Theorem metustbl 23628

Description: The "section" image of an entourage at a point 𝑃 always contains a ball (centered on this point). (Contributed by Thierry Arnoux, 8-Dec-2017.)

Assertion

Ref	Expression
metustbl	⊢ ((𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋) ∧ 𝑉 ∈ (metUnif‘𝐷) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) → ∃𝑎 ∈ ran (ball‘𝐷)(𝑃 ∈ 𝑎 ∧ 𝑎 ⊆ (𝑉 “ {𝑃})))

Distinct variable groups:   𝐷,𝑎   𝑃,𝑎   𝑉,𝑎   𝑋,𝑎

Proof of Theorem metustbl

Dummy variables 𝑟 𝑤 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simp1 1134	. . 3 ⊢ ((𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋) ∧ 𝑉 ∈ (metUnif‘𝐷) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) → 𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋))
2		simp3 1136	. . 3 ⊢ ((𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋) ∧ 𝑉 ∈ (metUnif‘𝐷) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) → 𝑃 ∈ 𝑋)
3		simpr 484	. . . . 5 ⊢ ((((𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋) ∧ 𝑉 ∈ (metUnif‘𝐷) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) ∧ 𝑤 ∈ ran (𝑟 ∈ ℝ+ ↦ (◡𝐷 “ (0[,)𝑟)))) ∧ 𝑤 ⊆ 𝑉) → 𝑤 ⊆ 𝑉)
4		eqid 2738	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑟 ∈ ℝ+ ↦ (◡𝐷 “ (0[,)𝑟))) = (𝑟 ∈ ℝ+ ↦ (◡𝐷 “ (0[,)𝑟)))
5	4	elrnmpt 5854	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑤 ∈ V → (𝑤 ∈ ran (𝑟 ∈ ℝ+ ↦ (◡𝐷 “ (0[,)𝑟))) ↔ ∃𝑟 ∈ ℝ+ 𝑤 = (◡𝐷 “ (0[,)𝑟))))
6	5	elv 3428	. . . . . . 7 ⊢ (𝑤 ∈ ran (𝑟 ∈ ℝ+ ↦ (◡𝐷 “ (0[,)𝑟))) ↔ ∃𝑟 ∈ ℝ+ 𝑤 = (◡𝐷 “ (0[,)𝑟)))
7	6	biimpi 215	. . . . . 6 ⊢ (𝑤 ∈ ran (𝑟 ∈ ℝ+ ↦ (◡𝐷 “ (0[,)𝑟))) → ∃𝑟 ∈ ℝ+ 𝑤 = (◡𝐷 “ (0[,)𝑟)))
8	7	ad2antlr 723	. . . . 5 ⊢ ((((𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋) ∧ 𝑉 ∈ (metUnif‘𝐷) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) ∧ 𝑤 ∈ ran (𝑟 ∈ ℝ+ ↦ (◡𝐷 “ (0[,)𝑟)))) ∧ 𝑤 ⊆ 𝑉) → ∃𝑟 ∈ ℝ+ 𝑤 = (◡𝐷 “ (0[,)𝑟)))
9		sseq1 3942	. . . . . . 7 ⊢ (𝑤 = (◡𝐷 “ (0[,)𝑟)) → (𝑤 ⊆ 𝑉 ↔ (◡𝐷 “ (0[,)𝑟)) ⊆ 𝑉))
10	9	biimpcd 248	. . . . . 6 ⊢ (𝑤 ⊆ 𝑉 → (𝑤 = (◡𝐷 “ (0[,)𝑟)) → (◡𝐷 “ (0[,)𝑟)) ⊆ 𝑉))
11	10	reximdv 3201	. . . . 5 ⊢ (𝑤 ⊆ 𝑉 → (∃𝑟 ∈ ℝ+ 𝑤 = (◡𝐷 “ (0[,)𝑟)) → ∃𝑟 ∈ ℝ+ (◡𝐷 “ (0[,)𝑟)) ⊆ 𝑉))
12	3, 8, 11	sylc 65	. . . 4 ⊢ ((((𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋) ∧ 𝑉 ∈ (metUnif‘𝐷) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) ∧ 𝑤 ∈ ran (𝑟 ∈ ℝ+ ↦ (◡𝐷 “ (0[,)𝑟)))) ∧ 𝑤 ⊆ 𝑉) → ∃𝑟 ∈ ℝ+ (◡𝐷 “ (0[,)𝑟)) ⊆ 𝑉)
13	2	ne0d 4266	. . . . 5 ⊢ ((𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋) ∧ 𝑉 ∈ (metUnif‘𝐷) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) → 𝑋 ≠ ∅)
14		simp2 1135	. . . . 5 ⊢ ((𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋) ∧ 𝑉 ∈ (metUnif‘𝐷) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) → 𝑉 ∈ (metUnif‘𝐷))
15		metuel 23626	. . . . . 6 ⊢ ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋)) → (𝑉 ∈ (metUnif‘𝐷) ↔ (𝑉 ⊆ (𝑋 × 𝑋) ∧ ∃𝑤 ∈ ran (𝑟 ∈ ℝ+ ↦ (◡𝐷 “ (0[,)𝑟)))𝑤 ⊆ 𝑉)))
16	15	simplbda 499	. . . . 5 ⊢ (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋)) ∧ 𝑉 ∈ (metUnif‘𝐷)) → ∃𝑤 ∈ ran (𝑟 ∈ ℝ+ ↦ (◡𝐷 “ (0[,)𝑟)))𝑤 ⊆ 𝑉)
17	13, 1, 14, 16	syl21anc 834	. . . 4 ⊢ ((𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋) ∧ 𝑉 ∈ (metUnif‘𝐷) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) → ∃𝑤 ∈ ran (𝑟 ∈ ℝ+ ↦ (◡𝐷 “ (0[,)𝑟)))𝑤 ⊆ 𝑉)
18	12, 17	r19.29a 3217	. . 3 ⊢ ((𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋) ∧ 𝑉 ∈ (metUnif‘𝐷) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) → ∃𝑟 ∈ ℝ+ (◡𝐷 “ (0[,)𝑟)) ⊆ 𝑉)
19		imass1 5998	. . . . . 6 ⊢ ((◡𝐷 “ (0[,)𝑟)) ⊆ 𝑉 → ((◡𝐷 “ (0[,)𝑟)) “ {𝑃}) ⊆ (𝑉 “ {𝑃}))
20	19	reximi 3174	. . . . 5 ⊢ (∃𝑟 ∈ ℝ+ (◡𝐷 “ (0[,)𝑟)) ⊆ 𝑉 → ∃𝑟 ∈ ℝ+ ((◡𝐷 “ (0[,)𝑟)) “ {𝑃}) ⊆ (𝑉 “ {𝑃}))
21		blval2 23624	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑃(ball‘𝐷)𝑟) = ((◡𝐷 “ (0[,)𝑟)) “ {𝑃}))
22	21	sseq1d 3948	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑃(ball‘𝐷)𝑟) ⊆ (𝑉 “ {𝑃}) ↔ ((◡𝐷 “ (0[,)𝑟)) “ {𝑃}) ⊆ (𝑉 “ {𝑃})))
23	22	3expa 1116	. . . . . 6 ⊢ (((𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑃(ball‘𝐷)𝑟) ⊆ (𝑉 “ {𝑃}) ↔ ((◡𝐷 “ (0[,)𝑟)) “ {𝑃}) ⊆ (𝑉 “ {𝑃})))
24	23	rexbidva 3224	. . . . 5 ⊢ ((𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) → (∃𝑟 ∈ ℝ+ (𝑃(ball‘𝐷)𝑟) ⊆ (𝑉 “ {𝑃}) ↔ ∃𝑟 ∈ ℝ+ ((◡𝐷 “ (0[,)𝑟)) “ {𝑃}) ⊆ (𝑉 “ {𝑃})))
25	20, 24	syl5ibr 245	. . . 4 ⊢ ((𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) → (∃𝑟 ∈ ℝ+ (◡𝐷 “ (0[,)𝑟)) ⊆ 𝑉 → ∃𝑟 ∈ ℝ+ (𝑃(ball‘𝐷)𝑟) ⊆ (𝑉 “ {𝑃})))
26	25	imp 406	. . 3 ⊢ (((𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) ∧ ∃𝑟 ∈ ℝ+ (◡𝐷 “ (0[,)𝑟)) ⊆ 𝑉) → ∃𝑟 ∈ ℝ+ (𝑃(ball‘𝐷)𝑟) ⊆ (𝑉 “ {𝑃}))
27	1, 2, 18, 26	syl21anc 834	. 2 ⊢ ((𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋) ∧ 𝑉 ∈ (metUnif‘𝐷) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) → ∃𝑟 ∈ ℝ+ (𝑃(ball‘𝐷)𝑟) ⊆ (𝑉 “ {𝑃}))
28		blssexps 23487	. . 3 ⊢ ((𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) → (∃𝑎 ∈ ran (ball‘𝐷)(𝑃 ∈ 𝑎 ∧ 𝑎 ⊆ (𝑉 “ {𝑃})) ↔ ∃𝑟 ∈ ℝ+ (𝑃(ball‘𝐷)𝑟) ⊆ (𝑉 “ {𝑃})))
29	28	3adant2 1129	. 2 ⊢ ((𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋) ∧ 𝑉 ∈ (metUnif‘𝐷) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) → (∃𝑎 ∈ ran (ball‘𝐷)(𝑃 ∈ 𝑎 ∧ 𝑎 ⊆ (𝑉 “ {𝑃})) ↔ ∃𝑟 ∈ ℝ+ (𝑃(ball‘𝐷)𝑟) ⊆ (𝑉 “ {𝑃})))
30	27, 29	mpbird 256	1 ⊢ ((𝐷 ∈ (PsMet‘𝑋) ∧ 𝑉 ∈ (metUnif‘𝐷) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋) → ∃𝑎 ∈ ran (ball‘𝐷)(𝑃 ∈ 𝑎 ∧ 𝑎 ⊆ (𝑉 “ {𝑃})))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 395   ∧ w3a 1085   = wceq 1539   ∈ wcel 2108   ≠ wne 2942  ∃wrex 3064  Vcvv 3422   ⊆ wss 3883  ∅c0 4253  {csn 4558   ↦ cmpt 5153   × cxp 5578  ^◡ccnv 5579  ran crn 5581   “ cima 5583  ‘cfv 6418  (class class class)co 7255  0cc0 10802  ℝ⁺crp 12659  [,)cico 13010  PsMetcpsmet 20494  ballcbl 20497  metUnifcmetu 20501

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1799  ax-4 1813  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2139  ax-11 2156  ax-12 2173  ax-ext 2709  ax-sep 5218  ax-nul 5225  ax-pow 5283  ax-pr 5347  ax-un 7566  ax-cnex 10858  ax-resscn 10859  ax-1cn 10860  ax-icn 10861  ax-addcl 10862  ax-addrcl 10863  ax-mulcl 10864  ax-mulrcl 10865  ax-mulcom 10866  ax-addass 10867  ax-mulass 10868  ax-distr 10869  ax-i2m1 10870  ax-1ne0 10871  ax-1rid 10872  ax-rnegex 10873  ax-rrecex 10874  ax-cnre 10875  ax-pre-lttri 10876  ax-pre-lttrn 10877  ax-pre-ltadd 10878  ax-pre-mulgt0 10879  ax-pre-sup 10880

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 844  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1784  df-nf 1788  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2817  df-nfc 2888  df-ne 2943  df-nel 3049  df-ral 3068  df-rex 3069  df-reu 3070  df-rmo 3071  df-rab 3072  df-v 3424  df-sbc 3712  df-csb 3829  df-dif 3886  df-un 3888  df-in 3890  df-ss 3900  df-pss 3902  df-nul 4254  df-if 4457  df-pw 4532  df-sn 4559  df-pr 4561  df-tp 4563  df-op 4565  df-uni 4837  df-iun 4923  df-br 5071  df-opab 5133  df-mpt 5154  df-tr 5188  df-id 5480  df-eprel 5486  df-po 5494  df-so 5495  df-fr 5535  df-we 5537  df-xp 5586  df-rel 5587  df-cnv 5588  df-co 5589  df-dm 5590  df-rn 5591  df-res 5592  df-ima 5593  df-pred 6191  df-ord 6254  df-on 6255  df-lim 6256  df-suc 6257  df-iota 6376  df-fun 6420  df-fn 6421  df-f 6422  df-f1 6423  df-fo 6424  df-f1o 6425  df-fv 6426  df-riota 7212  df-ov 7258  df-oprab 7259  df-mpo 7260  df-om 7688  df-1st 7804  df-2nd 7805  df-frecs 8068  df-wrecs 8099  df-recs 8173  df-rdg 8212  df-er 8456  df-map 8575  df-en 8692  df-dom 8693  df-sdom 8694  df-sup 9131  df-inf 9132  df-pnf 10942  df-mnf 10943  df-xr 10944  df-ltxr 10945  df-le 10946  df-sub 11137  df-neg 11138  df-div 11563  df-nn 11904  df-2 11966  df-n0 12164  df-z 12250  df-uz 12512  df-q 12618  df-rp 12660  df-xneg 12777  df-xadd 12778  df-xmul 12779  df-ico 13014  df-psmet 20502  df-bl 20505  df-fbas 20507  df-fg 20508  df-metu 20509

This theorem is referenced by:  psmetutop  23629