Theorem fmcfil 25319

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 6943	. . . 4 ⊢ (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝑋 ∈ dom ∞Met)
2		fmval 23966	. . . 4 ⊢ ((𝑋 ∈ dom ∞Met ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → ((𝑋 FilMap 𝐹)‘𝐵) = (𝑋filGenran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦))))
3	1, 2	syl3an1 1162	. . 3 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → ((𝑋 FilMap 𝐹)‘𝐵) = (𝑋filGenran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦))))
4	3	eleq1d 2823	. 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 1135	. . 3 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋))
6		simp2 1136	. . . 4 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌))
7		simp3 1137	. . . 4 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → 𝐹:𝑌⟶𝑋)
8	1	3ad2ant1 1132	. . . 4 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → 𝑋 ∈ dom ∞Met)
9		eqid 2734	. . . . 5 ⊢ ran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦)) = ran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦))
10	9	fbasrn 23907	. . . 4 ⊢ ((𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋 ∧ 𝑋 ∈ dom ∞Met) → ran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦)) ∈ (fBas‘𝑋))
11	6, 7, 8, 10	syl3anc 1370	. . 3 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → ran (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦)) ∈ (fBas‘𝑋))
12		fgcfil 25318	. . 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 584	. 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 6090	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐹 “ 𝑦) ⊆ ran 𝐹
15		frn 6743	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐹:𝑌⟶𝑋 → ran 𝐹 ⊆ 𝑋)
16	15	3ad2ant3 1134	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → ran 𝐹 ⊆ 𝑋)
17	14, 16	sstrid 4006	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → (𝐹 “ 𝑦) ⊆ 𝑋)
18	8, 17	ssexd 5329	. . . . . 6 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → (𝐹 “ 𝑦) ∈ V)
19	18	ralrimivw 3147	. . . . 5 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) → ∀𝑦 ∈ 𝐵 (𝐹 “ 𝑦) ∈ V)
20		eqid 2734	. . . . . 6 ⊢ (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦)) = (𝑦 ∈ 𝐵 ↦ (𝐹 “ 𝑦))
21		raleq 3320	. . . . . . 7 ⊢ (𝑠 = (𝐹 “ 𝑦) → (∀𝑣 ∈ 𝑠 (𝑢𝐷𝑣) < 𝑥 ↔ ∀𝑣 ∈ (𝐹 “ 𝑦)(𝑢𝐷𝑣) < 𝑥))
22	21	raleqbi1dv 3335	. . . . . 6 ⊢ (𝑠 = (𝐹 “ 𝑦) → (∀𝑢 ∈ 𝑠 ∀𝑣 ∈ 𝑠 (𝑢𝐷𝑣) < 𝑥 ↔ ∀𝑢 ∈ (𝐹 “ 𝑦)∀𝑣 ∈ (𝐹 “ 𝑦)(𝑢𝐷𝑣) < 𝑥))
23	20, 22	rexrnmptw 7114	. . . . 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 1192	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) ∧ 𝑦 ∈ 𝐵) → 𝐹:𝑌⟶𝑋)
26	25	ffnd 6737	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) ∧ 𝑦 ∈ 𝐵) → 𝐹 Fn 𝑌)
27		fbelss 23856	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝑦 ∈ 𝐵) → 𝑦 ⊆ 𝑌)
28	6, 27	sylan 580	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐵 ∈ (fBas‘𝑌) ∧ 𝐹:𝑌⟶𝑋) ∧ 𝑦 ∈ 𝐵) → 𝑦 ⊆ 𝑌)
29		oveq1 7437	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑢 = (𝐹‘𝑧) → (𝑢𝐷𝑣) = ((𝐹‘𝑧)𝐷𝑣))
30	29	breq1d 5157	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑢 = (𝐹‘𝑧) → ((𝑢𝐷𝑣) < 𝑥 ↔ ((𝐹‘𝑧)𝐷𝑣) < 𝑥))
31	30	ralbidv 3175	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑢 = (𝐹‘𝑧) → (∀𝑣 ∈ (𝐹 “ 𝑦)(𝑢𝐷𝑣) < 𝑥 ↔ ∀𝑣 ∈ (𝐹 “ 𝑦)((𝐹‘𝑧)𝐷𝑣) < 𝑥))
32	31	ralima 7256	. . . . . . 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 584	. . . . . 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 7438	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑣 = (𝐹‘𝑤) → ((𝐹‘𝑧)𝐷𝑣) = ((𝐹‘𝑧)𝐷(𝐹‘𝑤)))
35	34	breq1d 5157	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑣 = (𝐹‘𝑤) → (((𝐹‘𝑧)𝐷𝑣) < 𝑥 ↔ ((𝐹‘𝑧)𝐷(𝐹‘𝑤)) < 𝑥))
36	35	ralima 7256	. . . . . . . 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 584	. . . . . . 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 3175	. . . . . 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 279	. . . . 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 3174	. . . 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 279	. . 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 3175	. 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 305	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 206   ∧ wa 395   ∧ w3a 1086   = wceq 1536   ∈ wcel 2105  ∀wral 3058  ∃wrex 3067  Vcvv 3477   ⊆ wss 3962   class class class wbr 5147   ↦ cmpt 5230  dom cdm 5688  ran crn 5689   “ cima 5691   Fn wfn 6557  ⟶wf 6558  ‘cfv 6562  (class class class)co 7430   < clt 11292  ℝ⁺crp 13031  ∞Metcxmet 21366  fBascfbas 21369  filGencfg 21370   FilMap cfm 23956  CauFilccfil 25299

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1791  ax-4 1805  ax-5 1907  ax-6 1964  ax-7 2004  ax-8 2107  ax-9 2115  ax-10 2138  ax-11 2154  ax-12 2174  ax-ext 2705  ax-rep 5284  ax-sep 5301  ax-nul 5311  ax-pow 5370  ax-pr 5437  ax-un 7753  ax-cnex 11208  ax-resscn 11209  ax-1cn 11210  ax-icn 11211  ax-addcl 11212  ax-addrcl 11213  ax-mulcl 11214  ax-mulrcl 11215  ax-mulcom 11216  ax-addass 11217  ax-mulass 11218  ax-distr 11219  ax-i2m1 11220  ax-1ne0 11221  ax-1rid 11222  ax-rnegex 11223  ax-rrecex 11224  ax-cnre 11225  ax-pre-lttri 11226  ax-pre-lttrn 11227  ax-pre-ltadd 11228  ax-pre-mulgt0 11229

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1539  df-fal 1549  df-ex 1776  df-nf 1780  df-sb 2062  df-mo 2537  df-eu 2566  df-clab 2712  df-cleq 2726  df-clel 2813  df-nfc 2889  df-ne 2938  df-nel 3044  df-ral 3059  df-rex 3068  df-rmo 3377  df-reu 3378  df-rab 3433  df-v 3479  df-sbc 3791  df-csb 3908  df-dif 3965  df-un 3967  df-in 3969  df-ss 3979  df-nul 4339  df-if 4531  df-pw 4606  df-sn 4631  df-pr 4633  df-op 4637  df-uni 4912  df-iun 4997  df-br 5148  df-opab 5210  df-mpt 5231  df-id 5582  df-po 5596  df-so 5597  df-xp 5694  df-rel 5695  df-cnv 5696  df-co 5697  df-dm 5698  df-rn 5699  df-res 5700  df-ima 5701  df-iota 6515  df-fun 6564  df-fn 6565  df-f 6566  df-f1 6567  df-fo 6568  df-f1o 6569  df-fv 6570  df-riota 7387  df-ov 7433  df-oprab 7434  df-mpo 7435  df-1st 8012  df-2nd 8013  df-er 8743  df-map 8866  df-en 8984  df-dom 8985  df-sdom 8986  df-pnf 11294  df-mnf 11295  df-xr 11296  df-ltxr 11297  df-le 11298  df-sub 11491  df-neg 11492  df-div 11918  df-2 12326  df-rp 13032  df-xneg 13151  df-xadd 13152  df-xmul 13153  df-ico 13389  df-xmet 21374  df-fbas 21378  df-fg 21379  df-fil 23869  df-fm 23961  df-cfil 25302

This theorem is referenced by:  caucfil  25330