Theorem qndenserrnopnlem 47276

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 25726	. . . . 5 ⊢ (𝐼 ∈ Fin → 𝐷 ∈ (Met‘(ℝ ↑m 𝐼)))
4	1, 3	syl 18	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐷 ∈ (Met‘(ℝ ↑m 𝐼)))
5		metxmet 24646	. . . 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 2871	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑉 ∈ (TopOpen‘(ℝ^‘𝐼)))
10	1	rrxtopnfi 47266	. . . . 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 2761	. . . . . . . . 9 ⊢ (ℝ^‘𝐼) = (ℝ^‘𝐼)
13		eqid 2761	. . . . . . . . 9 ⊢ (ℝ ↑m 𝐼) = (ℝ ↑m 𝐼)
14	12, 13	rrxdsfi 25725	. . . . . . . 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 2797	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑓 ∈ (ℝ ↑m 𝐼), 𝑔 ∈ (ℝ ↑m 𝐼) ↦ (√‘Σ𝑘 ∈ 𝐼 (((𝑓‘𝑘) − (𝑔‘𝑘))↑2))) = 𝐷)
17	16	fveq2d 6887	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (MetOpen‘(𝑓 ∈ (ℝ ↑m 𝐼), 𝑔 ∈ (ℝ ↑m 𝐼) ↦ (√‘Σ𝑘 ∈ 𝐼 (((𝑓‘𝑘) − (𝑔‘𝑘))↑2)))) = (MetOpen‘𝐷))
18	10, 17	eqtrd 2796	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (TopOpen‘(ℝ^‘𝐼)) = (MetOpen‘𝐷))
19	9, 18	eleqtrd 2863	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑉 ∈ (MetOpen‘𝐷))
20		qndenserrnopnlem.x	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝑉)
21		eqid 2761	. . . 4 ⊢ (MetOpen‘𝐷) = (MetOpen‘𝐷)
22	21	mopni2 24805	. . 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 47265	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐼 ∈ Fin → (ℝ^‘𝐼) ∈ TopSp)
26	1, 25	syl 18	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (ℝ^‘𝐼) ∈ TopSp)
27		eqid 2761	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (Base‘(ℝ^‘𝐼)) = (Base‘(ℝ^‘𝐼))
28	27, 8	istps 23245	. . . . . . . . . . 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 25724	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (Base‘(ℝ^‘𝐼)) = (ℝ ↑m 𝐼))
31	30	fveq2d 6887	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (TopOn‘(Base‘(ℝ^‘𝐼))) = (TopOn‘(ℝ ↑m 𝐼)))
32	29, 31	eleqtrd 2863	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐽 ∈ (TopOn‘(ℝ ↑m 𝐼)))
33		toponss 23238	. . . . . . . . 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 47274	. . . . 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 3176	. . . . 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 3162	. 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 3087   ⊆ wss 3899  ‘cfv 6537  (class class class)co 7418   ∈ cmpo 7420   ↑_m cmap 8840  Fincfn 8966  ℝcr 11192   − cmin 11534  2c2 12390  ℚcq 13068  ℝ⁺crp 13113  ↑cexp 14197  √csqrt 15393  Σcsu 15846  Basecbs 17380  distcds 17430  TopOpenctopn 17585  ∞Metcxmet 21656  Metcmet 21657  ballcbl 21658  MetOpencmopn 21661  TopOnctopon 23221  TopSpctps 23243  ℝ^crrx 25697

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 2733  ax-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7749  ax-inf2 9635  ax-cnex 11249  ax-resscn 11250  ax-1cn 11251  ax-icn 11252  ax-addcl 11253  ax-addrcl 11254  ax-mulcl 11255  ax-mulrcl 11256  ax-mulcom 11257  ax-addass 11258  ax-mulass 11259  ax-distr 11260  ax-i2m1 11261  ax-1ne0 11262  ax-1rid 11263  ax-rnegex 11264  ax-rrecex 11265  ax-cnre 11266  ax-pre-lttri 11267  ax-pre-lttrn 11268  ax-pre-ltadd 11269  ax-pre-mulgt0 11270  ax-pre-sup 11271  ax-addf 11272  ax-mulf 11273

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 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  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 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-se 5605  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6303  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6493  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-isom 6546  df-riota 7375  df-ov 7421  df-oprab 7422  df-mpo 7423  df-of 7691  df-om 7876  df-1st 7999  df-2nd 8000  df-supp 8171  df-tpos 8236  df-frecs 8292  df-wrecs 8323  df-recs 8372  df-rdg 8411  df-1o 8469  df-er 8710  df-map 8842  df-ixp 8919  df-en 8967  df-dom 8968  df-sdom 8969  df-fin 8970  df-fsupp 9347  df-sup 9427  df-inf 9428  df-oi 9497  df-card 10013  df-pnf 11338  df-mnf 11339  df-xr 11340  df-ltxr 11341  df-le 11342  df-sub 11536  df-neg 11537  df-div 11967  df-nn 12329  df-2 12398  df-3 12399  df-4 12400  df-5 12401  df-6 12402  df-7 12403  df-8 12404  df-9 12405  df-n0 12600  df-z 12687  df-dec 12808  df-uz 12959  df-q 13069  df-rp 13114  df-xneg 13234  df-xadd 13235  df-xmul 13236  df-ioo 13473  df-ico 13475  df-fz 13633  df-fzo 13782  df-seq 14138  df-exp 14198  df-hash 14468  df-cj 15259  df-re 15260  df-im 15261  df-sqrt 15395  df-abs 15396  df-clim 15648  df-sum 15847  df-struct 17318  df-sets 17335  df-slot 17353  df-ndx 17365  df-base 17381  df-ress 17402  df-plusg 17434  df-mulr 17435  df-starv 17436  df-sca 17437  df-vsca 17438  df-ip 17439  df-tset 17440  df-ple 17441  df-ds 17443  df-unif 17444  df-hom 17445  df-cco 17446  df-rest 17586  df-topn 17587  df-0g 17605  df-gsum 17606  df-topgen 17607  df-prds 17611  df-pws 17613  df-mgm 18809  df-sgrp 18901  df-mnd 18917  df-mhm 18971  df-submnd 18972  df-grp 19140  df-minusg 19141  df-sbg 19142  df-subg 19326  df-ghm 19421  df-cntz 19524  df-cmn 19989  df-abl 19990  df-mgp 20354  df-rng 20368  df-ur 20401  df-ring 20454  df-cring 20455  df-oppr 20560  df-dvdsr 20580  df-unit 20581  df-invr 20611  df-dvr 20624  df-rhm 20695  df-subrng 20791  df-subrg 20815  df-drng 20975  df-field 20976  df-abv 21059  df-staf 21089  df-srng 21090  df-lmod 21130  df-lss 21200  df-lmhm 21290  df-lvec 21371  df-sra 21441  df-rgmod 21442  df-psmet 21663  df-xmet 21664  df-met 21665  df-bl 21666  df-mopn 21667  df-cnfld 21672  df-refld 21904  df-phl 21925  df-dsmm 22031  df-frlm 22046  df-top 23205  df-topon 23222  df-topsp 23244  df-bases 23257  df-xms 24632  df-ms 24633  df-nm 24894  df-ngp 24895  df-tng 24896  df-nrg 24897  df-nlm 24898  df-clm 25377  df-cph 25482  df-tcph 25483  df-rrx 25699

This theorem is used by:  qndenserrnopn  47277