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

Theorem lmflf 24029
Description: The topological limit relation on functions can be written in terms of the filter limit along the filter generated by the upper integer sets. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Oct-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
lmflf.1 𝑍 = (ℤ𝑀)
lmflf.2 𝐿 = (𝑍filGen(ℤ𝑍))
Assertion
Ref Expression
lmflf ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → (𝐹(⇝𝑡𝐽)𝑃𝑃 ∈ ((𝐽 fLimf 𝐿)‘𝐹)))

Proof of Theorem lmflf
Dummy variables 𝑗 𝑘 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 uzf 12879 . . . . . . . 8 :ℤ⟶𝒫 ℤ
2 ffn 6737 . . . . . . . 8 (ℤ:ℤ⟶𝒫 ℤ → ℤ Fn ℤ)
31, 2ax-mp 5 . . . . . . 7 Fn ℤ
4 lmflf.1 . . . . . . . 8 𝑍 = (ℤ𝑀)
5 uzssz 12897 . . . . . . . 8 (ℤ𝑀) ⊆ ℤ
64, 5eqsstri 4030 . . . . . . 7 𝑍 ⊆ ℤ
7 imaeq2 6076 . . . . . . . . 9 (𝑦 = (ℤ𝑗) → (𝐹𝑦) = (𝐹 “ (ℤ𝑗)))
87sseq1d 4027 . . . . . . . 8 (𝑦 = (ℤ𝑗) → ((𝐹𝑦) ⊆ 𝑥 ↔ (𝐹 “ (ℤ𝑗)) ⊆ 𝑥))
98rexima 7258 . . . . . . 7 ((ℤ Fn ℤ ∧ 𝑍 ⊆ ℤ) → (∃𝑦 ∈ (ℤ𝑍)(𝐹𝑦) ⊆ 𝑥 ↔ ∃𝑗𝑍 (𝐹 “ (ℤ𝑗)) ⊆ 𝑥))
103, 6, 9mp2an 692 . . . . . 6 (∃𝑦 ∈ (ℤ𝑍)(𝐹𝑦) ⊆ 𝑥 ↔ ∃𝑗𝑍 (𝐹 “ (ℤ𝑗)) ⊆ 𝑥)
11 simpl3 1192 . . . . . . . . 9 (((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) ∧ 𝑗𝑍) → 𝐹:𝑍𝑋)
1211ffund 6741 . . . . . . . 8 (((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) ∧ 𝑗𝑍) → Fun 𝐹)
13 uzss 12899 . . . . . . . . . . 11 (𝑗 ∈ (ℤ𝑀) → (ℤ𝑗) ⊆ (ℤ𝑀))
1413, 4eleq2s 2857 . . . . . . . . . 10 (𝑗𝑍 → (ℤ𝑗) ⊆ (ℤ𝑀))
1514adantl 481 . . . . . . . . 9 (((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) ∧ 𝑗𝑍) → (ℤ𝑗) ⊆ (ℤ𝑀))
1611fdmd 6747 . . . . . . . . . 10 (((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) ∧ 𝑗𝑍) → dom 𝐹 = 𝑍)
1716, 4eqtrdi 2791 . . . . . . . . 9 (((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) ∧ 𝑗𝑍) → dom 𝐹 = (ℤ𝑀))
1815, 17sseqtrrd 4037 . . . . . . . 8 (((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) ∧ 𝑗𝑍) → (ℤ𝑗) ⊆ dom 𝐹)
19 funimass4 6973 . . . . . . . 8 ((Fun 𝐹 ∧ (ℤ𝑗) ⊆ dom 𝐹) → ((𝐹 “ (ℤ𝑗)) ⊆ 𝑥 ↔ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥))
2012, 18, 19syl2anc 584 . . . . . . 7 (((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) ∧ 𝑗𝑍) → ((𝐹 “ (ℤ𝑗)) ⊆ 𝑥 ↔ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥))
2120rexbidva 3175 . . . . . 6 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → (∃𝑗𝑍 (𝐹 “ (ℤ𝑗)) ⊆ 𝑥 ↔ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥))
2210, 21bitr2id 284 . . . . 5 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → (∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ↔ ∃𝑦 ∈ (ℤ𝑍)(𝐹𝑦) ⊆ 𝑥))
2322imbi2d 340 . . . 4 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → ((𝑃𝑥 → ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥) ↔ (𝑃𝑥 → ∃𝑦 ∈ (ℤ𝑍)(𝐹𝑦) ⊆ 𝑥)))
2423ralbidv 3176 . . 3 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → (∀𝑥𝐽 (𝑃𝑥 → ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥) ↔ ∀𝑥𝐽 (𝑃𝑥 → ∃𝑦 ∈ (ℤ𝑍)(𝐹𝑦) ⊆ 𝑥)))
2524anbi2d 630 . 2 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → ((𝑃𝑋 ∧ ∀𝑥𝐽 (𝑃𝑥 → ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥)) ↔ (𝑃𝑋 ∧ ∀𝑥𝐽 (𝑃𝑥 → ∃𝑦 ∈ (ℤ𝑍)(𝐹𝑦) ⊆ 𝑥))))
26 simp1 1135 . . 3 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → 𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋))
27 simp2 1136 . . 3 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → 𝑀 ∈ ℤ)
28 simp3 1137 . . 3 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → 𝐹:𝑍𝑋)
29 eqidd 2736 . . 3 (((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) ∧ 𝑘𝑍) → (𝐹𝑘) = (𝐹𝑘))
3026, 4, 27, 28, 29lmbrf 23284 . 2 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → (𝐹(⇝𝑡𝐽)𝑃 ↔ (𝑃𝑋 ∧ ∀𝑥𝐽 (𝑃𝑥 → ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥))))
314uzfbas 23922 . . 3 (𝑀 ∈ ℤ → (ℤ𝑍) ∈ (fBas‘𝑍))
32 lmflf.2 . . . 4 𝐿 = (𝑍filGen(ℤ𝑍))
3332flffbas 24019 . . 3 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ (ℤ𝑍) ∈ (fBas‘𝑍) ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → (𝑃 ∈ ((𝐽 fLimf 𝐿)‘𝐹) ↔ (𝑃𝑋 ∧ ∀𝑥𝐽 (𝑃𝑥 → ∃𝑦 ∈ (ℤ𝑍)(𝐹𝑦) ⊆ 𝑥))))
3431, 33syl3an2 1163 . 2 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → (𝑃 ∈ ((𝐽 fLimf 𝐿)‘𝐹) ↔ (𝑃𝑋 ∧ ∀𝑥𝐽 (𝑃𝑥 → ∃𝑦 ∈ (ℤ𝑍)(𝐹𝑦) ⊆ 𝑥))))
3525, 30, 343bitr4d 311 1 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → (𝐹(⇝𝑡𝐽)𝑃𝑃 ∈ ((𝐽 fLimf 𝐿)‘𝐹)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 206  wa 395  w3a 1086   = wceq 1537  wcel 2106  wral 3059  wrex 3068  wss 3963  𝒫 cpw 4605   class class class wbr 5148  dom cdm 5689  cima 5692  Fun wfun 6557   Fn wfn 6558  wf 6559  cfv 6563  (class class class)co 7431  cz 12611  cuz 12876  fBascfbas 21370  filGencfg 21371  TopOnctopon 22932  𝑡clm 23250   fLimf cflf 23959
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-rep 5285  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-i2m1 11221  ax-1ne0 11222  ax-rrecex 11225  ax-cnre 11226  ax-pre-lttri 11227  ax-pre-lttrn 11228
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-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-pred 6323  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-ov 7434  df-oprab 7435  df-mpo 7436  df-om 7888  df-1st 8013  df-2nd 8014  df-frecs 8305  df-wrecs 8336  df-recs 8410  df-rdg 8449  df-er 8744  df-map 8867  df-pm 8868  df-en 8985  df-dom 8986  df-sdom 8987  df-pnf 11295  df-mnf 11296  df-xr 11297  df-ltxr 11298  df-le 11299  df-neg 11493  df-nn 12265  df-z 12612  df-uz 12877  df-rest 17469  df-fbas 21379  df-fg 21380  df-top 22916  df-topon 22933  df-ntr 23044  df-nei 23122  df-lm 23253  df-fil 23870  df-fm 23962  df-flim 23963  df-flf 23964
This theorem is referenced by:  cmetcaulem  25336
  Copyright terms: Public domain W3C validator