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

Theorem opnrebl2 34059
 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 2758 . . . . 5 ((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)) = ((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ))
21rexmet 23492 . . . 4 ((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)) ∈ (∞Met‘ℝ)
3 eqid 2758 . . . . . 6 (MetOpen‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ))) = (MetOpen‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))
41, 3tgioo 23497 . . . . 5 (topGen‘ran (,)) = (MetOpen‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))
54mopnss 23148 . . . 4 ((((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)) ∈ (∞Met‘ℝ) ∧ 𝐴 ∈ (topGen‘ran (,))) → 𝐴 ⊆ ℝ)
62, 5mpan 689 . . 3 (𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) → 𝐴 ⊆ ℝ)
74mopni3 23196 . . . . . . . 8 (((((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)) ∈ (∞Met‘ℝ) ∧ 𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ∧ 𝑥𝐴) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴))
87ex 416 . . . . . . 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 1445 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ∧ 𝑥𝐴) → (𝑦 ∈ ℝ+ → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴)))
106sselda 3892 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) ∧ 𝑥𝐴) → 𝑥 ∈ ℝ)
11 rpre 12438 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑧 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ)
121bl2ioo 23493 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ∈ ℝ) → (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) = ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)))
1311, 12sylan2 595 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) = ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)))
1413sseq1d 3923 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → ((𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴 ↔ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴))
1514anbi2d 631 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → ((𝑧 < 𝑦 ∧ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴) ↔ (𝑧 < 𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
1615rexbidva 3220 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ → (∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴) ↔ ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
1716biimpd 232 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ → (∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧 < 𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
18 rpre 12438 . . . . . . . . . . 11 (𝑦 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ℝ)
19 ltle 10767 . . . . . . . . . . 11 ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (𝑧 < 𝑦𝑧𝑦))
2011, 18, 19syl2anr 599 . . . . . . . . . 10 ((𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+) → (𝑧 < 𝑦𝑧𝑦))
2120anim1d 613 . . . . . . . . 9 ((𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+) → ((𝑧 < 𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
2221reximdva 3198 . . . . . . . 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 457 . . . 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 515 . 2 (𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)) → (𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)))
29 ssel2 3887 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥𝐴) → 𝑥 ∈ ℝ)
30 1rp 12434 . . . . . . . 8 1 ∈ ℝ+
31 simpr 488 . . . . . . . . . 10 ((𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)
3231reximi 3171 . . . . . . . . 9 (∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)
3332ralimi 3092 . . . . . . . 8 (∀𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → ∀𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)
34 biidd 265 . . . . . . . . 9 (𝑦 = 1 → (∃𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴 ↔ ∃𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴))
3534rspcv 3536 . . . . . . . 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 3220 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ → (∃𝑧 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴 ↔ ∃𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴))
3836, 37syl5ibr 249 . . . . . 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 3108 . . . 4 (𝐴 ⊆ ℝ → (∀𝑥𝐴𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴) → ∀𝑥𝐴𝑧 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴))
4140imdistani 572 . . 3 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)) → (𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑧 ∈ ℝ+ (𝑥(ball‘((abs ∘ − ) ↾ (ℝ × ℝ)))𝑧) ⊆ 𝐴))
424elmopn2 23147 . . . 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 237 . 2 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ (𝑧𝑦 ∧ ((𝑥𝑧)(,)(𝑥 + 𝑧)) ⊆ 𝐴)) → 𝐴 ∈ (topGen‘ran (,)))
4528, 44impbii 212 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 209   ∧ wa 399   ∧ w3a 1084   = wceq 1538   ∈ wcel 2111  ∀wral 3070  ∃wrex 3071   ⊆ wss 3858   class class class wbr 5032   × cxp 5522  ran crn 5525   ↾ cres 5526   ∘ ccom 5528  ‘cfv 6335  (class class class)co 7150  ℝcr 10574  1c1 10576   + caddc 10578   < clt 10713   ≤ cle 10714   − cmin 10908  ℝ+crp 12430  (,)cioo 12779  abscabs 14641  topGenctg 16769  ∞Metcxmet 20151  ballcbl 20153  MetOpencmopn 20156 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 2113  ax-9 2121  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2175  ax-ext 2729  ax-sep 5169  ax-nul 5176  ax-pow 5234  ax-pr 5298  ax-un 7459  ax-cnex 10631  ax-resscn 10632  ax-1cn 10633  ax-icn 10634  ax-addcl 10635  ax-addrcl 10636  ax-mulcl 10637  ax-mulrcl 10638  ax-mulcom 10639  ax-addass 10640  ax-mulass 10641  ax-distr 10642  ax-i2m1 10643  ax-1ne0 10644  ax-1rid 10645  ax-rnegex 10646  ax-rrecex 10647  ax-cnre 10648  ax-pre-lttri 10649  ax-pre-lttrn 10650  ax-pre-ltadd 10651  ax-pre-mulgt0 10652  ax-pre-sup 10653 This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-fal 1551  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2070  df-mo 2557  df-eu 2588  df-clab 2736  df-cleq 2750  df-clel 2830  df-nfc 2901  df-ne 2952  df-nel 3056  df-ral 3075  df-rex 3076  df-reu 3077  df-rmo 3078  df-rab 3079  df-v 3411  df-sbc 3697  df-csb 3806  df-dif 3861  df-un 3863  df-in 3865  df-ss 3875  df-pss 3877  df-nul 4226  df-if 4421  df-pw 4496  df-sn 4523  df-pr 4525  df-tp 4527  df-op 4529  df-uni 4799  df-iun 4885  df-br 5033  df-opab 5095  df-mpt 5113  df-tr 5139  df-id 5430  df-eprel 5435  df-po 5443  df-so 5444  df-fr 5483  df-we 5485  df-xp 5530  df-rel 5531  df-cnv 5532  df-co 5533  df-dm 5534  df-rn 5535  df-res 5536  df-ima 5537  df-pred 6126  df-ord 6172  df-on 6173  df-lim 6174  df-suc 6175  df-iota 6294  df-fun 6337  df-fn 6338  df-f 6339  df-f1 6340  df-fo 6341  df-f1o 6342  df-fv 6343  df-riota 7108  df-ov 7153  df-oprab 7154  df-mpo 7155  df-om 7580  df-1st 7693  df-2nd 7694  df-wrecs 7957  df-recs 8018  df-rdg 8056  df-er 8299  df-map 8418  df-en 8528  df-dom 8529  df-sdom 8530  df-sup 8939  df-inf 8940  df-pnf 10715  df-mnf 10716  df-xr 10717  df-ltxr 10718  df-le 10719  df-sub 10910  df-neg 10911  df-div 11336  df-nn 11675  df-2 11737  df-3 11738  df-n0 11935  df-z 12021  df-uz 12283  df-q 12389  df-rp 12431  df-xneg 12548  df-xadd 12549  df-xmul 12550  df-ioo 12783  df-seq 13419  df-exp 13480  df-cj 14506  df-re 14507  df-im 14508  df-sqrt 14642  df-abs 14643  df-topgen 16775  df-psmet 20158  df-xmet 20159  df-met 20160  df-bl 20161  df-mopn 20162  df-top 21594  df-topon 21611  df-bases 21646 This theorem is referenced by: (None)
 Copyright terms: Public domain W3C validator