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

Theorem methaus 23131
 Description: The topology generated by a metric space is Hausdorff. (Contributed by Mario Carneiro, 21-Mar-2015.) (Revised by Mario Carneiro, 26-Aug-2015.)
Hypothesis
Ref Expression
methaus.1 𝐽 = (MetOpen‘𝐷)
Assertion
Ref Expression
methaus (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝐽 ∈ Haus)

Proof of Theorem methaus
Dummy variables 𝑛 𝑑 𝑥 𝑦 𝑚 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 methaus.1 . . 3 𝐽 = (MetOpen‘𝐷)
21mopnex 23130 . 2 (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → ∃𝑑 ∈ (Met‘𝑋)𝐽 = (MetOpen‘𝑑))
3 metxmet 22945 . . . . . . . . . 10 (𝑑 ∈ (Met‘𝑋) → 𝑑 ∈ (∞Met‘𝑋))
43ad2antrr 725 . . . . . . . . 9 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → 𝑑 ∈ (∞Met‘𝑋))
5 simplrl 776 . . . . . . . . 9 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → 𝑥𝑋)
6 metcl 22943 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ 𝑥𝑋𝑦𝑋) → (𝑥𝑑𝑦) ∈ ℝ)
763expb 1117 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) → (𝑥𝑑𝑦) ∈ ℝ)
87adantr 484 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → (𝑥𝑑𝑦) ∈ ℝ)
9 metgt0 22970 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ 𝑥𝑋𝑦𝑋) → (𝑥𝑦 ↔ 0 < (𝑥𝑑𝑦)))
1093expb 1117 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) → (𝑥𝑦 ↔ 0 < (𝑥𝑑𝑦)))
1110biimpa 480 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → 0 < (𝑥𝑑𝑦))
128, 11elrpd 12420 . . . . . . . . . . 11 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → (𝑥𝑑𝑦) ∈ ℝ+)
1312rphalfcld 12435 . . . . . . . . . 10 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → ((𝑥𝑑𝑦) / 2) ∈ ℝ+)
1413rpxrd 12424 . . . . . . . . 9 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → ((𝑥𝑑𝑦) / 2) ∈ ℝ*)
15 eqid 2801 . . . . . . . . . 10 (MetOpen‘𝑑) = (MetOpen‘𝑑)
1615blopn 23111 . . . . . . . . 9 ((𝑑 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑥𝑋 ∧ ((𝑥𝑑𝑦) / 2) ∈ ℝ*) → (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∈ (MetOpen‘𝑑))
174, 5, 14, 16syl3anc 1368 . . . . . . . 8 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∈ (MetOpen‘𝑑))
18 simplrr 777 . . . . . . . . 9 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → 𝑦𝑋)
1915blopn 23111 . . . . . . . . 9 ((𝑑 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑦𝑋 ∧ ((𝑥𝑑𝑦) / 2) ∈ ℝ*) → (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∈ (MetOpen‘𝑑))
204, 18, 14, 19syl3anc 1368 . . . . . . . 8 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∈ (MetOpen‘𝑑))
21 blcntr 23024 . . . . . . . . 9 ((𝑑 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑥𝑋 ∧ ((𝑥𝑑𝑦) / 2) ∈ ℝ+) → 𝑥 ∈ (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)))
224, 5, 13, 21syl3anc 1368 . . . . . . . 8 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → 𝑥 ∈ (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)))
23 blcntr 23024 . . . . . . . . 9 ((𝑑 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑦𝑋 ∧ ((𝑥𝑑𝑦) / 2) ∈ ℝ+) → 𝑦 ∈ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)))
244, 18, 13, 23syl3anc 1368 . . . . . . . 8 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → 𝑦 ∈ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)))
2513rpred 12423 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → ((𝑥𝑑𝑦) / 2) ∈ ℝ)
2625, 25rexaddd 12619 . . . . . . . . . . 11 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → (((𝑥𝑑𝑦) / 2) +𝑒 ((𝑥𝑑𝑦) / 2)) = (((𝑥𝑑𝑦) / 2) + ((𝑥𝑑𝑦) / 2)))
278recnd 10662 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → (𝑥𝑑𝑦) ∈ ℂ)
28272halvesd 11875 . . . . . . . . . . 11 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → (((𝑥𝑑𝑦) / 2) + ((𝑥𝑑𝑦) / 2)) = (𝑥𝑑𝑦))
2926, 28eqtrd 2836 . . . . . . . . . 10 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → (((𝑥𝑑𝑦) / 2) +𝑒 ((𝑥𝑑𝑦) / 2)) = (𝑥𝑑𝑦))
308leidd 11199 . . . . . . . . . 10 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → (𝑥𝑑𝑦) ≤ (𝑥𝑑𝑦))
3129, 30eqbrtrd 5055 . . . . . . . . 9 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → (((𝑥𝑑𝑦) / 2) +𝑒 ((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ≤ (𝑥𝑑𝑦))
32 bldisj 23009 . . . . . . . . 9 (((𝑑 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑥𝑋𝑦𝑋) ∧ (((𝑥𝑑𝑦) / 2) ∈ ℝ* ∧ ((𝑥𝑑𝑦) / 2) ∈ ℝ* ∧ (((𝑥𝑑𝑦) / 2) +𝑒 ((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ≤ (𝑥𝑑𝑦))) → ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2))) = ∅)
334, 5, 18, 14, 14, 31, 32syl33anc 1382 . . . . . . . 8 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2))) = ∅)
34 eleq2 2881 . . . . . . . . . 10 (𝑚 = (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) → (𝑥𝑚𝑥 ∈ (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2))))
35 ineq1 4134 . . . . . . . . . . 11 (𝑚 = (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) → (𝑚𝑛) = ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ 𝑛))
3635eqeq1d 2803 . . . . . . . . . 10 (𝑚 = (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) → ((𝑚𝑛) = ∅ ↔ ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ 𝑛) = ∅))
3734, 363anbi13d 1435 . . . . . . . . 9 (𝑚 = (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) → ((𝑥𝑚𝑦𝑛 ∧ (𝑚𝑛) = ∅) ↔ (𝑥 ∈ (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∧ 𝑦𝑛 ∧ ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ 𝑛) = ∅)))
38 eleq2 2881 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) → (𝑦𝑛𝑦 ∈ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2))))
39 ineq2 4136 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 = (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) → ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ 𝑛) = ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2))))
4039eqeq1d 2803 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) → (((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ 𝑛) = ∅ ↔ ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2))) = ∅))
4138, 403anbi23d 1436 . . . . . . . . 9 (𝑛 = (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) → ((𝑥 ∈ (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∧ 𝑦𝑛 ∧ ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ 𝑛) = ∅) ↔ (𝑥 ∈ (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∧ 𝑦 ∈ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∧ ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2))) = ∅)))
4237, 41rspc2ev 3586 . . . . . . . 8 (((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∈ (MetOpen‘𝑑) ∧ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∈ (MetOpen‘𝑑) ∧ (𝑥 ∈ (𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∧ 𝑦 ∈ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∧ ((𝑥(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2)) ∩ (𝑦(ball‘𝑑)((𝑥𝑑𝑦) / 2))) = ∅)) → ∃𝑚 ∈ (MetOpen‘𝑑)∃𝑛 ∈ (MetOpen‘𝑑)(𝑥𝑚𝑦𝑛 ∧ (𝑚𝑛) = ∅))
4317, 20, 22, 24, 33, 42syl113anc 1379 . . . . . . 7 (((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) ∧ 𝑥𝑦) → ∃𝑚 ∈ (MetOpen‘𝑑)∃𝑛 ∈ (MetOpen‘𝑑)(𝑥𝑚𝑦𝑛 ∧ (𝑚𝑛) = ∅))
4443ex 416 . . . . . 6 ((𝑑 ∈ (Met‘𝑋) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) → (𝑥𝑦 → ∃𝑚 ∈ (MetOpen‘𝑑)∃𝑛 ∈ (MetOpen‘𝑑)(𝑥𝑚𝑦𝑛 ∧ (𝑚𝑛) = ∅)))
4544ralrimivva 3159 . . . . 5 (𝑑 ∈ (Met‘𝑋) → ∀𝑥𝑋𝑦𝑋 (𝑥𝑦 → ∃𝑚 ∈ (MetOpen‘𝑑)∃𝑛 ∈ (MetOpen‘𝑑)(𝑥𝑚𝑦𝑛 ∧ (𝑚𝑛) = ∅)))
4615mopntopon 23050 . . . . . 6 (𝑑 ∈ (∞Met‘𝑋) → (MetOpen‘𝑑) ∈ (TopOn‘𝑋))
47 ishaus2 21960 . . . . . 6 ((MetOpen‘𝑑) ∈ (TopOn‘𝑋) → ((MetOpen‘𝑑) ∈ Haus ↔ ∀𝑥𝑋𝑦𝑋 (𝑥𝑦 → ∃𝑚 ∈ (MetOpen‘𝑑)∃𝑛 ∈ (MetOpen‘𝑑)(𝑥𝑚𝑦𝑛 ∧ (𝑚𝑛) = ∅))))
483, 46, 473syl 18 . . . . 5 (𝑑 ∈ (Met‘𝑋) → ((MetOpen‘𝑑) ∈ Haus ↔ ∀𝑥𝑋𝑦𝑋 (𝑥𝑦 → ∃𝑚 ∈ (MetOpen‘𝑑)∃𝑛 ∈ (MetOpen‘𝑑)(𝑥𝑚𝑦𝑛 ∧ (𝑚𝑛) = ∅))))
4945, 48mpbird 260 . . . 4 (𝑑 ∈ (Met‘𝑋) → (MetOpen‘𝑑) ∈ Haus)
50 eleq1 2880 . . . 4 (𝐽 = (MetOpen‘𝑑) → (𝐽 ∈ Haus ↔ (MetOpen‘𝑑) ∈ Haus))
5149, 50syl5ibrcom 250 . . 3 (𝑑 ∈ (Met‘𝑋) → (𝐽 = (MetOpen‘𝑑) → 𝐽 ∈ Haus))
5251rexlimiv 3242 . 2 (∃𝑑 ∈ (Met‘𝑋)𝐽 = (MetOpen‘𝑑) → 𝐽 ∈ Haus)
532, 52syl 17 1 (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝐽 ∈ Haus)
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 399   ∧ w3a 1084   = wceq 1538   ∈ wcel 2112   ≠ wne 2990  ∀wral 3109  ∃wrex 3110   ∩ cin 3883  ∅c0 4246   class class class wbr 5033  ‘cfv 6328  (class class class)co 7139  ℝcr 10529  0cc0 10530   + caddc 10533  ℝ*cxr 10667   < clt 10668   ≤ cle 10669   / cdiv 11290  2c2 11684  ℝ+crp 12381   +𝑒 cxad 12497  ∞Metcxmet 20080  Metcmet 20081  ballcbl 20082  MetOpencmopn 20085  TopOnctopon 21519  Hauscha 21917 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 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2114  ax-9 2122  ax-10 2143  ax-11 2159  ax-12 2176  ax-ext 2773  ax-sep 5170  ax-nul 5177  ax-pow 5234  ax-pr 5298  ax-un 7445  ax-cnex 10586  ax-resscn 10587  ax-1cn 10588  ax-icn 10589  ax-addcl 10590  ax-addrcl 10591  ax-mulcl 10592  ax-mulrcl 10593  ax-mulcom 10594  ax-addass 10595  ax-mulass 10596  ax-distr 10597  ax-i2m1 10598  ax-1ne0 10599  ax-1rid 10600  ax-rnegex 10601  ax-rrecex 10602  ax-cnre 10603  ax-pre-lttri 10604  ax-pre-lttrn 10605  ax-pre-ltadd 10606  ax-pre-mulgt0 10607  ax-pre-sup 10608 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 2070  df-mo 2601  df-eu 2632  df-clab 2780  df-cleq 2794  df-clel 2873  df-nfc 2941  df-ne 2991  df-nel 3095  df-ral 3114  df-rex 3115  df-reu 3116  df-rmo 3117  df-rab 3118  df-v 3446  df-sbc 3724  df-csb 3832  df-dif 3887  df-un 3889  df-in 3891  df-ss 3901  df-pss 3903  df-nul 4247  df-if 4429  df-pw 4502  df-sn 4529  df-pr 4531  df-tp 4533  df-op 4535  df-uni 4804  df-iun 4886  df-br 5034  df-opab 5096  df-mpt 5114  df-tr 5140  df-id 5428  df-eprel 5433  df-po 5442  df-so 5443  df-fr 5482  df-we 5484  df-xp 5529  df-rel 5530  df-cnv 5531  df-co 5532  df-dm 5533  df-rn 5534  df-res 5535  df-ima 5536  df-pred 6120  df-ord 6166  df-on 6167  df-lim 6168  df-suc 6169  df-iota 6287  df-fun 6330  df-fn 6331  df-f 6332  df-f1 6333  df-fo 6334  df-f1o 6335  df-fv 6336  df-riota 7097  df-ov 7142  df-oprab 7143  df-mpo 7144  df-om 7565  df-1st 7675  df-2nd 7676  df-wrecs 7934  df-recs 7995  df-rdg 8033  df-er 8276  df-map 8395  df-en 8497  df-dom 8498  df-sdom 8499  df-sup 8894  df-inf 8895  df-pnf 10670  df-mnf 10671  df-xr 10672  df-ltxr 10673  df-le 10674  df-sub 10865  df-neg 10866  df-div 11291  df-nn 11630  df-2 11692  df-n0 11890  df-z 11974  df-uz 12236  df-q 12341  df-rp 12382  df-xneg 12499  df-xadd 12500  df-xmul 12501  df-icc 12737  df-topgen 16713  df-psmet 20087  df-xmet 20088  df-met 20089  df-bl 20090  df-mopn 20091  df-top 21503  df-topon 21520  df-bases 21555  df-haus 21924 This theorem is referenced by:  cnfldhaus  23394  rehaus  23408  metreg  23472  lmcau  23921  metsscmetcld  23923  minveclem4a  24038  minvecolem4a  28664  minvecolem4b  28665  minvecolem4  28667  hlimf  29024  hmopidmchi  29938  rrhcn  31352  rrexthaus  31362  sitmcl  31723  heiborlem9  35256  bfplem1  35259
 Copyright terms: Public domain W3C validator