑣) < 𝑥))
32	31	ralima 7221	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐹 Fn 𝑌 ∧ 𝑦 ⊆ 𝑌) → (∀𝑢 ∈ (𝐹 “ 𝑦)∀𝑣 ∈ (𝐹 “ 𝑦)(𝑢𝐷𝑣) < 𝑥 ↔ ∀𝑧 ∈ 𝑦 ∀𝑣 ∈ (𝐹 “ 𝑦)((𝐹‘𝑧)𝐷𝑣) < 𝑥))
33	26, 28, 32	syl2anc 593	. . . . . 6 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) ∧ 𝑦 ∈ 𝐵) → (∀𝑢 ∈ (𝐹 “ 𝑦)∀𝑣 ∈ (𝐹 “ 𝑦)(𝑢𝐷𝑣) < 𝑥 ↔ ∀𝑧 ∈ 𝑦 ∀𝑣 ∈ (𝐹 “ 𝑦)((𝐹‘𝑧)𝐷𝑣) < 𝑥))
34		oveq2 7404	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑣 = (𝐹‘𝑤) → ((𝐹‘𝑧)𝐷𝑣) = ((𝐹‘𝑧)𝐷(𝐹‘𝑤)))
35	34	breq1d 5110	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑣 = (𝐹‘𝑤) → (((𝐹‘𝑧)𝐷𝑣) < 𝑥 ↔ ((𝐹‘𝑧)𝐷(𝐹‘𝑤)) < 𝑥))
36	35	ralima 7221	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐹 Fn 𝑌 ∧ 𝑦 ⊆ 𝑌) → (∀𝑣 ∈ (𝐹 “ 𝑦)((𝐹‘𝑧)𝐷𝑣) < 𝑥 ↔ ∀𝑤 ∈ 𝑦 ((𝐹‘𝑧)𝐷(𝐹‘𝑤)) < 𝑥))
37	26, 28, 36	syl2anc 593	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) ∧ 𝑦 ∈ 𝐵) → (∀𝑣 ∈ (𝐹 “ 𝑦)((𝐹‘𝑧)𝐷𝑣) < 𝑥 ↔ ∀𝑤 ∈ 𝑦 ((𝐹‘𝑧)𝐷(𝐹‘𝑤)) < 𝑥))
38	37	ralbidv 3185	. . . . . 6 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) ∧ 𝑦 ∈ 𝐵) → (∀𝑧 ∈ 𝑦 ∀𝑣 ∈ (𝐹 “ 𝑦)((𝐹‘𝑧)𝐷𝑣) < 𝑥 ↔ ∀𝑧 ∈ 𝑦 ∀𝑤 ∈ 𝑦 ((𝐹‘𝑧)𝐷(𝐹‘𝑤)) < 𝑥))
39	33, 38	bitrd 281	. . . . 5 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) ∧ 𝑦 ∈ 𝐵) → (∀𝑢 ∈ (𝐹 “ 𝑦)∀𝑣 ∈ (𝐹 “ 𝑦)(𝑢𝐷𝑣) < 𝑥 ↔ ∀𝑧 ∈ 𝑦 ∀𝑤 ∈ 𝑦 ((𝐹‘𝑧)𝐷(𝐹‘𝑤)) < 𝑥))
40	39	rexbidva 3184	. . . 4 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → (∃𝑦 ∈ 𝐵 ∀𝑢 ∈ (𝐹 “ 𝑦)∀𝑣 ∈ (𝐹 “ 𝑦)(𝑢𝐷𝑣) < 𝑥 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐵 ∀𝑧 ∈ 𝑦 ∀𝑤 ∈ 𝑦 ((𝐹‘𝑧)𝐷(𝐹‘𝑤)) < 𝑥))
41	24, 40	bitrd 281	. . 3 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → (∃𝑠 ∈ ran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦))∀𝑢 ∈ 𝑠 ∀𝑣 ∈ 𝑠 (𝑢𝐷𝑣) < 𝑥 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐵 ∀𝑧 ∈ 𝑦 ∀𝑤 ∈ 𝑦 ((𝐹‘𝑧)𝐷(𝐹‘𝑤)) < 𝑥))
42	41	ralbidv 3185	. 2 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → (∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑠 ∈ ran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦))∀𝑢 ∈ 𝑠 ∀𝑣 ∈ 𝑠 (𝑢𝐷𝑣) < 𝑥 ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ 𝐵 ∀𝑧 ∈ 𝑦 ∀𝑤 ∈ 𝑦 ((𝐹‘𝑧)𝐷(𝐹‘𝑤)) < 𝑥))
43	4, 13, 42	3bitrd 307	1 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → (((𝑋 FilMap 𝐹)‘𝐵) ∈ (CauFil‘𝐷) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ 𝐵 ∀𝑧 ∈ 𝑦 ∀𝑤 ∈ 𝑦 ((𝐹‘𝑧)𝐷(𝐹‘𝑤)) < 𝑥))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 208   ∧ wa 399   ∧ w3a 1098   = wceq 1560   ∈ wcel 2142  ∀wral 3076  ∃wrex 3086  Vcvv 3454   ⊆ wss 3904   class class class wbr 5100   ↦ cmpt 5181  dom cdm 5647  ran crn 5648   “ cima 5650   Fn wfn 6516  ⟶wf 6517  ‘cfv 6521  (class class class)co 7396   < clt 11216  ℝ⁺crp 12993  ∞Metcxmet 21409  fBascfbas 21412  filGencfg 21413   FilMap cfm 23993  CauFilccfil 25314

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1815  ax-4 1829  ax-5 1930  ax-6 1987  ax-7 2028  ax-8 2144  ax-9 2152  ax-10 2175  ax-11 2191  ax-12 2212  ax-ext 2734  ax-rep 5227  ax-sep 5246  ax-nul 5256  ax-pow 5322  ax-pr 5390  ax-un 7718  ax-cnex 11129  ax-resscn 11130  ax-1cn 11131  ax-icn 11132  ax-addcl 11133  ax-addrcl 11134  ax-mulcl 11135  ax-mulrcl 11136  ax-mulcom 11137  ax-addass 11138  ax-mulass 11139  ax-distr 11140  ax-i2m1 11141  ax-1ne0 11142  ax-1rid 11143  ax-rnegex 11144  ax-rrecex 11145  ax-cnre 11146  ax-pre-lttri 11147  ax-pre-lttrn 11148  ax-pre-ltadd 11149  ax-pre-mulgt0 11150

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 400  df-or 859  df-3or 1099  df-3an 1100  df-tru 1563  df-fal 1573  df-ex 1800  df-nf 1804  df-sb 2091  df-mo 2566  df-eu 2596  df-clab 2741  df-cleq 2754  df-clel 2837  df-nfc 2911  df-ne 2958  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3367  df-reu 3368  df-rab 3415  df-v 3456  df-sbc 3745  df-csb 3853  df-dif 3907  df-un 3909  df-in 3911  df-ss 3921  df-pss 3924  df-nul 4286  df-if 4481  df-pw 4557  df-sn 4583  df-pr 4585  df-op 4589  df-uni 4866  df-iun 4951  df-br 5101  df-opab 5163  df-mpt 5182  df-tr 5208  df-id 5542  df-eprel 5547  df-po 5555  df-so 5556  df-fr 5600  df-we 5602  df-xp 5653  df-rel 5654  df-cnv 5655  df-co 5656  df-dm 5657  df-rn 5658  df-res 5659  df-ima 5660  df-pred 6288  df-ord 6349  df-on 6350  df-lim 6351  df-suc 6352  df-iota 6477  df-fun 6523  df-fn 6524  df-f 6525  df-f1 6526  df-fo 6527  df-f1o 6528  df-fv 6529  df-riota 7353  df-ov 7399  df-oprab 7400  df-mpo 7401  df-om 7847  df-1st 7970  df-2nd 7971  df-frecs 8262  df-wrecs 8293  df-recs 8342  df-rdg 8381  df-er 8678  df-map 8810  df-en 8928  df-dom 8929  df-sdom 8930  df-pnf 11218  df-mnf 11219  df-xr 11220  df-ltxr 11221  df-le 11222  df-sub 11416  df-neg 11417  df-div 11845  df-nn 12211  df-2 12280  df-rp 12994  df-xneg 13114  df-xadd 13115  df-xmul 13116  df-ico 13355  df-xmet 21417  df-fbas 21421  df-fg 21422  df-fil 23906  df-fm 23998  df-cfil 25317

This theorem is referenced by:  caucfil  25345