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

Theorem lmmbr 24622
Description: Express the binary relation "sequence 𝐹 converges to point 𝑃 " in a metric space. Definition 1.4-1 of [Kreyszig] p. 25. The condition 𝐹 ⊆ (ℂ × 𝑋) allows to use objects more general than sequences when convenient; see the comment in df-lm 22580. (Contributed by NM, 7-Dec-2006.) (Revised by Mario Carneiro, 1-May-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
lmmbr.2 𝐽 = (MetOpen‘𝐷)
lmmbr.3 (𝜑𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋))
Assertion
Ref Expression
lmmbr (𝜑 → (𝐹(⇝𝑡𝐽)𝑃 ↔ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥))))
Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝐷   𝑥,𝐹,𝑦   𝑥,𝑃,𝑦   𝑥,𝑋,𝑦   𝑥,𝐽,𝑦   𝜑,𝑥
Allowed substitution hint:   𝜑(𝑦)

Proof of Theorem lmmbr
Dummy variable 𝑢 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 lmmbr.3 . . . 4 (𝜑𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋))
2 lmmbr.2 . . . . 5 𝐽 = (MetOpen‘𝐷)
32mopntopon 23792 . . . 4 (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋))
41, 3syl 17 . . 3 (𝜑𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋))
54lmbr 22609 . 2 (𝜑 → (𝐹(⇝𝑡𝐽)𝑃 ↔ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢))))
6 rpxr 12924 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℝ*)
72blopn 23856 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑃𝑋𝑥 ∈ ℝ*) → (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∈ 𝐽)
86, 7syl3an3 1165 . . . . . . . . . . 11 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑃𝑋𝑥 ∈ ℝ+) → (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∈ 𝐽)
9 blcntr 23766 . . . . . . . . . . 11 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑃𝑋𝑥 ∈ ℝ+) → 𝑃 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥))
10 eleq2 2826 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑢 = (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → (𝑃𝑢𝑃 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
11 feq3 6651 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑢 = (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → ((𝐹𝑦):𝑦𝑢 ↔ (𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
1211rexbidv 3175 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑢 = (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → (∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢 ↔ ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
1310, 12imbi12d 344 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑢 = (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → ((𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢) ↔ (𝑃 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥))))
1413rspcva 3579 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∈ 𝐽 ∧ ∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)) → (𝑃 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
1514impancom 452 . . . . . . . . . . 11 (((𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∈ 𝐽𝑃 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥)) → (∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
168, 9, 15syl2anc 584 . . . . . . . . . 10 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑃𝑋𝑥 ∈ ℝ+) → (∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
17163expa 1118 . . . . . . . . 9 (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑃𝑋) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
1817adantlrl 718 . . . . . . . 8 (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
1918impancom 452 . . . . . . 7 (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋)) ∧ ∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)) → (𝑥 ∈ ℝ+ → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
2019ralrimiv 3142 . . . . . 6 (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋)) ∧ ∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)) → ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥))
212mopni2 23849 . . . . . . . . . . 11 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑢𝐽𝑃𝑢) → ∃𝑥 ∈ ℝ+ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢)
22 r19.29 3117 . . . . . . . . . . . 12 ((∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ+ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢) → ∃𝑥 ∈ ℝ+ (∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∧ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢))
23 fss 6685 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∧ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢) → (𝐹𝑦):𝑦𝑢)
2423expcom 414 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢 → ((𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → (𝐹𝑦):𝑦𝑢))
2524reximdv 3167 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢 → (∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢))
2625impcom 408 . . . . . . . . . . . . 13 ((∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∧ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)
2726rexlimivw 3148 . . . . . . . . . . . 12 (∃𝑥 ∈ ℝ+ (∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∧ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)
2822, 27syl 17 . . . . . . . . . . 11 ((∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ+ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)
2921, 28sylan2 593 . . . . . . . . . 10 ((∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∧ (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑢𝐽𝑃𝑢)) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)
30293exp2 1354 . . . . . . . . 9 (∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → (𝑢𝐽 → (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢))))
3130impcom 408 . . . . . . . 8 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)) → (𝑢𝐽 → (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)))
3231adantlr 713 . . . . . . 7 (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋)) ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)) → (𝑢𝐽 → (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)))
3332ralrimiv 3142 . . . . . 6 (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋)) ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)) → ∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢))
3420, 33impbida 799 . . . . 5 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋)) → (∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
3534pm5.32da 579 . . . 4 (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → (((𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋) ∧ ∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)) ↔ ((𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋) ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥))))
36 df-3an 1089 . . . 4 ((𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)) ↔ ((𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋) ∧ ∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)))
37 df-3an 1089 . . . 4 ((𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)) ↔ ((𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋) ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
3835, 36, 373bitr4g 313 . . 3 (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → ((𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)) ↔ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥))))
391, 38syl 17 . 2 (𝜑 → ((𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)) ↔ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥))))
405, 39bitrd 278 1 (𝜑 → (𝐹(⇝𝑡𝐽)𝑃 ↔ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 205  wa 396  w3a 1087   = wceq 1541  wcel 2106  wral 3064  wrex 3073  wss 3910   class class class wbr 5105  ran crn 5634  cres 5635  wf 6492  cfv 6496  (class class class)co 7357  pm cpm 8766  cc 11049  *cxr 11188  cuz 12763  +crp 12915  ∞Metcxmet 20781  ballcbl 20783  MetOpencmopn 20786  TopOnctopon 22259  𝑡clm 22577
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2707  ax-sep 5256  ax-nul 5263  ax-pow 5320  ax-pr 5384  ax-un 7672  ax-cnex 11107  ax-resscn 11108  ax-1cn 11109  ax-icn 11110  ax-addcl 11111  ax-addrcl 11112  ax-mulcl 11113  ax-mulrcl 11114  ax-mulcom 11115  ax-addass 11116  ax-mulass 11117  ax-distr 11118  ax-i2m1 11119  ax-1ne0 11120  ax-1rid 11121  ax-rnegex 11122  ax-rrecex 11123  ax-cnre 11124  ax-pre-lttri 11125  ax-pre-lttrn 11126  ax-pre-ltadd 11127  ax-pre-mulgt0 11128  ax-pre-sup 11129
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2714  df-cleq 2728  df-clel 2814  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3065  df-rex 3074  df-rmo 3353  df-reu 3354  df-rab 3408  df-v 3447  df-sbc 3740  df-csb 3856  df-dif 3913  df-un 3915  df-in 3917  df-ss 3927  df-pss 3929  df-nul 4283  df-if 4487  df-pw 4562  df-sn 4587  df-pr 4589  df-op 4593  df-uni 4866  df-iun 4956  df-br 5106  df-opab 5168  df-mpt 5189  df-tr 5223  df-id 5531  df-eprel 5537  df-po 5545  df-so 5546  df-fr 5588  df-we 5590  df-xp 5639  df-rel 5640  df-cnv 5641  df-co 5642  df-dm 5643  df-rn 5644  df-res 5645  df-ima 5646  df-pred 6253  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6498  df-fn 6499  df-f 6500  df-f1 6501  df-fo 6502  df-f1o 6503  df-fv 6504  df-riota 7313  df-ov 7360  df-oprab 7361  df-mpo 7362  df-om 7803  df-1st 7921  df-2nd 7922  df-frecs 8212  df-wrecs 8243  df-recs 8317  df-rdg 8356  df-er 8648  df-map 8767  df-en 8884  df-dom 8885  df-sdom 8886  df-sup 9378  df-inf 9379  df-pnf 11191  df-mnf 11192  df-xr 11193  df-ltxr 11194  df-le 11195  df-sub 11387  df-neg 11388  df-div 11813  df-nn 12154  df-2 12216  df-n0 12414  df-z 12500  df-uz 12764  df-q 12874  df-rp 12916  df-xneg 13033  df-xadd 13034  df-xmul 13035  df-topgen 17325  df-psmet 20788  df-xmet 20789  df-bl 20791  df-mopn 20792  df-top 22243  df-topon 22260  df-bases 22296  df-lm 22580
This theorem is referenced by:  lmmbr2  24623  lmcau  24677
  Copyright terms: Public domain W3C validator