Theorem metcld2 24204

Description: A subset of a metric space is closed iff every convergent sequence on it converges to a point in the subset. Theorem 1.4-6(b) of [Kreyszig] p. 30. (Contributed by Mario Carneiro, 1-May-2014.)

Hypothesis

Ref	Expression
metcld.2	⊢ 𝐽 = (MetOpen‘𝐷)

Assertion

Ref	Expression
metcld2	⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋) → (𝑆 ∈ (Clsd‘𝐽) ↔ ((⇝𝑡‘𝐽) “ (𝑆 ↑m ℕ)) ⊆ 𝑆))

Proof of Theorem metcld2

Dummy variables 𝑥 𝑓 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		metcld.2	. . 3 ⊢ 𝐽 = (MetOpen‘𝐷)
2	1	metcld 24203	. 2 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋) → (𝑆 ∈ (Clsd‘𝐽) ↔ ∀𝑥∀𝑓((𝑓:ℕ⟶𝑆 ∧ 𝑓(⇝𝑡‘𝐽)𝑥) → 𝑥 ∈ 𝑆)))
3		19.23v 1950	. . . . 5 ⊢ (∀𝑓((𝑓:ℕ⟶𝑆 ∧ 𝑓(⇝𝑡‘𝐽)𝑥) → 𝑥 ∈ 𝑆) ↔ (∃𝑓(𝑓:ℕ⟶𝑆 ∧ 𝑓(⇝𝑡‘𝐽)𝑥) → 𝑥 ∈ 𝑆))
4		vex 3412	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑥 ∈ V
5	4	elima2 5935	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ((⇝𝑡‘𝐽) “ (𝑆 ↑m ℕ)) ↔ ∃𝑓(𝑓 ∈ (𝑆 ↑m ℕ) ∧ 𝑓(⇝𝑡‘𝐽)𝑥))
6		id 22	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑆 ⊆ 𝑋 → 𝑆 ⊆ 𝑋)
7		elfvdm 6749	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝑋 ∈ dom ∞Met)
8		ssexg 5216	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑆 ⊆ 𝑋 ∧ 𝑋 ∈ dom ∞Met) → 𝑆 ∈ V)
9	6, 7, 8	syl2anr 600	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋) → 𝑆 ∈ V)
10		nnex 11836	. . . . . . . . . 10 ⊢ ℕ ∈ V
11		elmapg 8521	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑆 ∈ V ∧ ℕ ∈ V) → (𝑓 ∈ (𝑆 ↑m ℕ) ↔ 𝑓:ℕ⟶𝑆))
12	9, 10, 11	sylancl 589	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋) → (𝑓 ∈ (𝑆 ↑m ℕ) ↔ 𝑓:ℕ⟶𝑆))
13	12	anbi1d 633	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋) → ((𝑓 ∈ (𝑆 ↑m ℕ) ∧ 𝑓(⇝𝑡‘𝐽)𝑥) ↔ (𝑓:ℕ⟶𝑆 ∧ 𝑓(⇝𝑡‘𝐽)𝑥)))
14	13	exbidv 1929	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋) → (∃𝑓(𝑓 ∈ (𝑆 ↑m ℕ) ∧ 𝑓(⇝𝑡‘𝐽)𝑥) ↔ ∃𝑓(𝑓:ℕ⟶𝑆 ∧ 𝑓(⇝𝑡‘𝐽)𝑥)))
15	5, 14	bitr2id 287	. . . . . 6 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋) → (∃𝑓(𝑓:ℕ⟶𝑆 ∧ 𝑓(⇝𝑡‘𝐽)𝑥) ↔ 𝑥 ∈ ((⇝𝑡‘𝐽) “ (𝑆 ↑m ℕ))))
16	15	imbi1d 345	. . . . 5 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋) → ((∃𝑓(𝑓:ℕ⟶𝑆 ∧ 𝑓(⇝𝑡‘𝐽)𝑥) → 𝑥 ∈ 𝑆) ↔ (𝑥 ∈ ((⇝𝑡‘𝐽) “ (𝑆 ↑m ℕ)) → 𝑥 ∈ 𝑆)))
17	3, 16	syl5bb 286	. . . 4 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋) → (∀𝑓((𝑓:ℕ⟶𝑆 ∧ 𝑓(⇝𝑡‘𝐽)𝑥) → 𝑥 ∈ 𝑆) ↔ (𝑥 ∈ ((⇝𝑡‘𝐽) “ (𝑆 ↑m ℕ)) → 𝑥 ∈ 𝑆)))
18	17	albidv 1928	. . 3 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋) → (∀𝑥∀𝑓((𝑓:ℕ⟶𝑆 ∧ 𝑓(⇝𝑡‘𝐽)𝑥) → 𝑥 ∈ 𝑆) ↔ ∀𝑥(𝑥 ∈ ((⇝𝑡‘𝐽) “ (𝑆 ↑m ℕ)) → 𝑥 ∈ 𝑆)))
19		dfss2 3886	. . 3 ⊢ (((⇝𝑡‘𝐽) “ (𝑆 ↑m ℕ)) ⊆ 𝑆 ↔ ∀𝑥(𝑥 ∈ ((⇝𝑡‘𝐽) “ (𝑆 ↑m ℕ)) → 𝑥 ∈ 𝑆))
20	18, 19	bitr4di 292	. 2 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋) → (∀𝑥∀𝑓((𝑓:ℕ⟶𝑆 ∧ 𝑓(⇝𝑡‘𝐽)𝑥) → 𝑥 ∈ 𝑆) ↔ ((⇝𝑡‘𝐽) “ (𝑆 ↑m ℕ)) ⊆ 𝑆))
21	2, 20	bitrd 282	1 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋) → (𝑆 ∈ (Clsd‘𝐽) ↔ ((⇝𝑡‘𝐽) “ (𝑆 ↑m ℕ)) ⊆ 𝑆))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 399  ∀wal 1541   = wceq 1543  ∃wex 1787   ∈ wcel 2110  Vcvv 3408   ⊆ wss 3866   class class class wbr 5053  dom cdm 5551   “ cima 5554  ⟶wf 6376  ‘cfv 6380  (class class class)co 7213   ↑_m cmap 8508  ℕcn 11830  ∞Metcxmet 20348  MetOpencmopn 20353  Clsdccld 21913  ⇝_𝑡clm 22123

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1803  ax-4 1817  ax-5 1918  ax-6 1976  ax-7 2016  ax-8 2112  ax-9 2120  ax-10 2141  ax-11 2158  ax-12 2175  ax-ext 2708  ax-rep 5179  ax-sep 5192  ax-nul 5199  ax-pow 5258  ax-pr 5322  ax-un 7523  ax-inf2 9256  ax-cc 10049  ax-cnex 10785  ax-resscn 10786  ax-1cn 10787  ax-icn 10788  ax-addcl 10789  ax-addrcl 10790  ax-mulcl 10791  ax-mulrcl 10792  ax-mulcom 10793  ax-addass 10794  ax-mulass 10795  ax-distr 10796  ax-i2m1 10797  ax-1ne0 10798  ax-1rid 10799  ax-rnegex 10800  ax-rrecex 10801  ax-cnre 10802  ax-pre-lttri 10803  ax-pre-lttrn 10804  ax-pre-ltadd 10805  ax-pre-mulgt0 10806  ax-pre-sup 10807

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 848  df-3or 1090  df-3an 1091  df-tru 1546  df-fal 1556  df-ex 1788  df-nf 1792  df-sb 2071  df-mo 2539  df-eu 2568  df-clab 2715  df-cleq 2729  df-clel 2816  df-nfc 2886  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3066  df-rex 3067  df-reu 3068  df-rmo 3069  df-rab 3070  df-v 3410  df-sbc 3695  df-csb 3812  df-dif 3869  df-un 3871  df-in 3873  df-ss 3883  df-pss 3885  df-nul 4238  df-if 4440  df-pw 4515  df-sn 4542  df-pr 4544  df-tp 4546  df-op 4548  df-uni 4820  df-int 4860  df-iun 4906  df-iin 4907  df-br 5054  df-opab 5116  df-mpt 5136  df-tr 5162  df-id 5455  df-eprel 5460  df-po 5468  df-so 5469  df-fr 5509  df-se 5510  df-we 5511  df-xp 5557  df-rel 5558  df-cnv 5559  df-co 5560  df-dm 5561  df-rn 5562  df-res 5563  df-ima 5564  df-pred 6160  df-ord 6216  df-on 6217  df-lim 6218  df-suc 6219  df-iota 6338  df-fun 6382  df-fn 6383  df-f 6384  df-f1 6385  df-fo 6386  df-f1o 6387  df-fv 6388  df-isom 6389  df-riota 7170  df-ov 7216  df-oprab 7217  df-mpo 7218  df-om 7645  df-1st 7761  df-2nd 7762  df-wrecs 8047  df-recs 8108  df-rdg 8146  df-1o 8202  df-er 8391  df-map 8510  df-pm 8511  df-en 8627  df-dom 8628  df-sdom 8629  df-fin 8630  df-sup 9058  df-inf 9059  df-card 9555  df-acn 9558  df-pnf 10869  df-mnf 10870  df-xr 10871  df-ltxr 10872  df-le 10873  df-sub 11064  df-neg 11065  df-div 11490  df-nn 11831  df-2 11893  df-n0 12091  df-z 12177  df-uz 12439  df-q 12545  df-rp 12587  df-xneg 12704  df-xadd 12705  df-xmul 12706  df-fz 13096  df-topgen 16948  df-psmet 20355  df-xmet 20356  df-bl 20358  df-mopn 20359  df-top 21791  df-topon 21808  df-bases 21843  df-cld 21916  df-ntr 21917  df-cls 21918  df-lm 22126  df-1stc 22336

This theorem is referenced by: (None)