Theorem reperflem 24840

Description: A subset of the real numbers that is closed under addition with real numbers is perfect. (Contributed by Mario Carneiro, 26-Dec-2016.)

Hypotheses

Ref	Expression
recld2.1	⊢ 𝐽 = (TopOpen‘ℂfld)
reperflem.2	⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑣 ∈ ℝ) → (𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆)
reperflem.3	⊢ 𝑆 ⊆ ℂ

Assertion

Ref	Expression
reperflem	⊢ (𝐽 ↾t 𝑆) ∈ Perf

Distinct variable groups:   𝑢,𝐽   𝑣,𝑢,𝑆

Allowed substitution hint:   𝐽(𝑣)

Proof of Theorem reperflem

Dummy variables 𝑛 𝑟 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		cnxmet 24793	. . . . . . 7 ⊢ (abs ∘ − ) ∈ (∞Met‘ℂ)
2		reperflem.3	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑆 ⊆ ℂ
3	2	sseli 3979	. . . . . . 7 ⊢ (𝑢 ∈ 𝑆 → 𝑢 ∈ ℂ)
4		recld2.1	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝐽 = (TopOpen‘ℂfld)
5	4	cnfldtopn 24802	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐽 = (MetOpen‘(abs ∘ − ))
6	5	neibl 24514	. . . . . . 7 ⊢ (((abs ∘ − ) ∈ (∞Met‘ℂ) ∧ 𝑢 ∈ ℂ) → (𝑛 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑢}) ↔ (𝑛 ⊆ ℂ ∧ ∃𝑟 ∈ ℝ+ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ⊆ 𝑛)))
7	1, 3, 6	sylancr 587	. . . . . 6 ⊢ (𝑢 ∈ 𝑆 → (𝑛 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑢}) ↔ (𝑛 ⊆ ℂ ∧ ∃𝑟 ∈ ℝ+ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ⊆ 𝑛)))
8		ssrin 4242	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ⊆ 𝑛 → ((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ⊆ (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})))
9		reperflem.2	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑣 ∈ ℝ) → (𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆)
10	9	ralrimiva 3146	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑢 ∈ 𝑆 → ∀𝑣 ∈ ℝ (𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆)
11		rpre 13043	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑟 ∈ ℝ+ → 𝑟 ∈ ℝ)
12	11	rehalfcld 12513	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑟 ∈ ℝ+ → (𝑟 / 2) ∈ ℝ)
13		oveq2 7439	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝑣 = (𝑟 / 2) → (𝑢 + 𝑣) = (𝑢 + (𝑟 / 2)))
14	13	eleq1d 2826	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑣 = (𝑟 / 2) → ((𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆 ↔ (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ 𝑆))
15	14	rspccva 3621	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((∀𝑣 ∈ ℝ (𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆 ∧ (𝑟 / 2) ∈ ℝ) → (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ 𝑆)
16	10, 12, 15	syl2an 596	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ 𝑆)
17	2, 16	sselid 3981	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ ℂ)
18	3	adantr 480	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → 𝑢 ∈ ℂ)
19		eqid 2737	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (abs ∘ − ) = (abs ∘ − )
20	19	cnmetdval 24791	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ ℂ ∧ 𝑢 ∈ ℂ) → ((𝑢 + (𝑟 / 2))(abs ∘ − )𝑢) = (abs‘((𝑢 + (𝑟 / 2)) − 𝑢)))
21	17, 18, 20	syl2anc 584	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢 + (𝑟 / 2))(abs ∘ − )𝑢) = (abs‘((𝑢 + (𝑟 / 2)) − 𝑢)))
22		simpr 484	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → 𝑟 ∈ ℝ+)
23	22	rphalfcld 13089	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑟 / 2) ∈ ℝ+)
24	23	rpcnd 13079	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑟 / 2) ∈ ℂ)
25	18, 24	pncan2d 11622	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢 + (𝑟 / 2)) − 𝑢) = (𝑟 / 2))
26	25	fveq2d 6910	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (abs‘((𝑢 + (𝑟 / 2)) − 𝑢)) = (abs‘(𝑟 / 2)))
27	23	rpred 13077	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑟 / 2) ∈ ℝ)
28	23	rpge0d 13081	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → 0 ≤ (𝑟 / 2))
29	27, 28	absidd 15461	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (abs‘(𝑟 / 2)) = (𝑟 / 2))
30	21, 26, 29	3eqtrd 2781	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢 + (𝑟 / 2))(abs ∘ − )𝑢) = (𝑟 / 2))
31		rphalflt 13064	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑟 ∈ ℝ+ → (𝑟 / 2) < 𝑟)
32	31	adantl 481	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑟 / 2) < 𝑟)
33	30, 32	eqbrtrd 5165	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢 + (𝑟 / 2))(abs ∘ − )𝑢) < 𝑟)
34	1	a1i 11	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (abs ∘ − ) ∈ (∞Met‘ℂ))
35		rpxr 13044	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑟 ∈ ℝ+ → 𝑟 ∈ ℝ*)
36	35	adantl 481	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → 𝑟 ∈ ℝ*)
37		elbl3 24402	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((abs ∘ − ) ∈ (∞Met‘ℂ) ∧ 𝑟 ∈ ℝ*) ∧ (𝑢 ∈ ℂ ∧ (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ ℂ)) → ((𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ↔ ((𝑢 + (𝑟 / 2))(abs ∘ − )𝑢) < 𝑟))
38	34, 36, 18, 17, 37	syl22anc 839	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ↔ ((𝑢 + (𝑟 / 2))(abs ∘ − )𝑢) < 𝑟))
39	33, 38	mpbird 257	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟))
40	23	rpne0d 13082	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑟 / 2) ≠ 0)
41	25, 40	eqnetrd 3008	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢 + (𝑟 / 2)) − 𝑢) ≠ 0)
42	17, 18, 41	subne0ad 11631	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑢 + (𝑟 / 2)) ≠ 𝑢)
43		eldifsn 4786	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ (𝑆 ∖ {𝑢}) ↔ ((𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ 𝑆 ∧ (𝑢 + (𝑟 / 2)) ≠ 𝑢))
44	16, 42, 43	sylanbrc 583	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ (𝑆 ∖ {𝑢}))
45		inelcm 4465	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∧ (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ (𝑆 ∖ {𝑢})) → ((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅)
46	39, 44, 45	syl2anc 584	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅)
47		ssn0 4404	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ⊆ (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ∧ ((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅) → (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅)
48	47	ex 412	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ⊆ (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) → (((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅ → (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
49	8, 46, 48	syl2imc 41	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝑆 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ⊆ 𝑛 → (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
50	49	rexlimdva 3155	. . . . . . 7 ⊢ (𝑢 ∈ 𝑆 → (∃𝑟 ∈ ℝ+ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ⊆ 𝑛 → (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
51	50	adantld 490	. . . . . 6 ⊢ (𝑢 ∈ 𝑆 → ((𝑛 ⊆ ℂ ∧ ∃𝑟 ∈ ℝ+ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ⊆ 𝑛) → (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
52	7, 51	sylbid 240	. . . . 5 ⊢ (𝑢 ∈ 𝑆 → (𝑛 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑢}) → (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
53	52	ralrimiv 3145	. . . 4 ⊢ (𝑢 ∈ 𝑆 → ∀𝑛 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑢})(𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅)
54	4	cnfldtop 24804	. . . . 5 ⊢ 𝐽 ∈ Top
55	4	cnfldtopon 24803	. . . . . . 7 ⊢ 𝐽 ∈ (TopOn‘ℂ)
56	55	toponunii 22922	. . . . . 6 ⊢ ℂ = ∪ 𝐽
57	56	islp2 23153	. . . . 5 ⊢ ((𝐽 ∈ Top ∧ 𝑆 ⊆ ℂ ∧ 𝑢 ∈ ℂ) → (𝑢 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆) ↔ ∀𝑛 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑢})(𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
58	54, 2, 3, 57	mp3an12i 1467	. . . 4 ⊢ (𝑢 ∈ 𝑆 → (𝑢 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆) ↔ ∀𝑛 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑢})(𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
59	53, 58	mpbird 257	. . 3 ⊢ (𝑢 ∈ 𝑆 → 𝑢 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆))
60	59	ssriv 3987	. 2 ⊢ 𝑆 ⊆ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)
61		eqid 2737	. . . 4 ⊢ (𝐽 ↾t 𝑆) = (𝐽 ↾t 𝑆)
62	56, 61	restperf 23192	. . 3 ⊢ ((𝐽 ∈ Top ∧ 𝑆 ⊆ ℂ) → ((𝐽 ↾t 𝑆) ∈ Perf ↔ 𝑆 ⊆ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)))
63	54, 2, 62	mp2an 692	. 2 ⊢ ((𝐽 ↾t 𝑆) ∈ Perf ↔ 𝑆 ⊆ ((limPt‘𝐽)‘𝑆))
64	60, 63	mpbir 231	1 ⊢ (𝐽 ↾t 𝑆) ∈ Perf

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   = wceq 1540   ∈ wcel 2108   ≠ wne 2940  ∀wral 3061  ∃wrex 3070   ∖ cdif 3948   ∩ cin 3950   ⊆ wss 3951  ∅c0 4333  {csn 4626   class class class wbr 5143   ∘ ccom 5689  ‘cfv 6561  (class class class)co 7431  ℂcc 11153  ℝcr 11154  0cc0 11155   + caddc 11158  ℝ^*cxr 11294   < clt 11295   − cmin 11492   / cdiv 11920  2c2 12321  ℝ⁺crp 13034  abscabs 15273   ↾_t crest 17465  TopOpenctopn 17466  ∞Metcxmet 21349  ballcbl 21351  ℂ_fldccnfld 21364  Topctop 22899  neicnei 23105  limPtclp 23142  Perfcperf 23143

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2157  ax-12 2177  ax-ext 2708  ax-rep 5279  ax-sep 5296  ax-nul 5306  ax-pow 5365  ax-pr 5432  ax-un 7755  ax-cnex 11211  ax-resscn 11212  ax-1cn 11213  ax-icn 11214  ax-addcl 11215  ax-addrcl 11216  ax-mulcl 11217  ax-mulrcl 11218  ax-mulcom 11219  ax-addass 11220  ax-mulass 11221  ax-distr 11222  ax-i2m1 11223  ax-1ne0 11224  ax-1rid 11225  ax-rnegex 11226  ax-rrecex 11227  ax-cnre 11228  ax-pre-lttri 11229  ax-pre-lttrn 11230  ax-pre-ltadd 11231  ax-pre-mulgt0 11232  ax-pre-sup 11233

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2065  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2729  df-clel 2816  df-nfc 2892  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3062  df-rex 3071  df-rmo 3380  df-reu 3381  df-rab 3437  df-v 3482  df-sbc 3789  df-csb 3900  df-dif 3954  df-un 3956  df-in 3958  df-ss 3968  df-pss 3971  df-nul 4334  df-if 4526  df-pw 4602  df-sn 4627  df-pr 4629  df-tp 4631  df-op 4633  df-uni 4908  df-int 4947  df-iun 4993  df-iin 4994  df-br 5144  df-opab 5206  df-mpt 5226  df-tr 5260  df-id 5578  df-eprel 5584  df-po 5592  df-so 5593  df-fr 5637  df-we 5639  df-xp 5691  df-rel 5692  df-cnv 5693  df-co 5694  df-dm 5695  df-rn 5696  df-res 5697  df-ima 5698  df-pred 6321  df-ord 6387  df-on 6388  df-lim 6389  df-suc 6390  df-iota 6514  df-fun 6563  df-fn 6564  df-f 6565  df-f1 6566  df-fo 6567  df-f1o 6568  df-fv 6569  df-riota 7388  df-ov 7434  df-oprab 7435  df-mpo 7436  df-om 7888  df-1st 8014  df-2nd 8015  df-frecs 8306  df-wrecs 8337  df-recs 8411  df-rdg 8450  df-1o 8506  df-er 8745  df-map 8868  df-en 8986  df-dom 8987  df-sdom 8988  df-fin 8989  df-fi 9451  df-sup 9482  df-inf 9483  df-pnf 11297  df-mnf 11298  df-xr 11299  df-ltxr 11300  df-le 11301  df-sub 11494  df-neg 11495  df-div 11921  df-nn 12267  df-2 12329  df-3 12330  df-4 12331  df-5 12332  df-6 12333  df-7 12334  df-8 12335  df-9 12336  df-n0 12527  df-z 12614  df-dec 12734  df-uz 12879  df-q 12991  df-rp 13035  df-xneg 13154  df-xadd 13155  df-xmul 13156  df-fz 13548  df-seq 14043  df-exp 14103  df-cj 15138  df-re 15139  df-im 15140  df-sqrt 15274  df-abs 15275  df-struct 17184  df-slot 17219  df-ndx 17231  df-base 17248  df-plusg 17310  df-mulr 17311  df-starv 17312  df-tset 17316  df-ple 17317  df-ds 17319  df-unif 17320  df-rest 17467  df-topn 17468  df-topgen 17488  df-psmet 21356  df-xmet 21357  df-met 21358  df-bl 21359  df-mopn 21360  df-cnfld 21365  df-top 22900  df-topon 22917  df-topsp 22939  df-bases 22953  df-cld 23027  df-ntr 23028  df-cls 23029  df-nei 23106  df-lp 23144  df-perf 23145  df-xms 24330  df-ms 24331

This theorem is referenced by:  reperf  24841  cnperf  24842