Theorem metequiv2 23120

Description: If there is a sequence of radii approaching zero for which the balls of both metrics coincide, then the generated topologies are equivalent. (Contributed by Mario Carneiro, 26-Aug-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
metequiv.3	⊢ 𝐽 = (MetOpen‘𝐶)
metequiv.4	⊢ 𝐾 = (MetOpen‘𝐷)

Assertion

Ref	Expression
metequiv2	⊢ ((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) → (∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑟 ∈ ℝ+ ∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)) → 𝐽 = 𝐾))

Distinct variable groups:   𝑠,𝑟,𝑥,𝐶   𝐽,𝑟,𝑠,𝑥   𝐾,𝑟,𝑠,𝑥   𝐷,𝑟,𝑠,𝑥   𝑋,𝑟,𝑠,𝑥

Proof of Theorem metequiv2

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simprrr 780	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+ ∧ 𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠))
2		simplll 773	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+ ∧ 𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → 𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋))
3		simplr 767	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+ ∧ 𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → 𝑥 ∈ 𝑋)
4		simprlr 778	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+ ∧ 𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → 𝑠 ∈ ℝ+)
5	4	rpxrd 12433	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+ ∧ 𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → 𝑠 ∈ ℝ*)
6		simprll 777	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+ ∧ 𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → 𝑟 ∈ ℝ+)
7	6	rpxrd 12433	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+ ∧ 𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → 𝑟 ∈ ℝ*)
8		simprrl 779	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+ ∧ 𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → 𝑠 ≤ 𝑟)
9		ssbl 23033	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ (𝑠 ∈ ℝ* ∧ 𝑟 ∈ ℝ*) ∧ 𝑠 ≤ 𝑟) → (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟))
10	2, 3, 5, 7, 8, 9	syl221anc 1377	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+ ∧ 𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟))
11	1, 10	eqsstrrd 4006	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+ ∧ 𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟))
12		simpllr 774	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+ ∧ 𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋))
13		ssbl 23033	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ (𝑠 ∈ ℝ* ∧ 𝑟 ∈ ℝ*) ∧ 𝑠 ≤ 𝑟) → (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟))
14	12, 3, 5, 7, 8, 13	syl221anc 1377	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+ ∧ 𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟))
15	1, 14	eqsstrd 4005	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+ ∧ 𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟))
16	11, 15	jca 514	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+ ∧ 𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → ((𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟)))
17	16	expr 459	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ (𝑟 ∈ ℝ+ ∧ 𝑠 ∈ ℝ+)) → ((𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)) → ((𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟))))
18	17	anassrs 470	. . . . . . 7 ⊢ (((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑠 ∈ ℝ+) → ((𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)) → ((𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟))))
19	18	reximdva 3274	. . . . . 6 ⊢ ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)) → ∃𝑠 ∈ ℝ+ ((𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟))))
20		r19.40 3346	. . . . . 6 ⊢ (∃𝑠 ∈ ℝ+ ((𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟)) → (∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∧ ∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟)))
21	19, 20	syl6 35	. . . . 5 ⊢ ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)) → (∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∧ ∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟))))
22	21	ralimdva 3177	. . . 4 ⊢ (((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → (∀𝑟 ∈ ℝ+ ∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)) → ∀𝑟 ∈ ℝ+ (∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∧ ∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟))))
23		r19.26 3170	. . . 4 ⊢ (∀𝑟 ∈ ℝ+ (∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∧ ∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟)) ↔ (∀𝑟 ∈ ℝ+ ∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∧ ∀𝑟 ∈ ℝ+ ∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟)))
24	22, 23	syl6ib 253	. . 3 ⊢ (((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → (∀𝑟 ∈ ℝ+ ∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)) → (∀𝑟 ∈ ℝ+ ∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∧ ∀𝑟 ∈ ℝ+ ∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟))))
25	24	ralimdva 3177	. 2 ⊢ ((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) → (∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑟 ∈ ℝ+ ∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)) → ∀𝑥 ∈ 𝑋 (∀𝑟 ∈ ℝ+ ∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∧ ∀𝑟 ∈ ℝ+ ∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟))))
26		metequiv.3	. . 3 ⊢ 𝐽 = (MetOpen‘𝐶)
27		metequiv.4	. . 3 ⊢ 𝐾 = (MetOpen‘𝐷)
28	26, 27	metequiv 23119	. 2 ⊢ ((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) → (𝐽 = 𝐾 ↔ ∀𝑥 ∈ 𝑋 (∀𝑟 ∈ ℝ+ ∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∧ ∀𝑟 ∈ ℝ+ ∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟))))
29	25, 28	sylibrd 261	1 ⊢ ((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) → (∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑟 ∈ ℝ+ ∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑠 ≤ 𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)) → 𝐽 = 𝐾))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 398   = wceq 1537   ∈ wcel 2114  ∀wral 3138  ∃wrex 3139   ⊆ wss 3936   class class class wbr 5066  ‘cfv 6355  (class class class)co 7156  ℝ^*cxr 10674   ≤ cle 10676  ℝ⁺crp 12390  ∞Metcxmet 20530  ballcbl 20532  MetOpencmopn 20535

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2145  ax-11 2161  ax-12 2177  ax-ext 2793  ax-sep 5203  ax-nul 5210  ax-pow 5266  ax-pr 5330  ax-un 7461  ax-cnex 10593  ax-resscn 10594  ax-1cn 10595  ax-icn 10596  ax-addcl 10597  ax-addrcl 10598  ax-mulcl 10599  ax-mulrcl 10600  ax-mulcom 10601  ax-addass 10602  ax-mulass 10603  ax-distr 10604  ax-i2m1 10605  ax-1ne0 10606  ax-1rid 10607  ax-rnegex 10608  ax-rrecex 10609  ax-cnre 10610  ax-pre-lttri 10611  ax-pre-lttrn 10612  ax-pre-ltadd 10613  ax-pre-mulgt0 10614  ax-pre-sup 10615

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 844  df-3or 1084  df-3an 1085  df-tru 1540  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2070  df-mo 2622  df-eu 2654  df-clab 2800  df-cleq 2814  df-clel 2893  df-nfc 2963  df-ne 3017  df-nel 3124  df-ral 3143  df-rex 3144  df-reu 3145  df-rmo 3146  df-rab 3147  df-v 3496  df-sbc 3773  df-csb 3884  df-dif 3939  df-un 3941  df-in 3943  df-ss 3952  df-pss 3954  df-nul 4292  df-if 4468  df-pw 4541  df-sn 4568  df-pr 4570  df-tp 4572  df-op 4574  df-uni 4839  df-iun 4921  df-br 5067  df-opab 5129  df-mpt 5147  df-tr 5173  df-id 5460  df-eprel 5465  df-po 5474  df-so 5475  df-fr 5514  df-we 5516  df-xp 5561  df-rel 5562  df-cnv 5563  df-co 5564  df-dm 5565  df-rn 5566  df-res 5567  df-ima 5568  df-pred 6148  df-ord 6194  df-on 6195  df-lim 6196  df-suc 6197  df-iota 6314  df-fun 6357  df-fn 6358  df-f 6359  df-f1 6360  df-fo 6361  df-f1o 6362  df-fv 6363  df-riota 7114  df-ov 7159  df-oprab 7160  df-mpo 7161  df-om 7581  df-1st 7689  df-2nd 7690  df-wrecs 7947  df-recs 8008  df-rdg 8046  df-er 8289  df-map 8408  df-en 8510  df-dom 8511  df-sdom 8512  df-sup 8906  df-inf 8907  df-pnf 10677  df-mnf 10678  df-xr 10679  df-ltxr 10680  df-le 10681  df-sub 10872  df-neg 10873  df-div 11298  df-nn 11639  df-2 11701  df-n0 11899  df-z 11983  df-uz 12245  df-q 12350  df-rp 12391  df-xneg 12508  df-xadd 12509  df-xmul 12510  df-topgen 16717  df-psmet 20537  df-xmet 20538  df-bl 20540  df-mopn 20541  df-bases 21554

This theorem is referenced by:  stdbdmopn  23128