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

Theorem lmmbr 25634
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 23602. (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 24813 . . . 4 (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋))
41, 3syl 18 . . 3 (𝜑 → 𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋))
54lmbr 23631 . 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 13170 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 ∈ ℝ+ → 𝑥 ∈ ℝ*)
72blopn 24874 . . . . . . . . . . . 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 24787 . . . . . . . . . . 11 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → 𝑃 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥))
10 eleq2 2853 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑢 = (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → (𝑃 ∈ 𝑢 ↔ 𝑃 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
11 feq3 6719 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑢 = (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → ((𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶𝑢 ↔ (𝐹 ↾ 𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
1211rexbidv 3190 . . . . . . . . . . . . . 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 3578 . . . . . . . . . . . 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 3157 . . . . . 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 24867 . . . . . . . . . . 11 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑢 ∈ 𝐽 ∧ 𝑃 ∈ 𝑢) → ∃𝑥 ∈ ℝ+ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢)
22 r19.29 3129 . . . . . . . . . . . 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 6756 . . . . . . . . . . . . . . . 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 3181 . . . . . . . . . . . . . 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 3163 . . . . . . . . . . . 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 3157 . . . . . 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 2147  ∀wral 3080  ∃wrex 3090   ⊆ wss 3900   class class class wbr 5108  ran crn 5659   ↾ cres 5660  ⟶wf 6562  ‘cfv 6566  (class class class)co 7451   ↑pm cpm 8886  ℂcc 11237  ℝ*cxr 11381  ℤ≥cuz 13005  ℝ+crp 13160  ∞Metcxmet 21714  ballcbl 21716  MetOpencmopn 21719  TopOnctopon 23283  ⇝𝑡clm 23599
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 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-sep 5255  ax-nul 5266  ax-pow 5334  ax-pr 5398  ax-un 7783  ax-cnex 11295  ax-resscn 11296  ax-1cn 11297  ax-icn 11298  ax-addcl 11299  ax-addrcl 11300  ax-mulcl 11301  ax-mulrcl 11302  ax-mulcom 11303  ax-addass 11304  ax-mulass 11305  ax-distr 11306  ax-i2m1 11307  ax-1ne0 11308  ax-1rid 11309  ax-rnegex 11310  ax-rrecex 11311  ax-cnre 11312  ax-pre-lttri 11313  ax-pre-lttrn 11314  ax-pre-ltadd 11315  ax-pre-mulgt0 11316  ax-pre-sup 11317
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 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4841  df-uni 4873  df-iun 4958  df-br 5109  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5553  df-eprel 5558  df-po 5566  df-so 5567  df-fr 5611  df-we 5613  df-xp 5664  df-rel 5665  df-cnv 5666  df-co 5667  df-dm 5668  df-rn 5669  df-res 5670  df-ima 5671  df-pred 6330  df-ord 6391  df-on 6392  df-lim 6393  df-suc 6394  df-iota 6520  df-fun 6568  df-fn 6569  df-f 6570  df-f1 6571  df-fo 6572  df-f1o 6573  df-fv 6574  df-riota 7408  df-ov 7454  df-oprab 7455  df-mpo 7456  df-om 7912  df-1st 8035  df-2nd 8036  df-frecs 8337  df-wrecs 8368  df-recs 8417  df-rdg 8456  df-er 8755  df-map 8887  df-en 9012  df-dom 9013  df-sdom 9014  df-sup 9471  df-inf 9472  df-pnf 11384  df-mnf 11385  df-xr 11386  df-ltxr 11387  df-le 11388  df-sub 11582  df-neg 11583  df-div 12014  df-nn 12376  df-2 12445  df-n0 12647  df-z 12734  df-uz 13006  df-q 13116  df-rp 13161  df-xneg 13281  df-xadd 13282  df-xmul 13283  df-topgen 17664  df-psmet 21721  df-xmet 21722  df-bl 21724  df-mopn 21725  df-top 23267  df-topon 23284  df-bases 23319  df-lm 23602
This theorem is used by:  lmmbr2  25635  lmcau  25689
  Copyright terms: Public domain W3C validator