MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  metequiv2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem metequiv2 23106
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)) → (∀𝑥𝑋𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+ (𝑠𝑟 ∧ (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
StepHypRef Expression
1 simprrr 781 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠))
2 simplll 774 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → 𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋))
3 simplr 768 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → 𝑥𝑋)
4 simprlr 779 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → 𝑠 ∈ ℝ+)
54rpxrd 12418 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → 𝑠 ∈ ℝ*)
6 simprll 778 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → 𝑟 ∈ ℝ+)
76rpxrd 12418 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → 𝑟 ∈ ℝ*)
8 simprrl 780 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → 𝑠𝑟)
9 ssbl 23019 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑥𝑋) ∧ (𝑠 ∈ ℝ*𝑟 ∈ ℝ*) ∧ 𝑠𝑟) → (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟))
102, 3, 5, 7, 8, 9syl221anc 1378 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟))
111, 10eqsstrrd 3990 . . . . . . . . . 10 ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟))
12 simpllr 775 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋))
13 ssbl 23019 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑥𝑋) ∧ (𝑠 ∈ ℝ*𝑟 ∈ ℝ*) ∧ 𝑠𝑟) → (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟))
1412, 3, 5, 7, 8, 13syl221anc 1378 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟))
151, 14eqsstrd 3989 . . . . . . . . . 10 ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟))
1611, 15jca 515 . . . . . . . . 9 ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑋) ∧ ((𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+) ∧ (𝑠𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)))) → ((𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟)))
1716expr 460 . . . . . . . 8 ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑋) ∧ (𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+)) → ((𝑠𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)) → ((𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟))))
1817anassrs 471 . . . . . . 7 (((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑋) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ 𝑠 ∈ ℝ+) → ((𝑠𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)) → ((𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟))))
1918reximdva 3266 . . . . . 6 ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑋) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑠𝑟 ∧ (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 3337 . . . . . 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)))
2119, 20syl6 35 . . . . 5 ((((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑋) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (∃𝑠 ∈ ℝ+ (𝑠𝑟 ∧ (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))))
2221ralimdva 3171 . . . 4 (((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑋) → (∀𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+ (𝑠𝑟 ∧ (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 3164 . . . 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)))
2422, 23syl6ib 254 . . 3 (((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑋) → (∀𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+ (𝑠𝑟 ∧ (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))))
2524ralimdva 3171 . 2 ((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) → (∀𝑥𝑋𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+ (𝑠𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)) → ∀𝑥𝑋 (∀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)
2826, 27metequiv 23105 . 2 ((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) → (𝐽 = 𝐾 ↔ ∀𝑥𝑋 (∀𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘𝐷)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐶)𝑟) ∧ ∀𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) ⊆ (𝑥(ball‘𝐷)𝑟))))
2925, 28sylibrd 262 1 ((𝐶 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋)) → (∀𝑥𝑋𝑟 ∈ ℝ+𝑠 ∈ ℝ+ (𝑠𝑟 ∧ (𝑥(ball‘𝐶)𝑠) = (𝑥(ball‘𝐷)𝑠)) → 𝐽 = 𝐾))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 399   = wceq 1538  wcel 2115  wral 3132  wrex 3133  wss 3918   class class class wbr 5047  cfv 6336  (class class class)co 7138  *cxr 10659  cle 10661  +crp 12375  ∞Metcxmet 20516  ballcbl 20518  MetOpencmopn 20521
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1971  ax-7 2016  ax-8 2117  ax-9 2125  ax-10 2146  ax-11 2162  ax-12 2179  ax-ext 2796  ax-sep 5184  ax-nul 5191  ax-pow 5247  ax-pr 5311  ax-un 7444  ax-cnex 10578  ax-resscn 10579  ax-1cn 10580  ax-icn 10581  ax-addcl 10582  ax-addrcl 10583  ax-mulcl 10584  ax-mulrcl 10585  ax-mulcom 10586  ax-addass 10587  ax-mulass 10588  ax-distr 10589  ax-i2m1 10590  ax-1ne0 10591  ax-1rid 10592  ax-rnegex 10593  ax-rrecex 10594  ax-cnre 10595  ax-pre-lttri 10596  ax-pre-lttrn 10597  ax-pre-ltadd 10598  ax-pre-mulgt0 10599  ax-pre-sup 10600
This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2071  df-mo 2624  df-eu 2655  df-clab 2803  df-cleq 2817  df-clel 2896  df-nfc 2964  df-ne 3014  df-nel 3118  df-ral 3137  df-rex 3138  df-reu 3139  df-rmo 3140  df-rab 3141  df-v 3481  df-sbc 3758  df-csb 3866  df-dif 3921  df-un 3923  df-in 3925  df-ss 3935  df-pss 3937  df-nul 4275  df-if 4449  df-pw 4522  df-sn 4549  df-pr 4551  df-tp 4553  df-op 4555  df-uni 4820  df-iun 4902  df-br 5048  df-opab 5110  df-mpt 5128  df-tr 5154  df-id 5441  df-eprel 5446  df-po 5455  df-so 5456  df-fr 5495  df-we 5497  df-xp 5542  df-rel 5543  df-cnv 5544  df-co 5545  df-dm 5546  df-rn 5547  df-res 5548  df-ima 5549  df-pred 6129  df-ord 6175  df-on 6176  df-lim 6177  df-suc 6178  df-iota 6295  df-fun 6338  df-fn 6339  df-f 6340  df-f1 6341  df-fo 6342  df-f1o 6343  df-fv 6344  df-riota 7096  df-ov 7141  df-oprab 7142  df-mpo 7143  df-om 7564  df-1st 7672  df-2nd 7673  df-wrecs 7930  df-recs 7991  df-rdg 8029  df-er 8272  df-map 8391  df-en 8493  df-dom 8494  df-sdom 8495  df-sup 8890  df-inf 8891  df-pnf 10662  df-mnf 10663  df-xr 10664  df-ltxr 10665  df-le 10666  df-sub 10857  df-neg 10858  df-div 11283  df-nn 11624  df-2 11686  df-n0 11884  df-z 11968  df-uz 12230  df-q 12335  df-rp 12376  df-xneg 12493  df-xadd 12494  df-xmul 12495  df-topgen 16706  df-psmet 20523  df-xmet 20524  df-bl 20526  df-mopn 20527  df-bases 21540
This theorem is referenced by:  stdbdmopn  23114
  Copyright terms: Public domain W3C validator