Theorem qndenserrnopnlem 46896

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 25536	. . . . 5 ⊢ (𝐼 ∈ Fin → 𝐷 ∈ (Met‘(ℝ ↑m 𝐼)))
4	1, 3	syl 18	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐷 ∈ (Met‘(ℝ ↑m 𝐼)))
5		metxmet 24456	. . . 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 2879	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑉 ∈ (TopOpen‘(ℝ^‘𝐼)))
10	1	rrxtopnfi 46886	. . . . 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 2769	. . . . . . . . 9 ⊢ (ℝ^‘𝐼) = (ℝ^‘𝐼)
13		eqid 2769	. . . . . . . . 9 ⊢ (ℝ ↑m 𝐼) = (ℝ ↑m 𝐼)
14	12, 13	rrxdsfi 25535	. . . . . . . 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 2805	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑓 ∈ (ℝ ↑m 𝐼), 𝑔 ∈ (ℝ ↑m 𝐼) ↦ (√‘Σ𝑘 ∈ 𝐼 (((𝑓‘𝑘) − (𝑔‘𝑘))↑2))) = 𝐷)
17	16	fveq2d 6883	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (MetOpen‘(𝑓 ∈ (ℝ ↑m 𝐼), 𝑔 ∈ (ℝ ↑m 𝐼) ↦ (√‘Σ𝑘 ∈ 𝐼 (((𝑓‘𝑘) − (𝑔‘𝑘))↑2)))) = (MetOpen‘𝐷))
18	10, 17	eqtrd 2804	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (TopOpen‘(ℝ^‘𝐼)) = (MetOpen‘𝐷))
19	9, 18	eleqtrd 2871	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑉 ∈ (MetOpen‘𝐷))
20		qndenserrnopnlem.x	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝑉)
21		eqid 2769	. . . 4 ⊢ (MetOpen‘𝐷) = (MetOpen‘𝐷)
22	21	mopni2 24615	. . 3 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘(ℝ ↑m 𝐼)) ∧ 𝑉 ∈ (MetOpen‘𝐷) ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) → ∃𝑒 ∈ ℝ+ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉)
23	6, 19, 20, 22	syl3anc 1396	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑒 ∈ ℝ+ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉)
24	1	3ad2ant1 1149	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑒 ∈ ℝ+ ∧ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉) → 𝐼 ∈ Fin)
25		rrxtps 46885	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐼 ∈ Fin → (ℝ^‘𝐼) ∈ TopSp)
26	1, 25	syl 18	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (ℝ^‘𝐼) ∈ TopSp)
27		eqid 2769	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (Base‘(ℝ^‘𝐼)) = (Base‘(ℝ^‘𝐼))
28	27, 8	istps 23056	. . . . . . . . . . 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 25534	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (Base‘(ℝ^‘𝐼)) = (ℝ ↑m 𝐼))
31	30	fveq2d 6883	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (TopOn‘(Base‘(ℝ^‘𝐼))) = (TopOn‘(ℝ ↑m 𝐼)))
32	29, 31	eleqtrd 2871	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐽 ∈ (TopOn‘(ℝ ↑m 𝐼)))
33		toponss 23049	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐽 ∈ (TopOn‘(ℝ ↑m 𝐼)) ∧ 𝑉 ∈ 𝐽) → 𝑉 ⊆ (ℝ ↑m 𝐼))
34	32, 7, 33	syl2anc 595	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑉 ⊆ (ℝ ↑m 𝐼))
35	34, 20	sseldd 3946	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ (ℝ ↑m 𝐼))
36	35	3ad2ant1 1149	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑒 ∈ ℝ+ ∧ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉) → 𝑋 ∈ (ℝ ↑m 𝐼))
37		simp2 1153	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑒 ∈ ℝ+ ∧ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉) → 𝑒 ∈ ℝ+)
38	24, 36, 2, 37	qndenserrnbl 46894	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑒 ∈ ℝ+ ∧ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉) → ∃𝑦 ∈ (ℚ ↑m 𝐼)𝑦 ∈ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒))
39		ssel 3939	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉 → (𝑦 ∈ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) → 𝑦 ∈ 𝑉))
40	39	adantr 485	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ (ℚ ↑m 𝐼)) → (𝑦 ∈ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) → 𝑦 ∈ 𝑉))
41	40	3ad2antl3 1204	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑒 ∈ ℝ+ ∧ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉) ∧ 𝑦 ∈ (ℚ ↑m 𝐼)) → (𝑦 ∈ (𝑋(ball‘𝐷)𝑒) → 𝑦 ∈ 𝑉))
42	41	reximdva 3184	. . . . 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 1135	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑒 ∈ ℝ+ → ((𝑋(ball‘𝐷)𝑒) ⊆ 𝑉 → ∃𝑦 ∈ (ℚ ↑m 𝐼)𝑦 ∈ 𝑉)))
45	44	rexlimdv 3170	. 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)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ w3a 1101   = wceq 1567   ∈ wcel 2149  ∃wrex 3095   ⊆ wss 3913  ‘cfv 6533  (class class class)co 7408   ∈ cmpo 7410   ↑_m cmap 8820  Fincfn 8939  ℝcr 11095   − cmin 11437  2c2 12291  ℚcq 12968  ℝ⁺crp 13012  ↑cexp 14093  √csqrt 15280  Σcsu 15733  Basecbs 17265  distcds 17315  TopOpenctopn 17470  ∞Metcxmet 21472  Metcmet 21473  ballcbl 21474  MetOpencmopn 21477  TopOnctopon 23032  TopSpctps 23054  ℝ^crrx 25507

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1822  ax-4 1836  ax-5 1937  ax-6 1994  ax-7 2035  ax-8 2151  ax-9 2159  ax-10 2182  ax-11 2198  ax-12 2219  ax-ext 2741  ax-rep 5239  ax-sep 5258  ax-nul 5268  ax-pow 5334  ax-pr 5402  ax-un 7730  ax-inf2 9606  ax-cnex 11152  ax-resscn 11153  ax-1cn 11154  ax-icn 11155  ax-addcl 11156  ax-addrcl 11157  ax-mulcl 11158  ax-mulrcl 11159  ax-mulcom 11160  ax-addass 11161  ax-mulass 11162  ax-distr 11163  ax-i2m1 11164  ax-1ne0 11165  ax-1rid 11166  ax-rnegex 11167  ax-rrecex 11168  ax-cnre 11169  ax-pre-lttri 11170  ax-pre-lttrn 11171  ax-pre-ltadd 11172  ax-pre-mulgt0 11173  ax-pre-sup 11174  ax-addf 11175  ax-mulf 11176

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1102  df-3an 1103  df-tru 1570  df-fal 1580  df-ex 1807  df-nf 1811  df-sb 2098  df-mo 2573  df-eu 2603  df-clab 2748  df-cleq 2761  df-clel 2844  df-nfc 2918  df-ne 2965  df-nel 3071  df-ral 3086  df-rex 3096  df-rmo 3376  df-reu 3377  df-rab 3424  df-v 3465  df-sbc 3754  df-csb 3862  df-dif 3916  df-un 3918  df-in 3920  df-ss 3930  df-pss 3933  df-nul 4295  df-if 4490  df-pw 4566  df-sn 4592  df-pr 4594  df-tp 4596  df-op 4598  df-uni 4874  df-int 4914  df-iun 4959  df-br 5111  df-opab 5175  df-mpt 5194  df-tr 5220  df-id 5554  df-eprel 5559  df-po 5567  df-so 5568  df-fr 5612  df-se 5613  df-we 5614  df-xp 5665  df-rel 5666  df-cnv 5667  df-co 5668  df-dm 5669  df-rn 5670  df-res 5671  df-ima 5672  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 7365  df-ov 7411  df-oprab 7412  df-mpo 7413  df-of 7672  df-om 7859  df-1st 7982  df-2nd 7983  df-supp 8153  df-tpos 8218  df-frecs 8274  df-wrecs 8305  df-recs 8354  df-rdg 8393  df-1o 8449  df-er 8690  df-map 8822  df-ixp 8892  df-en 8940  df-dom 8941  df-sdom 8942  df-fin 8943  df-fsupp 9318  df-sup 9398  df-inf 9399  df-oi 9468  df-card 9921  df-pnf 11241  df-mnf 11242  df-xr 11243  df-ltxr 11244  df-le 11245  df-sub 11439  df-neg 11440  df-div 11868  df-nn 12230  df-2 12299  df-3 12300  df-4 12301  df-5 12302  df-6 12303  df-7 12304  df-8 12305  df-9 12306  df-n0 12501  df-z 12588  df-dec 12708  df-uz 12859  df-q 12969  df-rp 13013  df-xneg 13133  df-xadd 13134  df-xmul 13135  df-ioo 13372  df-ico 13374  df-fz 13532  df-fzo 13679  df-seq 14034  df-exp 14094  df-hash 14363  df-cj 15146  df-re 15147  df-im 15148  df-sqrt 15282  df-abs 15283  df-clim 15535  df-sum 15734  df-struct 17203  df-sets 17220  df-slot 17238  df-ndx 17250  df-base 17266  df-ress 17287  df-plusg 17319  df-mulr 17320  df-starv 17321  df-sca 17322  df-vsca 17323  df-ip 17324  df-tset 17325  df-ple 17326  df-ds 17328  df-unif 17329  df-hom 17330  df-cco 17331  df-rest 17471  df-topn 17472  df-0g 17490  df-gsum 17491  df-topgen 17492  df-prds 17496  df-pws 17498  df-mgm 18694  df-sgrp 18773  df-mnd 18789  df-mhm 18837  df-submnd 18838  df-grp 18999  df-minusg 19000  df-sbg 19001  df-subg 19185  df-ghm 19280  df-cntz 19383  df-cmn 19848  df-abl 19849  df-mgp 20213  df-rng 20227  df-ur 20260  df-ring 20313  df-cring 20314  df-oppr 20415  df-dvdsr 20435  df-unit 20436  df-invr 20466  df-dvr 20479  df-rhm 20550  df-subrng 20627  df-subrg 20651  df-drng 20811  df-field 20812  df-abv 20886  df-staf 20916  df-srng 20917  df-lmod 20957  df-lss 21027  df-lmhm 21117  df-lvec 21198  df-sra 21268  df-rgmod 21269  df-psmet 21479  df-xmet 21480  df-met 21481  df-bl 21482  df-mopn 21483  df-cnfld 21488  df-refld 21720  df-phl 21741  df-dsmm 21847  df-frlm 21862  df-top 23016  df-topon 23033  df-topsp 23055  df-bases 23068  df-xms 24442  df-ms 24443  df-nm 24704  df-ngp 24705  df-tng 24706  df-nrg 24707  df-nlm 24708  df-clm 25187  df-cph 25292  df-tcph 25293  df-rrx 25509

This theorem is referenced by:  qndenserrnopn  46897