Theorem xmetdcn2 23906

Description: The metric function of an extended metric space is always continuous in the topology generated by it. In this variation of xmetdcn 23907 we use the metric topology instead of the order topology on ℝ^*, which makes the theorem a bit stronger. Since +∞ is an isolated point in the metric topology, this is saying that for any points 𝐴, 𝐵 which are an infinite distance apart, there is a product neighborhood around ⟨𝐴, 𝐵⟩ such that 𝑑(𝑎, 𝑏) = +∞ for any 𝑎 near 𝐴 and 𝑏 near 𝐵, i.e., the distance function is locally constant +∞. (Contributed by Mario Carneiro, 5-May-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 4-Sep-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
xmetdcn2.1	⊢ 𝐽 = (MetOpen‘𝐷)
xmetdcn2.2	⊢ 𝐶 = (dist‘ℝ*𝑠)
xmetdcn2.3	⊢ 𝐾 = (MetOpen‘𝐶)

Assertion

Ref	Expression
xmetdcn2	⊢ (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝐷 ∈ ((𝐽 ×t 𝐽) Cn 𝐾))

Proof of Theorem xmetdcn2

Dummy variables 𝑠 𝑟 𝑤 𝑥 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		xmetf 23390	. 2 ⊢ (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝐷:(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ*)
2		rphalfcl 12686	. . . . 5 ⊢ (𝑟 ∈ ℝ+ → (𝑟 / 2) ∈ ℝ+)
3		xmetdcn2.1	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐽 = (MetOpen‘𝐷)
4		xmetdcn2.2	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐶 = (dist‘ℝ*𝑠)
5		xmetdcn2.3	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐾 = (MetOpen‘𝐶)
6		simp-4l 779	. . . . . . . 8 ⊢ (((((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ (𝑧 ∈ 𝑋 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ ((𝑥𝐷𝑧) < (𝑟 / 2) ∧ (𝑦𝐷𝑤) < (𝑟 / 2))) → 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋))
7		simplrl 773	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → 𝑥 ∈ 𝑋)
8	7	ad2antrr 722	. . . . . . . 8 ⊢ (((((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ (𝑧 ∈ 𝑋 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ ((𝑥𝐷𝑧) < (𝑟 / 2) ∧ (𝑦𝐷𝑤) < (𝑟 / 2))) → 𝑥 ∈ 𝑋)
9		simplrr 774	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → 𝑦 ∈ 𝑋)
10	9	ad2antrr 722	. . . . . . . 8 ⊢ (((((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ (𝑧 ∈ 𝑋 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ ((𝑥𝐷𝑧) < (𝑟 / 2) ∧ (𝑦𝐷𝑤) < (𝑟 / 2))) → 𝑦 ∈ 𝑋)
11		simpllr 772	. . . . . . . 8 ⊢ (((((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ (𝑧 ∈ 𝑋 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ ((𝑥𝐷𝑧) < (𝑟 / 2) ∧ (𝑦𝐷𝑤) < (𝑟 / 2))) → 𝑟 ∈ ℝ+)
12		simplrl 773	. . . . . . . 8 ⊢ (((((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ (𝑧 ∈ 𝑋 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ ((𝑥𝐷𝑧) < (𝑟 / 2) ∧ (𝑦𝐷𝑤) < (𝑟 / 2))) → 𝑧 ∈ 𝑋)
13		simplrr 774	. . . . . . . 8 ⊢ (((((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ (𝑧 ∈ 𝑋 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ ((𝑥𝐷𝑧) < (𝑟 / 2) ∧ (𝑦𝐷𝑤) < (𝑟 / 2))) → 𝑤 ∈ 𝑋)
14		simprl 767	. . . . . . . 8 ⊢ (((((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ (𝑧 ∈ 𝑋 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ ((𝑥𝐷𝑧) < (𝑟 / 2) ∧ (𝑦𝐷𝑤) < (𝑟 / 2))) → (𝑥𝐷𝑧) < (𝑟 / 2))
15		simprr 769	. . . . . . . 8 ⊢ (((((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ (𝑧 ∈ 𝑋 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ ((𝑥𝐷𝑧) < (𝑟 / 2) ∧ (𝑦𝐷𝑤) < (𝑟 / 2))) → (𝑦𝐷𝑤) < (𝑟 / 2))
16	3, 4, 5, 6, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15	metdcnlem 23905	. . . . . . 7 ⊢ (((((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ (𝑧 ∈ 𝑋 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) ∧ ((𝑥𝐷𝑧) < (𝑟 / 2) ∧ (𝑦𝐷𝑤) < (𝑟 / 2))) → ((𝑥𝐷𝑦)𝐶(𝑧𝐷𝑤)) < 𝑟)
17	16	ex 412	. . . . . 6 ⊢ ((((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) ∧ (𝑧 ∈ 𝑋 ∧ 𝑤 ∈ 𝑋)) → (((𝑥𝐷𝑧) < (𝑟 / 2) ∧ (𝑦𝐷𝑤) < (𝑟 / 2)) → ((𝑥𝐷𝑦)𝐶(𝑧𝐷𝑤)) < 𝑟))
18	17	ralrimivva 3114	. . . . 5 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → ∀𝑧 ∈ 𝑋 ∀𝑤 ∈ 𝑋 (((𝑥𝐷𝑧) < (𝑟 / 2) ∧ (𝑦𝐷𝑤) < (𝑟 / 2)) → ((𝑥𝐷𝑦)𝐶(𝑧𝐷𝑤)) < 𝑟))
19		breq2 5074	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑠 = (𝑟 / 2) → ((𝑥𝐷𝑧) < 𝑠 ↔ (𝑥𝐷𝑧) < (𝑟 / 2)))
20		breq2 5074	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑠 = (𝑟 / 2) → ((𝑦𝐷𝑤) < 𝑠 ↔ (𝑦𝐷𝑤) < (𝑟 / 2)))
21	19, 20	anbi12d 630	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑠 = (𝑟 / 2) → (((𝑥𝐷𝑧) < 𝑠 ∧ (𝑦𝐷𝑤) < 𝑠) ↔ ((𝑥𝐷𝑧) < (𝑟 / 2) ∧ (𝑦𝐷𝑤) < (𝑟 / 2))))
22	21	imbi1d 341	. . . . . . 7 ⊢ (𝑠 = (𝑟 / 2) → ((((𝑥𝐷𝑧) < 𝑠 ∧ (𝑦𝐷𝑤) < 𝑠) → ((𝑥𝐷𝑦)𝐶(𝑧𝐷𝑤)) < 𝑟) ↔ (((𝑥𝐷𝑧) < (𝑟 / 2) ∧ (𝑦𝐷𝑤) < (𝑟 / 2)) → ((𝑥𝐷𝑦)𝐶(𝑧𝐷𝑤)) < 𝑟)))
23	22	2ralbidv 3122	. . . . . 6 ⊢ (𝑠 = (𝑟 / 2) → (∀𝑧 ∈ 𝑋 ∀𝑤 ∈ 𝑋 (((𝑥𝐷𝑧) < 𝑠 ∧ (𝑦𝐷𝑤) < 𝑠) → ((𝑥𝐷𝑦)𝐶(𝑧𝐷𝑤)) < 𝑟) ↔ ∀𝑧 ∈ 𝑋 ∀𝑤 ∈ 𝑋 (((𝑥𝐷𝑧) < (𝑟 / 2) ∧ (𝑦𝐷𝑤) < (𝑟 / 2)) → ((𝑥𝐷𝑦)𝐶(𝑧𝐷𝑤)) < 𝑟)))
24	23	rspcev 3552	. . . . 5 ⊢ (((𝑟 / 2) ∈ ℝ+ ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑋 ∀𝑤 ∈ 𝑋 (((𝑥𝐷𝑧) < (𝑟 / 2) ∧ (𝑦𝐷𝑤) < (𝑟 / 2)) → ((𝑥𝐷𝑦)𝐶(𝑧𝐷𝑤)) < 𝑟)) → ∃𝑠 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ 𝑋 ∀𝑤 ∈ 𝑋 (((𝑥𝐷𝑧) < 𝑠 ∧ (𝑦𝐷𝑤) < 𝑠) → ((𝑥𝐷𝑦)𝐶(𝑧𝐷𝑤)) < 𝑟))
25	2, 18, 24	syl2an2 682	. . . 4 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) ∧ 𝑟 ∈ ℝ+) → ∃𝑠 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ 𝑋 ∀𝑤 ∈ 𝑋 (((𝑥𝐷𝑧) < 𝑠 ∧ (𝑦𝐷𝑤) < 𝑠) → ((𝑥𝐷𝑦)𝐶(𝑧𝐷𝑤)) < 𝑟))
26	25	ralrimiva 3107	. . 3 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)) → ∀𝑟 ∈ ℝ+ ∃𝑠 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ 𝑋 ∀𝑤 ∈ 𝑋 (((𝑥𝐷𝑧) < 𝑠 ∧ (𝑦𝐷𝑤) < 𝑠) → ((𝑥𝐷𝑦)𝐶(𝑧𝐷𝑤)) < 𝑟))
27	26	ralrimivva 3114	. 2 ⊢ (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 ∀𝑟 ∈ ℝ+ ∃𝑠 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ 𝑋 ∀𝑤 ∈ 𝑋 (((𝑥𝐷𝑧) < 𝑠 ∧ (𝑦𝐷𝑤) < 𝑠) → ((𝑥𝐷𝑦)𝐶(𝑧𝐷𝑤)) < 𝑟))
28		id 22	. . 3 ⊢ (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋))
29	4	xrsxmet 23878	. . . 4 ⊢ 𝐶 ∈ (∞Met‘ℝ*)
30	29	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝐶 ∈ (∞Met‘ℝ*))
31	3, 3, 5	txmetcn 23610	. . 3 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝐶 ∈ (∞Met‘ℝ*)) → (𝐷 ∈ ((𝐽 ×t 𝐽) Cn 𝐾) ↔ (𝐷:(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 ∀𝑟 ∈ ℝ+ ∃𝑠 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ 𝑋 ∀𝑤 ∈ 𝑋 (((𝑥𝐷𝑧) < 𝑠 ∧ (𝑦𝐷𝑤) < 𝑠) → ((𝑥𝐷𝑦)𝐶(𝑧𝐷𝑤)) < 𝑟))))
32	28, 30, 31	mpd3an23 1461	. 2 ⊢ (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → (𝐷 ∈ ((𝐽 ×t 𝐽) Cn 𝐾) ↔ (𝐷:(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∀𝑦 ∈ 𝑋 ∀𝑟 ∈ ℝ+ ∃𝑠 ∈ ℝ+ ∀𝑧 ∈ 𝑋 ∀𝑤 ∈ 𝑋 (((𝑥𝐷𝑧) < 𝑠 ∧ (𝑦𝐷𝑤) < 𝑠) → ((𝑥𝐷𝑦)𝐶(𝑧𝐷𝑤)) < 𝑟))))
33	1, 27, 32	mpbir2and 709	1 ⊢ (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝐷 ∈ ((𝐽 ×t 𝐽) Cn 𝐾))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 395   = wceq 1539   ∈ wcel 2108  ∀wral 3063  ∃wrex 3064   class class class wbr 5070   × cxp 5578  ⟶wf 6414  ‘cfv 6418  (class class class)co 7255  ℝ^*cxr 10939   < clt 10940   / cdiv 11562  2c2 11958  ℝ⁺crp 12659  distcds 16897  ℝ^*_𝑠cxrs 17128  ∞Metcxmet 20495  MetOpencmopn 20500   Cn ccn 22283   ×_t ctx 22619

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1799  ax-4 1813  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2139  ax-11 2156  ax-12 2173  ax-ext 2709  ax-rep 5205  ax-sep 5218  ax-nul 5225  ax-pow 5283  ax-pr 5347  ax-un 7566  ax-cnex 10858  ax-resscn 10859  ax-1cn 10860  ax-icn 10861  ax-addcl 10862  ax-addrcl 10863  ax-mulcl 10864  ax-mulrcl 10865  ax-mulcom 10866  ax-addass 10867  ax-mulass 10868  ax-distr 10869  ax-i2m1 10870  ax-1ne0 10871  ax-1rid 10872  ax-rnegex 10873  ax-rrecex 10874  ax-cnre 10875  ax-pre-lttri 10876  ax-pre-lttrn 10877  ax-pre-ltadd 10878  ax-pre-mulgt0 10879  ax-pre-sup 10880

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 844  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1784  df-nf 1788  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2817  df-nfc 2888  df-ne 2943  df-nel 3049  df-ral 3068  df-rex 3069  df-reu 3070  df-rmo 3071  df-rab 3072  df-v 3424  df-sbc 3712  df-csb 3829  df-dif 3886  df-un 3888  df-in 3890  df-ss 3900  df-pss 3902  df-nul 4254  df-if 4457  df-pw 4532  df-sn 4559  df-pr 4561  df-tp 4563  df-op 4565  df-uni 4837  df-int 4877  df-iun 4923  df-iin 4924  df-br 5071  df-opab 5133  df-mpt 5154  df-tr 5188  df-id 5480  df-eprel 5486  df-po 5494  df-so 5495  df-fr 5535  df-se 5536  df-we 5537  df-xp 5586  df-rel 5587  df-cnv 5588  df-co 5589  df-dm 5590  df-rn 5591  df-res 5592  df-ima 5593  df-pred 6191  df-ord 6254  df-on 6255  df-lim 6256  df-suc 6257  df-iota 6376  df-fun 6420  df-fn 6421  df-f 6422  df-f1 6423  df-fo 6424  df-f1o 6425  df-fv 6426  df-isom 6427  df-riota 7212  df-ov 7258  df-oprab 7259  df-mpo 7260  df-of 7511  df-om 7688  df-1st 7804  df-2nd 7805  df-supp 7949  df-frecs 8068  df-wrecs 8099  df-recs 8173  df-rdg 8212  df-1o 8267  df-2o 8268  df-er 8456  df-map 8575  df-ixp 8644  df-en 8692  df-dom 8693  df-sdom 8694  df-fin 8695  df-fsupp 9059  df-fi 9100  df-sup 9131  df-inf 9132  df-oi 9199  df-card 9628  df-pnf 10942  df-mnf 10943  df-xr 10944  df-ltxr 10945  df-le 10946  df-sub 11137  df-neg 11138  df-div 11563  df-nn 11904  df-2 11966  df-3 11967  df-4 11968  df-5 11969  df-6 11970  df-7 11971  df-8 11972  df-9 11973  df-n0 12164  df-z 12250  df-dec 12367  df-uz 12512  df-q 12618  df-rp 12660  df-xneg 12777  df-xadd 12778  df-xmul 12779  df-icc 13015  df-fz 13169  df-fzo 13312  df-seq 13650  df-exp 13711  df-hash 13973  df-cj 14738  df-re 14739  df-im 14740  df-sqrt 14874  df-abs 14875  df-struct 16776  df-sets 16793  df-slot 16811  df-ndx 16823  df-base 16841  df-ress 16868  df-plusg 16901  df-mulr 16902  df-sca 16904  df-vsca 16905  df-ip 16906  df-tset 16907  df-ple 16908  df-ds 16910  df-hom 16912  df-cco 16913  df-rest 17050  df-topn 17051  df-0g 17069  df-gsum 17070  df-topgen 17071  df-pt 17072  df-prds 17075  df-xrs 17130  df-qtop 17135  df-imas 17136  df-xps 17138  df-mre 17212  df-mrc 17213  df-acs 17215  df-mgm 18241  df-sgrp 18290  df-mnd 18301  df-submnd 18346  df-mulg 18616  df-cntz 18838  df-cmn 19303  df-psmet 20502  df-xmet 20503  df-bl 20505  df-mopn 20506  df-top 21951  df-topon 21968  df-topsp 21990  df-bases 22004  df-cn 22286  df-cnp 22287  df-tx 22621  df-hmeo 22814  df-xms 23381  df-tms 23383

This theorem is referenced by:  xmetdcn  23907