Theorem qndenserrnopnlem 47125

Description: n-dimensional rational numbers are dense in the space of n-dimensional real numbers, with respect to the n-dimensional standard topology. (Contributed by Glauco Siliprandi, 24-Dec-2020.)

Hypotheses

Ref	Expression
qndenserrnopnlem.i	⊢ (𝜑 → 𝐼 ∈ Fin)
qndenserrnopnlem.j	⊢ 𝐽 = (TopOpen‘(ℝ^‘𝐼))
qndenserrnopnlem.v	⊢ (𝜑 → 𝑉 ∈ 𝐽)
qndenserrnopnlem.x	⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝑉)
qndenserrnopnlem.d	⊢ 𝐷 = (dist‘(ℝ^‘𝐼))

Assertion

Ref	Expression
qndenserrnopnlem	⊢ (𝜑 → ∃𝑦 ∈ (ℚ ↑m 𝐼)𝑦 ∈ 𝑉)

Distinct variable groups:   𝑦,𝐷   𝑦,𝐼   𝑦,𝑉   𝑦,𝑋   𝜑,𝑦

Allowed substitution hint:   𝐽(𝑦)

Proof of Theorem qndenserrnopnlem

Dummy variables 𝑒 𝑓 𝑔 𝑘 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		qndenserrnopnlem.i	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐼 ∈ Fin)
2		qndenserrnopnlem.d	. . . . . 6 ⊢ 𝐷 = (dist‘(ℝ^‘𝐼))
3	2	rrxmetfi 25640	. . . . 5 ⊢ (𝐼 ∈ Fin → 𝐷 ∈ (Met‘(ℝ ↑m 𝐼)))
4	1, 3	syl 18	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐷 ∈ (Met‘(ℝ ↑m 𝐼)))
5		metxmet 24560	. . . 4 ⊢ (𝐷 ∈ (Met‘(ℝ ↑m 𝐼)) → 𝐷 ∈ (∞Met‘(ℝ ↑m 𝐼)))
6	4, 5	syl 18	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐷 ∈ (∞Met‘(ℝ ↑m 𝐼)))
7		qndenserrnopnlem.v	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑉 ∈ 𝐽)
8		qndenserrnopnlem.j	. . . . 5 ⊢ 𝐽 = (TopOpen‘(ℝ^‘𝐼))
9	7, 8	eleqtrdi 2870	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑉 ∈ (TopOpen‘(ℝ^‘𝐼)))
10	1	rrxtopnfi 47115	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (TopOpen‘(ℝ^‘𝐼)) = (MetOpen‘(𝑓 ∈ (ℝ ↑m 𝐼), 𝑔 ∈ (ℝ ↑m 𝐼) ↦ (√‘Σ𝑘 ∈ 𝐼 (((𝑓‘𝑘) − (𝑔‘𝑘))↑2)))))
11	2	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐷 = (dist‘(ℝ^‘𝐼)))
12		eqid 2760	. . . . . . . . 9 ⊢ (ℝ^‘𝐼) = (ℝ^‘𝐼)
13		eqid 2760	. . . . . . . . 9 ⊢ (ℝ ↑m 𝐼) = (ℝ ↑m 𝐼)
14	12, 13	rrxdsfi 25639	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐼 ∈ Fin → (dist‘(ℝ^‘𝐼)) = (𝑓 ∈ (ℝ ↑m 𝐼), 𝑔 ∈ (ℝ ↑m 𝐼) ↦ (√‘Σ𝑘 ∈ 𝐼 (((𝑓‘𝑘) − (𝑔‘𝑘))↑2))))
15	1, 14	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (dist‘(ℝ^‘𝐼)) = (𝑓 ∈ (ℝ ↑m 𝐼), 𝑔 ∈ (ℝ ↑m 𝐼) ↦ (√‘Σ𝑘 ∈ 𝐼 (((𝑓‘𝑘) − (𝑔‘𝑘))↑2))))
16	11, 15	eqtr2d 2796	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑓 ∈ (ℝ ↑m 𝐼), 𝑔 ∈ (ℝ ↑m 𝐼) ↦ (√‘Σ𝑘 ∈ 𝐼 (((𝑓‘𝑘) − (𝑔‘𝑘))↑2))) = 𝐷)
17	16	fveq2d 6882	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (MetOpen‘(𝑓 ∈ (ℝ ↑m 𝐼), 𝑔 ∈ (ℝ ↑m 𝐼) ↦ (√‘Σ𝑘 ∈ 𝐼 (((𝑓‘𝑘) − (𝑔‘𝑘))↑2)))) = (MetOpen‘𝐷))
18	10, 17	eqtrd 2795	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (TopOpen‘(ℝ^‘𝐼)) = (MetOpen‘𝐷))
19	9, 18	eleqtrd 2862	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑉 ∈ (MetOpen‘𝐷))
20		qndenserrnopnlem.x	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝑉)
21		eqid 2760	. . . 4 ⊢ (MetOpen‘𝐷) = (MetOpen‘𝐷)
22	21	mopni2 24719	. . 3 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘(ℝ ↑m 𝐼)) ∧ 𝑉 ∈ (MetOpen‘𝐷) ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) → ∃𝑒 ∈ ℝ+ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉)
23	6, 19, 20, 22	syl3anc 1398	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑒 ∈ ℝ+ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉)
24	1	3ad2ant1 1151	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑒 ∈ ℝ+ ∧ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉) → 𝐼 ∈ Fin)
25		rrxtps 47114	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐼 ∈ Fin → (ℝ^‘𝐼) ∈ TopSp)
26	1, 25	syl 18	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (ℝ^‘𝐼) ∈ TopSp)
27		eqid 2760	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (Base‘(ℝ^‘𝐼)) = (Base‘(ℝ^‘𝐼))
28	27, 8	istps 23159	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((ℝ^‘𝐼) ∈ TopSp ↔ 𝐽 ∈ (TopOn‘(Base‘(ℝ^‘𝐼))))
29	26, 28	sylib 221	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐽 ∈ (TopOn‘(Base‘(ℝ^‘𝐼))))
30	1, 12, 27	rrxbasefi 25638	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (Base‘(ℝ^‘𝐼)) = (ℝ ↑m 𝐼))
31	30	fveq2d 6882	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (TopOn‘(Base‘(ℝ^‘𝐼))) = (TopOn‘(ℝ ↑m 𝐼)))
32	29, 31	eleqtrd 2862	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐽 ∈ (TopOn‘(ℝ ↑m 𝐼)))
33		toponss 23152	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐽 ∈ (TopOn‘(ℝ ↑m 𝐼)) ∧ 𝑉 ∈ 𝐽) → 𝑉 ⊆ (ℝ ↑m 𝐼))
34	32, 7, 33	syl2anc 596	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑉 ⊆ (ℝ ↑m 𝐼))
35	34, 20	sseldd 3932	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ (ℝ ↑m 𝐼))
36	35	3ad2ant1 1151	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑒 ∈ ℝ+ ∧ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉) → 𝑋 ∈ (ℝ ↑m 𝐼))
37		simp2 1155	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑒 ∈ ℝ+ ∧ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉) → 𝑒 ∈ ℝ+)
38	24, 36, 2, 37	qndenserrnbl 47123	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑒 ∈ ℝ+ ∧ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉) → ∃𝑦 ∈ (ℚ ↑m 𝐼)𝑦 ∈ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒))
39		ssel 3925	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉 → (𝑦 ∈ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) → 𝑦 ∈ 𝑉))
40	39	adantr 486	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ (ℚ ↑m 𝐼)) → (𝑦 ∈ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) → 𝑦 ∈ 𝑉))
41	40	3ad2antl3 1206	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑒 ∈ ℝ+ ∧ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉) ∧ 𝑦 ∈ (ℚ ↑m 𝐼)) → (𝑦 ∈ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) → 𝑦 ∈ 𝑉))
42	41	reximdva 3175	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑒 ∈ ℝ+ ∧ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉) → (∃𝑦 ∈ (ℚ ↑m 𝐼)𝑦 ∈ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) → ∃𝑦 ∈ (ℚ ↑m 𝐼)𝑦 ∈ 𝑉))
43	38, 42	mpd 16	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑒 ∈ ℝ+ ∧ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉) → ∃𝑦 ∈ (ℚ ↑m 𝐼)𝑦 ∈ 𝑉)
44	43	3exp 1137	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑒 ∈ ℝ+ → ((𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉 → ∃𝑦 ∈ (ℚ ↑m 𝐼)𝑦 ∈ 𝑉)))
45	44	rexlimdv 3161	. 2 ⊢ (𝜑 → (∃𝑒 ∈ ℝ+ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉 → ∃𝑦 ∈ (ℚ ↑m 𝐼)𝑦 ∈ 𝑉))
46	23, 45	mpd 16	1 ⊢ (𝜑 → ∃𝑦 ∈ (ℚ ↑m 𝐼)𝑦 ∈ 𝑉)

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2145  ∃wrex 3086   ⊆ wss 3899  ‘cfv 6533  (class class class)co 7413   ∈ cmpo 7415   ↑_m cmap 8826  Fincfn 8952  ℝcr 11123   − cmin 11465  2c2 12319  ℚcq 12997  ℝ⁺crp 13042  ↑cexp 14125  √csqrt 15320  Σcsu 15773  Basecbs 17301  distcds 17351  TopOpenctopn 17506  ∞Metcxmet 21570  Metcmet 21571  ballcbl 21572  MetOpencmopn 21575  TopOnctopon 23135  TopSpctps 23157  ℝ^crrx 25611

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2732  ax-rep 5232  ax-sep 5251  ax-nul 5263  ax-pow 5330  ax-pr 5398  ax-un 7736  ax-inf2 9620  ax-cnex 11180  ax-resscn 11181  ax-1cn 11182  ax-icn 11183  ax-addcl 11184  ax-addrcl 11185  ax-mulcl 11186  ax-mulrcl 11187  ax-mulcom 11188  ax-addass 11189  ax-mulass 11190  ax-distr 11191  ax-i2m1 11192  ax-1ne0 11193  ax-1rid 11194  ax-rnegex 11195  ax-rrecex 11196  ax-cnre 11197  ax-pre-lttri 11198  ax-pre-lttrn 11199  ax-pre-ltadd 11200  ax-pre-mulgt0 11201  ax-pre-sup 11202  ax-addf 11203  ax-mulf 11204

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-tp 4589  df-op 4591  df-uni 4868  df-int 4908  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-se 5609  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6299  df-ord 6360  df-on 6361  df-lim 6362  df-suc 6363  df-iota 6489  df-fun 6535  df-fn 6536  df-f 6537  df-f1 6538  df-fo 6539  df-f1o 6540  df-fv 6541  df-isom 6542  df-riota 7370  df-ov 7416  df-oprab 7417  df-mpo 7418  df-of 7678  df-om 7863  df-1st 7986  df-2nd 7987  df-supp 8159  df-tpos 8224  df-frecs 8280  df-wrecs 8311  df-recs 8360  df-rdg 8399  df-1o 8455  df-er 8696  df-map 8828  df-ixp 8905  df-en 8953  df-dom 8954  df-sdom 8955  df-fin 8956  df-fsupp 9332  df-sup 9412  df-inf 9413  df-oi 9482  df-card 9944  df-pnf 11269  df-mnf 11270  df-xr 11271  df-ltxr 11272  df-le 11273  df-sub 11467  df-neg 11468  df-div 11896  df-nn 12258  df-2 12327  df-3 12328  df-4 12329  df-5 12330  df-6 12331  df-7 12332  df-8 12333  df-9 12334  df-n0 12529  df-z 12616  df-dec 12737  df-uz 12888  df-q 12998  df-rp 13043  df-xneg 13163  df-xadd 13164  df-xmul 13165  df-ioo 13402  df-ico 13404  df-fz 13562  df-fzo 13710  df-seq 14066  df-exp 14126  df-hash 14395  df-cj 15186  df-re 15187  df-im 15188  df-sqrt 15322  df-abs 15323  df-clim 15575  df-sum 15774  df-struct 17239  df-sets 17256  df-slot 17274  df-ndx 17286  df-base 17302  df-ress 17323  df-plusg 17355  df-mulr 17356  df-starv 17357  df-sca 17358  df-vsca 17359  df-ip 17360  df-tset 17361  df-ple 17362  df-ds 17364  df-unif 17365  df-hom 17366  df-cco 17367  df-rest 17507  df-topn 17508  df-0g 17526  df-gsum 17527  df-topgen 17528  df-prds 17532  df-pws 17534  df-mgm 18730  df-sgrp 18821  df-mnd 18837  df-mhm 18891  df-submnd 18892  df-grp 19060  df-minusg 19061  df-sbg 19062  df-subg 19246  df-ghm 19341  df-cntz 19444  df-cmn 19909  df-abl 19910  df-mgp 20274  df-rng 20288  df-ur 20321  df-ring 20374  df-cring 20375  df-oppr 20478  df-dvdsr 20498  df-unit 20499  df-invr 20529  df-dvr 20542  df-rhm 20613  df-subrng 20708  df-subrg 20732  df-drng 20892  df-field 20893  df-abv 20975  df-staf 21005  df-srng 21006  df-lmod 21046  df-lss 21116  df-lmhm 21206  df-lvec 21287  df-sra 21357  df-rgmod 21358  df-psmet 21577  df-xmet 21578  df-met 21579  df-bl 21580  df-mopn 21581  df-cnfld 21586  df-refld 21818  df-phl 21839  df-dsmm 21945  df-frlm 21960  df-top 23119  df-topon 23136  df-topsp 23158  df-bases 23171  df-xms 24546  df-ms 24547  df-nm 24808  df-ngp 24809  df-tng 24810  df-nrg 24811  df-nlm 24812  df-clm 25291  df-cph 25396  df-tcph 25397  df-rrx 25613

This theorem is used by:  qndenserrnopn  47126