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

Theorem lmmbr 25572
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 23540. (Contributed by NM, 7-Dec-2006.) (Revised by Mario Carneiro, 1-May-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
lmmbr.2 𝐽 = (MetOpen‘𝐷)
lmmbr.3 (𝜑 → 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋))
Assertion
Ref Expression
lmmbr (𝜑 → (𝐹(⇝𝑡‘𝐽)𝑃 ↔ (𝐹 ∈ (𝑋 ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):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 (𝜑 → 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋))
2 lmmbr.2 . . . . 5 𝐽 = (MetOpen‘𝐷)
32mopntopon 24751 . . . 4 (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋))
41, 3syl 18 . . 3 (𝜑 → 𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋))
54lmbr 23569 . 2 (𝜑 → (𝐹(⇝𝑡‘𝐽)𝑃 ↔ (𝐹 ∈ (𝑋 ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢))))
6 rpxr 13123 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 ∈ ℝ+ → 𝑥 ∈ ℝ*)
72blopn 24812 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ 𝑥 ∈ ℝ*) → (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∈ 𝐽)
86, 7syl3an3 1183 . . . . . . . . . . 11 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∈ 𝐽)
9 blcntr 24725 . . . . . . . . . . 11 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → 𝑃 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥))
10 eleq2 2850 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑢 = (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → (𝑃 ∈ 𝑢 ↔ 𝑃 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
11 feq3 6687 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑢 = (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → ((𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢 ↔ (𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
1211rexbidv 3187 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑢 = (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → (∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢 ↔ ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
1310, 12imbi12d 347 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑢 = (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → ((𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢) ↔ (𝑃 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥))))
1413rspcva 3575 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∈ 𝐽 ∧ ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢)) → (𝑃 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
1514impancom 457 . . . . . . . . . . 11 (((𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∈ 𝐽 ∧ 𝑃 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥)) → (∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
168, 9, 15syl2anc 596 . . . . . . . . . 10 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
17163expa 1136 . . . . . . . . 9 (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
1817adantlrl 733 . . . . . . . 8 (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝐹 ∈ (𝑋 ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
1918impancom 457 . . . . . . 7 (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝐹 ∈ (𝑋 ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋)) ∧ ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢)) → (𝑥 ∈ ℝ+ → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
2019ralrimiv 3154 . . . . . 6 (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝐹 ∈ (𝑋 ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋)) ∧ ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢)) → ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥))
212mopni2 24805 . . . . . . . . . . 11 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑢 ∈ 𝐽 ∧ 𝑃 ∈ 𝑢) → ∃𝑥 ∈ ℝ+ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢)
22 r19.29 3126 . . . . . . . . . . . 12 ((∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ+ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢) → ∃𝑥 ∈ ℝ+ (∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∧ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢))
23 fss 6724 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∧ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢) → (𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢)
2423expcom 419 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢 → ((𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → (𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢))
2524reximdv 3178 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢 → (∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢))
2625impcom 413 . . . . . . . . . . . . 13 ((∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∧ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢)
2726rexlimivw 3160 . . . . . . . . . . . 12 (∃𝑥 ∈ ℝ+ (∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∧ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢)
2822, 27syl 18 . . . . . . . . . . 11 ((∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ+ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢)
2921, 28sylan2 605 . . . . . . . . . 10 ((∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∧ (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑢 ∈ 𝐽 ∧ 𝑃 ∈ 𝑢)) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢)
30293exp2 1373 . . . . . . . . 9 (∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → (𝑢 ∈ 𝐽 → (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢))))
3130impcom 413 . . . . . . . 8 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)) → (𝑢 ∈ 𝐽 → (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢)))
3231adantlr 728 . . . . . . 7 (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝐹 ∈ (𝑋 ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋)) ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)) → (𝑢 ∈ 𝐽 → (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢)))
3332ralrimiv 3154 . . . . . 6 (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝐹 ∈ (𝑋 ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋)) ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)) → ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢))
3420, 33impbida 813 . . . . 5 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝐹 ∈ (𝑋 ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋)) → (∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
3534pm5.32da 590 . . . 4 (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → (((𝐹 ∈ (𝑋 ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) ∧ ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢)) ↔ ((𝐹 ∈ (𝑋 ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥))))
36 df-3an 1105 . . . 4 ((𝐹 ∈ (𝑋 ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢)) ↔ ((𝐹 ∈ (𝑋 ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) ∧ ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢)))
37 df-3an 1105 . . . 4 ((𝐹 ∈ (𝑋 ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)) ↔ ((𝐹 ∈ (𝑋 ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
3835, 36, 373bitr4g 317 . . 3 (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → ((𝐹 ∈ (𝑋 ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢)) ↔ (𝐹 ∈ (𝑋 ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥))))
391, 38syl 18 . 2 (𝜑 → ((𝐹 ∈ (𝑋 ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ ∀𝑢 ∈ 𝐽 (𝑃 ∈ 𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢)) ↔ (𝐹 ∈ (𝑋 ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥))))
405, 39bitrd 282 1 (𝜑 → (𝐹(⇝𝑡‘𝐽)𝑃 ↔ (𝐹 ∈ (𝑋 ↑pm ℂ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑦 ∈ ran ℤ≥(𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥))))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2145  ∀wral 3077  ∃wrex 3087   ⊆ wss 3899   class class class wbr 5103  ran crn 5652   ↾ cres 5653  ⟶wf 6533  ‘cfv 6537  (class class class)co 7418   ↑pm cpm 8841  ℂcc 11191  ℝ*cxr 11335  ℤ≥cuz 12958  ℝ+crp 13113  ∞Metcxmet 21656  ballcbl 21658  MetOpencmopn 21661  TopOnctopon 23221  ⇝𝑡clm 23537
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2733  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7749  ax-cnex 11249  ax-resscn 11250  ax-1cn 11251  ax-icn 11252  ax-addcl 11253  ax-addrcl 11254  ax-mulcl 11255  ax-mulrcl 11256  ax-mulcom 11257  ax-addass 11258  ax-mulass 11259  ax-distr 11260  ax-i2m1 11261  ax-1ne0 11262  ax-1rid 11263  ax-rnegex 11264  ax-rrecex 11265  ax-cnre 11266  ax-pre-lttri 11267  ax-pre-lttrn 11268  ax-pre-ltadd 11269  ax-pre-mulgt0 11270  ax-pre-sup 11271
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6303  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6493  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-riota 7375  df-ov 7421  df-oprab 7422  df-mpo 7423  df-om 7876  df-1st 7999  df-2nd 8000  df-frecs 8292  df-wrecs 8323  df-recs 8372  df-rdg 8411  df-er 8710  df-map 8842  df-en 8967  df-dom 8968  df-sdom 8969  df-sup 9427  df-inf 9428  df-pnf 11338  df-mnf 11339  df-xr 11340  df-ltxr 11341  df-le 11342  df-sub 11536  df-neg 11537  df-div 11967  df-nn 12329  df-2 12398  df-n0 12600  df-z 12687  df-uz 12959  df-q 13069  df-rp 13114  df-xneg 13234  df-xadd 13235  df-xmul 13236  df-topgen 17607  df-psmet 21663  df-xmet 21664  df-bl 21666  df-mopn 21667  df-top 23205  df-topon 23222  df-bases 23257  df-lm 23540
This theorem is used by:  lmmbr2  25573  lmcau  25627
  Copyright terms: Public domain W3C validator