Users' Mathboxes Mathbox for Jeff Hankins < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  opnrebl2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem opnrebl2 32653
Description: A set is open in the standard topology of the reals precisely when every point can be enclosed in an arbitrarily small ball. (Contributed by Jeff Hankins, 22-Sep-2013.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 30-Jan-2014.)
Assertion
Ref Expression
opnrebl2 (𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ↔ (𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
Distinct variable group:   𝑥,𝑦,𝑧,𝐴

Proof of Theorem opnrebl2
StepHypRef Expression
1 eqid 2771 . . . . 5 ((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)) = ((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ))
21rexmet 22814 . . . 4 ((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)) ∈ (∞Met‘ℝ)
3 eqid 2771 . . . . . 6 (MetOpen‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ))) = (MetOpen‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))
41, 3tgioo 22819 . . . . 5 (topGen‘ran (,)) = (MetOpen‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))
54mopnss 22471 . . . 4 ((((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)) ∈ (∞Met‘ℝ) ∧ 𝐴 ∈ (topGen‘ran (,))) → 𝐴 ⊆ ℝ)
62, 5mpan 670 . . 3 (𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) → 𝐴 ⊆ ℝ)
74mopni3 22519 . . . . . . . 8 (((((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)) ∈ (∞Met‘ℝ) ∧ 𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ∧ 𝑥𝐴) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴))
87ex 397 . . . . . . 7 ((((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)) ∈ (∞Met‘ℝ) ∧ 𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ∧ 𝑥𝐴) → (𝑦 ∈ ℝ+ → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴)))
92, 8mp3an1 1559 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ∧ 𝑥𝐴) → (𝑦 ∈ ℝ+ → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴)))
106sselda 3752 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ∧ 𝑥𝐴) → 𝑥 ∈ ℝ)
11 rpre 12042 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑧 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ)
121bl2ioo 22815 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ∈ ℝ) → (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) = ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)))
1311, 12sylan2 580 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) = ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)))
1413sseq1d 3781 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → ((𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴 ↔ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴))
1514anbi2d 614 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → ((𝑧 < 𝑦 ∧ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴) ↔ (𝑧 < 𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
1615rexbidva 3197 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ → (∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴) ↔ ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
1716biimpd 219 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ → (∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
18 rpre 12042 . . . . . . . . . . 11 (𝑦 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ℝ)
19 ltle 10328 . . . . . . . . . . 11 ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (𝑧 < 𝑦𝑧𝑦))
2011, 18, 19syl2anr 584 . . . . . . . . . 10 ((𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+) → (𝑧 < 𝑦𝑧𝑦))
2120anim1d 598 . . . . . . . . 9 ((𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+) → ((𝑧 < 𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
2221reximdva 3165 . . . . . . . 8 (𝑦 ∈ ℝ+ → (∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
2317, 22syl9 77 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ → (𝑦 ∈ ℝ+ → (∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴))))
2410, 23syl 17 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ∧ 𝑥𝐴) → (𝑦 ∈ ℝ+ → (∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴))))
259, 24mpdd 43 . . . . 5 ((𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ∧ 𝑥𝐴) → (𝑦 ∈ ℝ+ → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
2625expimpd 441 . . . 4 (𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) → ((𝑥𝐴𝑦 ∈ ℝ+) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
2726ralrimivv 3119 . . 3 (𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) → ∀𝑥𝐴𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴))
286, 27jca 501 . 2 (𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) → (𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
29 ssel2 3747 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥𝐴) → 𝑥 ∈ ℝ)
30 1rp 12039 . . . . . . . 8 1 ∈ ℝ+
31 simpr 471 . . . . . . . . . 10 ((𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)
3231reximi 3159 . . . . . . . . 9 (∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)
3332ralimi 3101 . . . . . . . 8 (∀𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → ∀𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)
34 biidd 252 . . . . . . . . 9 (𝑦 = 1 → (∃𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴 ↔ ∃𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴))
3534rspcv 3456 . . . . . . . 8 (1 ∈ ℝ+ → (∀𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴 → ∃𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴))
3630, 33, 35mpsyl 68 . . . . . . 7 (∀𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)
3714rexbidva 3197 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ → (∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴 ↔ ∃𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴))
3836, 37syl5ibr 236 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ → (∀𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴))
3929, 38syl 17 . . . . 5 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥𝐴) → (∀𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴))
4039ralimdva 3111 . . . 4 (𝐴 ⊆ ℝ → (∀𝑥𝐴𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → ∀𝑥𝐴𝑧 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴))
4140imdistani 558 . . 3 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)) → (𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑧 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴))
424elmopn2 22470 . . . 4 (((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)) ∈ (∞Met‘ℝ) → (𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ↔ (𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑧 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴)))
432, 42ax-mp 5 . . 3 (𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ↔ (𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑧 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴))
4441, 43sylibr 224 . 2 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)) → 𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)))
4528, 44impbii 199 1 (𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ↔ (𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 382  w3a 1071   = wceq 1631  wcel 2145  wral 3061  wrex 3062  wss 3723   class class class wbr 4786   × cxp 5247  ran crn 5250  cres 5251  ccom 5253  cfv 6031  (class class class)co 6793  cr 10137  1c1 10139   + caddc 10141   < clt 10276  cle 10277  cmin 10468  +crp 12035  (,)cioo 12380  abscabs 14182  topGenctg 16306  ∞Metcxmt 19946  ballcbl 19948  MetOpencmopn 19951
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1870  ax-4 1885  ax-5 1991  ax-6 2057  ax-7 2093  ax-8 2147  ax-9 2154  ax-10 2174  ax-11 2190  ax-12 2203  ax-13 2408  ax-ext 2751  ax-sep 4915  ax-nul 4923  ax-pow 4974  ax-pr 5034  ax-un 7096  ax-cnex 10194  ax-resscn 10195  ax-1cn 10196  ax-icn 10197  ax-addcl 10198  ax-addrcl 10199  ax-mulcl 10200  ax-mulrcl 10201  ax-mulcom 10202  ax-addass 10203  ax-mulass 10204  ax-distr 10205  ax-i2m1 10206  ax-1ne0 10207  ax-1rid 10208  ax-rnegex 10209  ax-rrecex 10210  ax-cnre 10211  ax-pre-lttri 10212  ax-pre-lttrn 10213  ax-pre-ltadd 10214  ax-pre-mulgt0 10215  ax-pre-sup 10216
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-an 383  df-or 837  df-3or 1072  df-3an 1073  df-tru 1634  df-ex 1853  df-nf 1858  df-sb 2050  df-eu 2622  df-mo 2623  df-clab 2758  df-cleq 2764  df-clel 2767  df-nfc 2902  df-ne 2944  df-nel 3047  df-ral 3066  df-rex 3067  df-reu 3068  df-rmo 3069  df-rab 3070  df-v 3353  df-sbc 3588  df-csb 3683  df-dif 3726  df-un 3728  df-in 3730  df-ss 3737  df-pss 3739  df-nul 4064  df-if 4226  df-pw 4299  df-sn 4317  df-pr 4319  df-tp 4321  df-op 4323  df-uni 4575  df-iun 4656  df-br 4787  df-opab 4847  df-mpt 4864  df-tr 4887  df-id 5157  df-eprel 5162  df-po 5170  df-so 5171  df-fr 5208  df-we 5210  df-xp 5255  df-rel 5256  df-cnv 5257  df-co 5258  df-dm 5259  df-rn 5260  df-res 5261  df-ima 5262  df-pred 5823  df-ord 5869  df-on 5870  df-lim 5871  df-suc 5872  df-iota 5994  df-fun 6033  df-fn 6034  df-f 6035  df-f1 6036  df-fo 6037  df-f1o 6038  df-fv 6039  df-riota 6754  df-ov 6796  df-oprab 6797  df-mpt2 6798  df-om 7213  df-1st 7315  df-2nd 7316  df-wrecs 7559  df-recs 7621  df-rdg 7659  df-er 7896  df-map 8011  df-en 8110  df-dom 8111  df-sdom 8112  df-sup 8504  df-inf 8505  df-pnf 10278  df-mnf 10279  df-xr 10280  df-ltxr 10281  df-le 10282  df-sub 10470  df-neg 10471  df-div 10887  df-nn 11223  df-2 11281  df-3 11282  df-n0 11495  df-z 11580  df-uz 11889  df-q 11992  df-rp 12036  df-xneg 12151  df-xadd 12152  df-xmul 12153  df-ioo 12384  df-seq 13009  df-exp 13068  df-cj 14047  df-re 14048  df-im 14049  df-sqrt 14183  df-abs 14184  df-topgen 16312  df-psmet 19953  df-xmet 19954  df-met 19955  df-bl 19956  df-mopn 19957  df-top 20919  df-topon 20936  df-bases 20971
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator