Theorem metcld2 25466

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 25465	. 2 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋) → (𝑆 ∈ (Clsd‘𝐽) ↔ ∀𝑥∀𝑓((𝑓:ℕ⟶𝑆 ∧ 𝑓(⇝𝑡‘𝐽)𝑥) → 𝑥 ∈ 𝑆)))
3		19.23v 1972	. . . . 5 ⊢ (∀𝑓((𝑓:ℕ⟶𝑆 ∧ 𝑓(⇝𝑡‘𝐽)𝑥) → 𝑥 ∈ 𝑆) ↔ (∃𝑓(𝑓:ℕ⟶𝑆 ∧ 𝑓(⇝𝑡‘𝐽)𝑥) → 𝑥 ∈ 𝑆))
4		vex 3459	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑥 ∈ V
5	4	elima2 6068	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ((⇝𝑡‘𝐽) “ (𝑆 ↑m ℕ)) ↔ ∃𝑓(𝑓 ∈ (𝑆 ↑m ℕ) ∧ 𝑓(⇝𝑡‘𝐽)𝑥))
6		id 23	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑆 ⊆ 𝑋 → 𝑆 ⊆ 𝑋)
7		elfvdm 6915	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝑋 ∈ dom ∞Met)
8		ssexg 5290	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑆 ⊆ 𝑋 ∧ 𝑋 ∈ dom ∞Met) → 𝑆 ∈ V)
9	6, 7, 8	syl2anr 608	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋) → 𝑆 ∈ V)
10		nnex 12234	. . . . . . . . . 10 ⊢ ℕ ∈ V
11		elmapg 8832	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑆 ∈ V ∧ ℕ ∈ V) → (𝑓 ∈ (𝑆 ↑m ℕ) ↔ 𝑓:ℕ⟶𝑆))
12	9, 10, 11	sylancl 597	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋) → (𝑓 ∈ (𝑆 ↑m ℕ) ↔ 𝑓:ℕ⟶𝑆))
13	12	anbi1d 642	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋) → ((𝑓 ∈ (𝑆 ↑m ℕ) ∧ 𝑓(⇝𝑡‘𝐽)𝑥) ↔ (𝑓:ℕ⟶𝑆 ∧ 𝑓(⇝𝑡‘𝐽)𝑥)))
14	13	exbidv 1951	. . . . . . 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 344	. . . . 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	bitrid 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 1950	. . 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		df-ss 3922	. . 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 400  ∀wal 1568   = wceq 1570  ∃wex 1809   ∈ wcel 2143  Vcvv 3455   ⊆ wss 3905   class class class wbr 5109  dom cdm 5661   “ cima 5664  ⟶wf 6532  ‘cfv 6536  (class class class)co 7410   ↑_m cmap 8820  ℕcn 12228  ∞Metcxmet 21507  MetOpencmopn 21512  Clsdccld 23173  ⇝_𝑡clm 23383

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1825  ax-4 1839  ax-5 1940  ax-6 1997  ax-7 2038  ax-8 2145  ax-9 2153  ax-10 2176  ax-11 2192  ax-12 2213  ax-ext 2735  ax-rep 5238  ax-sep 5257  ax-nul 5269  ax-pow 5336  ax-pr 5404  ax-un 7732  ax-inf2 9606  ax-cc 10414  ax-cnex 11151  ax-resscn 11152  ax-1cn 11153  ax-icn 11154  ax-addcl 11155  ax-addrcl 11156  ax-mulcl 11157  ax-mulrcl 11158  ax-mulcom 11159  ax-addass 11160  ax-mulass 11161  ax-distr 11162  ax-i2m1 11163  ax-1ne0 11164  ax-1rid 11165  ax-rnegex 11166  ax-rrecex 11167  ax-cnre 11168  ax-pre-lttri 11169  ax-pre-lttrn 11170  ax-pre-ltadd 11171  ax-pre-mulgt0 11172  ax-pre-sup 11173

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1810  df-nf 1814  df-sb 2097  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2838  df-nfc 2912  df-ne 2959  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3457  df-sbc 3745  df-csb 3854  df-dif 3908  df-un 3910  df-in 3912  df-ss 3922  df-pss 3925  df-nul 4287  df-if 4488  df-pw 4564  df-sn 4590  df-pr 4592  df-op 4596  df-uni 4873  df-int 4913  df-iun 4958  df-iin 4959  df-br 5110  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5556  df-eprel 5561  df-po 5569  df-so 5570  df-fr 5614  df-se 5615  df-we 5616  df-xp 5667  df-rel 5668  df-cnv 5669  df-co 5670  df-dm 5671  df-rn 5672  df-res 5673  df-ima 5674  df-pred 6302  df-ord 6363  df-on 6364  df-lim 6365  df-suc 6366  df-iota 6492  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-isom 6545  df-riota 7367  df-ov 7413  df-oprab 7414  df-mpo 7415  df-om 7859  df-1st 7982  df-2nd 7983  df-frecs 8274  df-wrecs 8305  df-recs 8354  df-rdg 8393  df-1o 8449  df-2o 8450  df-er 8690  df-map 8822  df-pm 8823  df-en 8940  df-dom 8941  df-sdom 8942  df-fin 8943  df-sup 9398  df-inf 9399  df-card 9921  df-acn 9924  df-pnf 11240  df-mnf 11241  df-xr 11242  df-ltxr 11243  df-le 11244  df-sub 11438  df-neg 11439  df-div 11867  df-nn 12229  df-2 12298  df-n0 12500  df-z 12587  df-uz 12858  df-q 12968  df-rp 13012  df-xneg 13132  df-xadd 13133  df-xmul 13134  df-fz 13531  df-topgen 17491  df-psmet 21514  df-xmet 21515  df-bl 21517  df-mopn 21518  df-top 23051  df-topon 23068  df-bases 23103  df-cld 23176  df-ntr 23177  df-cls 23178  df-lm 23386  df-1stc 23596

This theorem is referenced by: (None)