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

Theorem lmmbr 24422
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 us to use objects more general than sequences when convenient; see the comment in df-lm 22380. (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 23592 . . . 4 (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋))
41, 3syl 17 . . 3 (𝜑𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋))
54lmbr 22409 . 2 (𝜑 → (𝐹(⇝𝑡𝐽)𝑃 ↔ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢))))
6 rpxr 12739 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℝ*)
72blopn 23656 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑃𝑋𝑥 ∈ ℝ*) → (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∈ 𝐽)
86, 7syl3an3 1164 . . . . . . . . . . 11 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑃𝑋𝑥 ∈ ℝ+) → (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∈ 𝐽)
9 blcntr 23566 . . . . . . . . . . 11 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑃𝑋𝑥 ∈ ℝ+) → 𝑃 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥))
10 eleq2 2827 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑢 = (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → (𝑃𝑢𝑃 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
11 feq3 6583 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑢 = (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → ((𝐹𝑦):𝑦𝑢 ↔ (𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
1211rexbidv 3226 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑢 = (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → (∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢 ↔ ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
1310, 12imbi12d 345 . . . . . . . . . . . . 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 3559 . . . . . . . . . . . 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 1117 . . . . . . . . 9 (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑃𝑋) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
1817adantlrl 717 . . . . . . . 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 3102 . . . . . 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 23649 . . . . . . . . . . 11 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑢𝐽𝑃𝑢) → ∃𝑥 ∈ ℝ+ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢)
22 r19.29 3184 . . . . . . . . . . . 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 6617 . . . . . . . . . . . . . . . 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 3202 . . . . . . . . . . . . . 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 3211 . . . . . . . . . . . 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 1353 . . . . . . . . 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 712 . . . . . . 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 3102 . . . . . 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 798 . . . . 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 1088 . . . 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 1088 . . . 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 314 . . 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 1086   = wceq 1539  wcel 2106  wral 3064  wrex 3065  wss 3887   class class class wbr 5074  ran crn 5590  cres 5591  wf 6429  cfv 6433  (class class class)co 7275  pm cpm 8616  cc 10869  *cxr 11008  cuz 12582  +crp 12730  ∞Metcxmet 20582  ballcbl 20584  MetOpencmopn 20587  TopOnctopon 22059  𝑡clm 22377
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  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 2709  ax-sep 5223  ax-nul 5230  ax-pow 5288  ax-pr 5352  ax-un 7588  ax-cnex 10927  ax-resscn 10928  ax-1cn 10929  ax-icn 10930  ax-addcl 10931  ax-addrcl 10932  ax-mulcl 10933  ax-mulrcl 10934  ax-mulcom 10935  ax-addass 10936  ax-mulass 10937  ax-distr 10938  ax-i2m1 10939  ax-1ne0 10940  ax-1rid 10941  ax-rnegex 10942  ax-rrecex 10943  ax-cnre 10944  ax-pre-lttri 10945  ax-pre-lttrn 10946  ax-pre-ltadd 10947  ax-pre-mulgt0 10948  ax-pre-sup 10949
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2068  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2816  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3069  df-rex 3070  df-rmo 3071  df-reu 3072  df-rab 3073  df-v 3434  df-sbc 3717  df-csb 3833  df-dif 3890  df-un 3892  df-in 3894  df-ss 3904  df-pss 3906  df-nul 4257  df-if 4460  df-pw 4535  df-sn 4562  df-pr 4564  df-op 4568  df-uni 4840  df-iun 4926  df-br 5075  df-opab 5137  df-mpt 5158  df-tr 5192  df-id 5489  df-eprel 5495  df-po 5503  df-so 5504  df-fr 5544  df-we 5546  df-xp 5595  df-rel 5596  df-cnv 5597  df-co 5598  df-dm 5599  df-rn 5600  df-res 5601  df-ima 5602  df-pred 6202  df-ord 6269  df-on 6270  df-lim 6271  df-suc 6272  df-iota 6391  df-fun 6435  df-fn 6436  df-f 6437  df-f1 6438  df-fo 6439  df-f1o 6440  df-fv 6441  df-riota 7232  df-ov 7278  df-oprab 7279  df-mpo 7280  df-om 7713  df-1st 7831  df-2nd 7832  df-frecs 8097  df-wrecs 8128  df-recs 8202  df-rdg 8241  df-er 8498  df-map 8617  df-en 8734  df-dom 8735  df-sdom 8736  df-sup 9201  df-inf 9202  df-pnf 11011  df-mnf 11012  df-xr 11013  df-ltxr 11014  df-le 11015  df-sub 11207  df-neg 11208  df-div 11633  df-nn 11974  df-2 12036  df-n0 12234  df-z 12320  df-uz 12583  df-q 12689  df-rp 12731  df-xneg 12848  df-xadd 12849  df-xmul 12850  df-topgen 17154  df-psmet 20589  df-xmet 20590  df-bl 20592  df-mopn 20593  df-top 22043  df-topon 22060  df-bases 22096  df-lm 22380
This theorem is referenced by:  lmmbr2  24423  lmcau  24477
  Copyright terms: Public domain W3C validator