Theorem ucnextcn 24623

Description: Extension by continuity. Theorem 2 of [BourbakiTop1] p. II.20. Given an uniform space on a set 𝑋, a subset 𝐴 dense in 𝑋, and a function 𝐹 uniformly continuous from 𝐴 to 𝑌, that function can be extended by continuity to the whole 𝑋, and its extension is uniformly continuous. (Contributed by Thierry Arnoux, 25-Jan-2018.)

Hypotheses

Ref	Expression
ucnextcn.x	⊢ 𝑋 = (Base‘𝑉)
ucnextcn.y	⊢ 𝑌 = (Base‘𝑊)
ucnextcn.j	⊢ 𝐽 = (TopOpen‘𝑉)
ucnextcn.k	⊢ 𝐾 = (TopOpen‘𝑊)
ucnextcn.s	⊢ 𝑆 = (UnifSt‘𝑉)
ucnextcn.t	⊢ 𝑇 = (UnifSt‘(𝑉 ↾s 𝐴))
ucnextcn.u	⊢ 𝑈 = (UnifSt‘𝑊)
ucnextcn.v	⊢ (𝜑 → 𝑉 ∈ TopSp)
ucnextcn.r	⊢ (𝜑 → 𝑉 ∈ UnifSp)
ucnextcn.w	⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ TopSp)
ucnextcn.z	⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ CUnifSp)
ucnextcn.h	⊢ (𝜑 → 𝐾 ∈ Haus)
ucnextcn.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ 𝑋)
ucnextcn.f	⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ (𝑇 Cnu𝑈))
ucnextcn.c	⊢ (𝜑 → ((cls‘𝐽)‘𝐴) = 𝑋)

Assertion

Ref	Expression
ucnextcn	⊢ (𝜑 → ((𝐽CnExt𝐾)‘𝐹) ∈ (𝐽 Cn 𝐾))

Proof of Theorem ucnextcn

Dummy variables 𝑎 𝑏 𝑣 𝑤 𝑥 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ucnextcn.x	. 2 ⊢ 𝑋 = (Base‘𝑉)
2		ucnextcn.y	. 2 ⊢ 𝑌 = (Base‘𝑊)
3		ucnextcn.j	. 2 ⊢ 𝐽 = (TopOpen‘𝑉)
4		ucnextcn.k	. 2 ⊢ 𝐾 = (TopOpen‘𝑊)
5		ucnextcn.u	. 2 ⊢ 𝑈 = (UnifSt‘𝑊)
6		ucnextcn.v	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑉 ∈ TopSp)
7		ucnextcn.w	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ TopSp)
8		ucnextcn.z	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ CUnifSp)
9		ucnextcn.h	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ∈ Haus)
10		ucnextcn.a	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ 𝑋)
11		ucnextcn.f	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ (𝑇 Cnu𝑈))
12		ucnextcn.r	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑉 ∈ UnifSp)
13		ucnextcn.t	. . . . . . 7 ⊢ 𝑇 = (UnifSt‘(𝑉 ↾s 𝐴))
14	1, 13	ressust 24583	. . . . . 6 ⊢ ((𝑉 ∈ UnifSp ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋) → 𝑇 ∈ (UnifOn‘𝐴))
15	12, 10, 14	syl2anc 596	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑇 ∈ (UnifOn‘𝐴))
16		cuspusp 24619	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑊 ∈ CUnifSp → 𝑊 ∈ UnifSp)
17	8, 16	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ UnifSp)
18	2, 5, 4	isusp 24581	. . . . . . 7 ⊢ (𝑊 ∈ UnifSp ↔ (𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑌) ∧ 𝐾 = (unifTop‘𝑈)))
19	17, 18	sylib 221	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑌) ∧ 𝐾 = (unifTop‘𝑈)))
20	19	simpld 500	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑌))
21		isucn 24597	. . . . 5 ⊢ ((𝑇 ∈ (UnifOn‘𝐴) ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑌)) → (𝐹 ∈ (𝑇 Cnu𝑈) ↔ (𝐹:𝐴⟶𝑌 ∧ ∀𝑤 ∈ 𝑈 ∃𝑣 ∈ 𝑇 ∀𝑦 ∈ 𝐴 ∀𝑧 ∈ 𝐴 (𝑦𝑣𝑧 → (𝐹‘𝑦)𝑤(𝐹‘𝑧)))))
22	15, 20, 21	syl2anc 596	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐹 ∈ (𝑇 Cnu𝑈) ↔ (𝐹:𝐴⟶𝑌 ∧ ∀𝑤 ∈ 𝑈 ∃𝑣 ∈ 𝑇 ∀𝑦 ∈ 𝐴 ∀𝑧 ∈ 𝐴 (𝑦𝑣𝑧 → (𝐹‘𝑦)𝑤(𝐹‘𝑧)))))
23	11, 22	mpbid 235	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐹:𝐴⟶𝑌 ∧ ∀𝑤 ∈ 𝑈 ∃𝑣 ∈ 𝑇 ∀𝑦 ∈ 𝐴 ∀𝑧 ∈ 𝐴 (𝑦𝑣𝑧 → (𝐹‘𝑦)𝑤(𝐹‘𝑧))))
24	23	simpld 500	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝐴⟶𝑌)
25		ucnextcn.c	. 2 ⊢ (𝜑 → ((cls‘𝐽)‘𝐴) = 𝑋)
26	20	adantr 486	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑌))
27	26	elfvexd 6922	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → 𝑌 ∈ V)
28		simpr 490	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → 𝑥 ∈ 𝑋)
29	25	adantr 486	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → ((cls‘𝐽)‘𝐴) = 𝑋)
30	28, 29	eleqtrrd 2864	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → 𝑥 ∈ ((cls‘𝐽)‘𝐴))
31	1, 3	istps 23253	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑉 ∈ TopSp ↔ 𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋))
32	6, 31	sylib 221	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋))
33	32	adantr 486	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → 𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋))
34	10	adantr 486	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → 𝐴 ⊆ 𝑋)
35		trnei 24212	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → (𝑥 ∈ ((cls‘𝐽)‘𝐴) ↔ (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴) ∈ (Fil‘𝐴)))
36	33, 34, 28, 35	syl3anc 1398	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → (𝑥 ∈ ((cls‘𝐽)‘𝐴) ↔ (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴) ∈ (Fil‘𝐴)))
37	30, 36	mpbid 235	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴) ∈ (Fil‘𝐴))
38		filfbas 24168	. . . . 5 ⊢ ((((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴) ∈ (Fil‘𝐴) → (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴) ∈ (fBas‘𝐴))
39	37, 38	syl 18	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴) ∈ (fBas‘𝐴))
40	24	adantr 486	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → 𝐹:𝐴⟶𝑌)
41		fmval 24263	. . . 4 ⊢ ((𝑌 ∈ V ∧ (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴) ∈ (fBas‘𝐴) ∧ 𝐹:𝐴⟶𝑌) → ((𝑌 FilMap 𝐹)‘(((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴)) = (𝑌filGenran (𝑎 ∈ (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴) ↦ (𝐹 “ 𝑎))))
42	27, 39, 40, 41	syl3anc 1398	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → ((𝑌 FilMap 𝐹)‘(((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴)) = (𝑌filGenran (𝑎 ∈ (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴) ↦ (𝐹 “ 𝑎))))
43	15	adantr 486	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → 𝑇 ∈ (UnifOn‘𝐴))
44	11	adantr 486	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → 𝐹 ∈ (𝑇 Cnu𝑈))
45		ucnextcn.s	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 𝑆 = (UnifSt‘𝑉)
46	1, 45, 3	isusp 24581	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑉 ∈ UnifSp ↔ (𝑆 ∈ (UnifOn‘𝑋) ∧ 𝐽 = (unifTop‘𝑆)))
47	12, 46	sylib 221	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝑆 ∈ (UnifOn‘𝑋) ∧ 𝐽 = (unifTop‘𝑆)))
48	47	simpld 500	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ (UnifOn‘𝑋))
49	48	adantr 486	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → 𝑆 ∈ (UnifOn‘𝑋))
50	12	adantr 486	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → 𝑉 ∈ UnifSp)
51	6	adantr 486	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → 𝑉 ∈ TopSp)
52	1, 3, 45	neipcfilu 24615	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑉 ∈ UnifSp ∧ 𝑉 ∈ TopSp ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → ((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ∈ (CauFilu‘𝑆))
53	50, 51, 28, 52	syl3anc 1398	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → ((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ∈ (CauFilu‘𝑆))
54		0nelfb 24151	. . . . . . . 8 ⊢ ((((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴) ∈ (fBas‘𝐴) → ¬ ∅ ∈ (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴))
55	39, 54	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → ¬ ∅ ∈ (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴))
56		trcfilu 24613	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑆 ∈ (UnifOn‘𝑋) ∧ (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ∈ (CauFilu‘𝑆) ∧ ¬ ∅ ∈ (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴)) ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋) → (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴) ∈ (CauFilu‘(𝑆 ↾t (𝐴 × 𝐴))))
57	49, 53, 55, 34, 56	syl121anc 1402	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴) ∈ (CauFilu‘(𝑆 ↾t (𝐴 × 𝐴))))
58	43	elfvexd 6922	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → 𝐴 ∈ V)
59		ressuss 24582	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ V → (UnifSt‘(𝑉 ↾s 𝐴)) = ((UnifSt‘𝑉) ↾t (𝐴 × 𝐴)))
60	45	oveq1i 7431	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑆 ↾t (𝐴 × 𝐴)) = ((UnifSt‘𝑉) ↾t (𝐴 × 𝐴))
61	59, 13, 60	3eqtr4g 2821	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ V → 𝑇 = (𝑆 ↾t (𝐴 × 𝐴)))
62	61	fveq2d 6890	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ V → (CauFilu‘𝑇) = (CauFilu‘(𝑆 ↾t (𝐴 × 𝐴))))
63	58, 62	syl 18	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → (CauFilu‘𝑇) = (CauFilu‘(𝑆 ↾t (𝐴 × 𝐴))))
64	57, 63	eleqtrrd 2864	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴) ∈ (CauFilu‘𝑇))
65		imaeq2 6048	. . . . . . 7 ⊢ (𝑎 = 𝑏 → (𝐹 “ 𝑎) = (𝐹 “ 𝑏))
66	65	cbvmptv 5209	. . . . . 6 ⊢ (𝑎 ∈ (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴) ↦ (𝐹 “ 𝑎)) = (𝑏 ∈ (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴) ↦ (𝐹 “ 𝑏))
67	66	rneqi 5919	. . . . 5 ⊢ ran (𝑎 ∈ (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴) ↦ (𝐹 “ 𝑎)) = ran (𝑏 ∈ (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴) ↦ (𝐹 “ 𝑏))
68	43, 26, 44, 64, 67	fmucnd 24611	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → ran (𝑎 ∈ (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴) ↦ (𝐹 “ 𝑎)) ∈ (CauFilu‘𝑈))
69		cfilufg 24612	. . . 4 ⊢ ((𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑌) ∧ ran (𝑎 ∈ (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴) ↦ (𝐹 “ 𝑎)) ∈ (CauFilu‘𝑈)) → (𝑌filGenran (𝑎 ∈ (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴) ↦ (𝐹 “ 𝑎))) ∈ (CauFilu‘𝑈))
70	26, 68, 69	syl2anc 596	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → (𝑌filGenran (𝑎 ∈ (((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴) ↦ (𝐹 “ 𝑎))) ∈ (CauFilu‘𝑈))
71	42, 70	eqeltrd 2861	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → ((𝑌 FilMap 𝐹)‘(((nei‘𝐽)‘{𝑥}) ↾t 𝐴)) ∈ (CauFilu‘𝑈))
72	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 24, 25, 71	cnextucn 24622	1 ⊢ (𝜑 → ((𝐽CnExt𝐾)‘𝐹) ∈ (𝐽 Cn 𝐾))

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2145  ∀wral 3077  ∃wrex 3087  Vcvv 3451   ⊆ wss 3914  ∅c0 4279  {csn 4584   class class class wbr 5103   ↦ cmpt 5186   × cxp 5649  ran crn 5652   “ cima 5654  ⟶wf 6535  ‘cfv 6539  (class class class)co 7421  Basecbs 17388   ↾_s cress 17409   ↾_t crest 17592  TopOpenctopn 17593  fBascfbas 21667  filGencfg 21668  TopOnctopon 23229  TopSpctps 23251  clsccl 23337  neicnei 23416   Cn ccn 23543  Hauscha 23627  Filcfil 24165   FilMap cfm 24253  CnExtccnext 24379  UnifOncust 24520  unifTopcutop 24550  UnifStcuss 24573  UnifSpcusp 24574   Cn_ucucn 24594  CauFil_uccfilu 24605  CUnifSpccusp 24616

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 7752  ax-cnex 11257  ax-resscn 11258  ax-1cn 11259  ax-icn 11260  ax-addcl 11261  ax-addrcl 11262  ax-mulcl 11263  ax-mulrcl 11264  ax-mulcom 11265  ax-addass 11266  ax-mulass 11267  ax-distr 11268  ax-i2m1 11269  ax-1ne0 11270  ax-1rid 11271  ax-rnegex 11272  ax-rrecex 11273  ax-cnre 11274  ax-pre-lttri 11275  ax-pre-lttrn 11276  ax-pre-ltadd 11277  ax-pre-mulgt0 11278

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-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3900  df-un 3902  df-in 3904  df-ss 3915  df-pss 4035  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-int 4908  df-iun 4953  df-iin 4954  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-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 6305  df-ord 6366  df-on 6367  df-lim 6368  df-suc 6369  df-iota 6495  df-fun 6541  df-fn 6542  df-f 6543  df-f1 6544  df-fo 6545  df-f1o 6546  df-fv 6547  df-riota 7378  df-ov 7424  df-oprab 7425  df-mpo 7426  df-om 7879  df-1st 8002  df-2nd 8003  df-frecs 8300  df-wrecs 8331  df-recs 8380  df-rdg 8419  df-1o 8477  df-2o 8478  df-er 8718  df-map 8850  df-pm 8851  df-en 8975  df-dom 8976  df-sdom 8977  df-fin 8978  df-fi 9404  df-pnf 11346  df-mnf 11347  df-xr 11348  df-ltxr 11349  df-le 11350  df-sub 11544  df-neg 11545  df-nn 12337  df-2 12406  df-3 12407  df-4 12408  df-5 12409  df-6 12410  df-7 12411  df-8 12412  df-9 12413  df-n0 12608  df-z 12695  df-dec 12816  df-sets 17343  df-slot 17361  df-ndx 17373  df-base 17389  df-ress 17410  df-unif 17452  df-rest 17594  df-topgen 17615  df-fbas 21676  df-fg 21677  df-top 23213  df-topon 23230  df-topsp 23252  df-bases 23265  df-cld 23338  df-ntr 23339  df-cls 23340  df-nei 23417  df-cn 23546  df-cnp 23547  df-haus 23634  df-reg 23635  df-tx 23882  df-fil 24166  df-fm 24258  df-flim 24259  df-flf 24260  df-cnext 24380  df-ust 24521  df-utop 24551  df-uss 24576  df-usp 24577  df-ucn 24595  df-cfilu 24606  df-cusp 24617

This theorem is used by:  rrhcn  34630