MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  lmmbr Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem lmmbr 23276
Description: Express the binary relation "sequence 𝐹 converges to point 𝑃 " in a metric space. Definition 1.4-1 of [Kreyszig] p. 25. The condition 𝐹 ⊆ (ℂ × 𝑋) allows us to use objects more general than sequences when convenient; see the comment in df-lm 21255. (Contributed by NM, 7-Dec-2006.) (Revised by Mario Carneiro, 1-May-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
lmmbr.2 𝐽 = (MetOpen‘𝐷)
lmmbr.3 (𝜑𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋))
Assertion
Ref Expression
lmmbr (𝜑 → (𝐹(⇝𝑡𝐽)𝑃 ↔ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥))))
Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝐷   𝑥,𝐹,𝑦   𝑥,𝑃,𝑦   𝑥,𝑋,𝑦   𝑥,𝐽,𝑦   𝜑,𝑥
Allowed substitution hint:   𝜑(𝑦)

Proof of Theorem lmmbr
Dummy variable 𝑢 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 lmmbr.3 . . . 4 (𝜑𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋))
2 lmmbr.2 . . . . 5 𝐽 = (MetOpen‘𝐷)
32mopntopon 22465 . . . 4 (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋))
41, 3syl 17 . . 3 (𝜑𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋))
54lmbr 21284 . 2 (𝜑 → (𝐹(⇝𝑡𝐽)𝑃 ↔ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢))))
6 rpxr 12053 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℝ*)
72blopn 22526 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑃𝑋𝑥 ∈ ℝ*) → (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∈ 𝐽)
86, 7syl3an3 1170 . . . . . . . . . . 11 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑃𝑋𝑥 ∈ ℝ+) → (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∈ 𝐽)
9 blcntr 22439 . . . . . . . . . . 11 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑃𝑋𝑥 ∈ ℝ+) → 𝑃 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥))
10 eleq2 2828 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑢 = (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → (𝑃𝑢𝑃 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
11 feq3 6189 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑢 = (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → ((𝐹𝑦):𝑦𝑢 ↔ (𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
1211rexbidv 3190 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑢 = (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → (∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢 ↔ ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
1310, 12imbi12d 333 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑢 = (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → ((𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢) ↔ (𝑃 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥))))
1413rspcva 3447 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∈ 𝐽 ∧ ∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)) → (𝑃 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
1514impancom 455 . . . . . . . . . . 11 (((𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∈ 𝐽𝑃 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥)) → (∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
168, 9, 15syl2anc 696 . . . . . . . . . 10 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑃𝑋𝑥 ∈ ℝ+) → (∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
17163expa 1112 . . . . . . . . 9 (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑃𝑋) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
1817adantlrl 758 . . . . . . . 8 (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋)) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
1918impancom 455 . . . . . . 7 (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋)) ∧ ∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)) → (𝑥 ∈ ℝ+ → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
2019ralrimiv 3103 . . . . . 6 (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋)) ∧ ∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)) → ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥))
212mopni2 22519 . . . . . . . . . . 11 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑢𝐽𝑃𝑢) → ∃𝑥 ∈ ℝ+ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢)
22 r19.29 3210 . . . . . . . . . . . 12 ((∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ+ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢) → ∃𝑥 ∈ ℝ+ (∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∧ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢))
23 fss 6217 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∧ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢) → (𝐹𝑦):𝑦𝑢)
2423expcom 450 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢 → ((𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → (𝐹𝑦):𝑦𝑢))
2524reximdv 3154 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢 → (∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢))
2625impcom 445 . . . . . . . . . . . . 13 ((∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∧ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)
2726rexlimivw 3167 . . . . . . . . . . . 12 (∃𝑥 ∈ ℝ+ (∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∧ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)
2822, 27syl 17 . . . . . . . . . . 11 ((∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ+ (𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ⊆ 𝑢) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)
2921, 28sylan2 492 . . . . . . . . . 10 ((∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) ∧ (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑢𝐽𝑃𝑢)) → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)
30293exp2 1448 . . . . . . . . 9 (∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥) → (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → (𝑢𝐽 → (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢))))
3130impcom 445 . . . . . . . 8 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)) → (𝑢𝐽 → (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)))
3231adantlr 753 . . . . . . 7 (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋)) ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)) → (𝑢𝐽 → (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)))
3332ralrimiv 3103 . . . . . 6 (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋)) ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)) → ∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢))
3420, 33impbida 913 . . . . 5 ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋)) → (∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
3534pm5.32da 676 . . . 4 (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → (((𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋) ∧ ∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)) ↔ ((𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋) ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥))))
36 df-3an 1074 . . . 4 ((𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)) ↔ ((𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋) ∧ ∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)))
37 df-3an 1074 . . . 4 ((𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)) ↔ ((𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋) ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥)))
3835, 36, 373bitr4g 303 . . 3 (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → ((𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)) ↔ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥))))
391, 38syl 17 . 2 (𝜑 → ((𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀𝑢𝐽 (𝑃𝑢 → ∃𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦𝑢)) ↔ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥))))
405, 39bitrd 268 1 (𝜑 → (𝐹(⇝𝑡𝐽)𝑃 ↔ (𝐹 ∈ (𝑋pm ℂ) ∧ 𝑃𝑋 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+𝑦 ∈ ran ℤ(𝐹𝑦):𝑦⟶(𝑃(ball‘𝐷)𝑥))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 383  w3a 1072   = wceq 1632  wcel 2139  wral 3050  wrex 3051  wss 3715   class class class wbr 4804  ran crn 5267  cres 5268  wf 6045  cfv 6049  (class class class)co 6814  pm cpm 8026  cc 10146  *cxr 10285  cuz 11899  +crp 12045  ∞Metcxmt 19953  ballcbl 19955  MetOpencmopn 19958  TopOnctopon 20937  𝑡clm 21252
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1871  ax-4 1886  ax-5 1988  ax-6 2054  ax-7 2090  ax-8 2141  ax-9 2148  ax-10 2168  ax-11 2183  ax-12 2196  ax-13 2391  ax-ext 2740  ax-sep 4933  ax-nul 4941  ax-pow 4992  ax-pr 5055  ax-un 7115  ax-cnex 10204  ax-resscn 10205  ax-1cn 10206  ax-icn 10207  ax-addcl 10208  ax-addrcl 10209  ax-mulcl 10210  ax-mulrcl 10211  ax-mulcom 10212  ax-addass 10213  ax-mulass 10214  ax-distr 10215  ax-i2m1 10216  ax-1ne0 10217  ax-1rid 10218  ax-rnegex 10219  ax-rrecex 10220  ax-cnre 10221  ax-pre-lttri 10222  ax-pre-lttrn 10223  ax-pre-ltadd 10224  ax-pre-mulgt0 10225  ax-pre-sup 10226
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1635  df-ex 1854  df-nf 1859  df-sb 2047  df-eu 2611  df-mo 2612  df-clab 2747  df-cleq 2753  df-clel 2756  df-nfc 2891  df-ne 2933  df-nel 3036  df-ral 3055  df-rex 3056  df-reu 3057  df-rmo 3058  df-rab 3059  df-v 3342  df-sbc 3577  df-csb 3675  df-dif 3718  df-un 3720  df-in 3722  df-ss 3729  df-pss 3731  df-nul 4059  df-if 4231  df-pw 4304  df-sn 4322  df-pr 4324  df-tp 4326  df-op 4328  df-uni 4589  df-iun 4674  df-br 4805  df-opab 4865  df-mpt 4882  df-tr 4905  df-id 5174  df-eprel 5179  df-po 5187  df-so 5188  df-fr 5225  df-we 5227  df-xp 5272  df-rel 5273  df-cnv 5274  df-co 5275  df-dm 5276  df-rn 5277  df-res 5278  df-ima 5279  df-pred 5841  df-ord 5887  df-on 5888  df-lim 5889  df-suc 5890  df-iota 6012  df-fun 6051  df-fn 6052  df-f 6053  df-f1 6054  df-fo 6055  df-f1o 6056  df-fv 6057  df-riota 6775  df-ov 6817  df-oprab 6818  df-mpt2 6819  df-om 7232  df-1st 7334  df-2nd 7335  df-wrecs 7577  df-recs 7638  df-rdg 7676  df-er 7913  df-map 8027  df-en 8124  df-dom 8125  df-sdom 8126  df-sup 8515  df-inf 8516  df-pnf 10288  df-mnf 10289  df-xr 10290  df-ltxr 10291  df-le 10292  df-sub 10480  df-neg 10481  df-div 10897  df-nn 11233  df-2 11291  df-n0 11505  df-z 11590  df-uz 11900  df-q 12002  df-rp 12046  df-xneg 12159  df-xadd 12160  df-xmul 12161  df-topgen 16326  df-psmet 19960  df-xmet 19961  df-bl 19963  df-mopn 19964  df-top 20921  df-topon 20938  df-bases 20972  df-lm 21255
This theorem is referenced by:  lmmbr2  23277  lmcau  23331
  Copyright terms: Public domain W3C validator