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

Theorem reperflem 22841
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 ((𝑢𝑆𝑣 ∈ ℝ) → (𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆)
reperflem.3 𝑆 ⊆ ℂ
Assertion
Ref Expression
reperflem (𝐽t 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.
StepHypRef Expression
1 cnxmet 22796 . . . . . . 7 (abs ∘ − ) ∈ (∞Met‘ℂ)
2 reperflem.3 . . . . . . . 8 𝑆 ⊆ ℂ
32sseli 3748 . . . . . . 7 (𝑢𝑆𝑢 ∈ ℂ)
4 recld2.1 . . . . . . . . 9 𝐽 = (TopOpen‘ℂfld)
54cnfldtopn 22805 . . . . . . . 8 𝐽 = (MetOpen‘(abs ∘ − ))
65neibl 22526 . . . . . . 7 (((abs ∘ − ) ∈ (∞Met‘ℂ) ∧ 𝑢 ∈ ℂ) → (𝑛 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑢}) ↔ (𝑛 ⊆ ℂ ∧ ∃𝑟 ∈ ℝ+ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ⊆ 𝑛)))
71, 3, 6sylancr 575 . . . . . 6 (𝑢𝑆 → (𝑛 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑢}) ↔ (𝑛 ⊆ ℂ ∧ ∃𝑟 ∈ ℝ+ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ⊆ 𝑛)))
8 reperflem.2 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑢𝑆𝑣 ∈ ℝ) → (𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆)
98ralrimiva 3115 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑢𝑆 → ∀𝑣 ∈ ℝ (𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆)
10 rpre 12042 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑟 ∈ ℝ+𝑟 ∈ ℝ)
1110rehalfcld 11481 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑟 ∈ ℝ+ → (𝑟 / 2) ∈ ℝ)
12 oveq2 6801 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑣 = (𝑟 / 2) → (𝑢 + 𝑣) = (𝑢 + (𝑟 / 2)))
1312eleq1d 2835 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑣 = (𝑟 / 2) → ((𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆 ↔ (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ 𝑆))
1413rspccva 3459 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((∀𝑣 ∈ ℝ (𝑢 + 𝑣) ∈ 𝑆 ∧ (𝑟 / 2) ∈ ℝ) → (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ 𝑆)
159, 11, 14syl2an 583 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ 𝑆)
162, 15sseldi 3750 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ ℂ)
173adantr 466 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → 𝑢 ∈ ℂ)
18 eqid 2771 . . . . . . . . . . . . . . 15 (abs ∘ − ) = (abs ∘ − )
1918cnmetdval 22794 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ ℂ ∧ 𝑢 ∈ ℂ) → ((𝑢 + (𝑟 / 2))(abs ∘ − )𝑢) = (abs‘((𝑢 + (𝑟 / 2)) − 𝑢)))
2016, 17, 19syl2anc 573 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢 + (𝑟 / 2))(abs ∘ − )𝑢) = (abs‘((𝑢 + (𝑟 / 2)) − 𝑢)))
21 simpr 471 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → 𝑟 ∈ ℝ+)
2221rphalfcld 12087 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑟 / 2) ∈ ℝ+)
2322rpcnd 12077 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑟 / 2) ∈ ℂ)
2417, 23pncan2d 10596 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢 + (𝑟 / 2)) − 𝑢) = (𝑟 / 2))
2524fveq2d 6336 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (abs‘((𝑢 + (𝑟 / 2)) − 𝑢)) = (abs‘(𝑟 / 2)))
2622rpred 12075 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑟 / 2) ∈ ℝ)
2722rpge0d 12079 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → 0 ≤ (𝑟 / 2))
2826, 27absidd 14369 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (abs‘(𝑟 / 2)) = (𝑟 / 2))
2920, 25, 283eqtrd 2809 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢 + (𝑟 / 2))(abs ∘ − )𝑢) = (𝑟 / 2))
30 rphalflt 12063 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑟 ∈ ℝ+ → (𝑟 / 2) < 𝑟)
3130adantl 467 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑟 / 2) < 𝑟)
3229, 31eqbrtrd 4808 . . . . . . . . . . 11 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢 + (𝑟 / 2))(abs ∘ − )𝑢) < 𝑟)
331a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (abs ∘ − ) ∈ (∞Met‘ℂ))
34 rpxr 12043 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑟 ∈ ℝ+𝑟 ∈ ℝ*)
3534adantl 467 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → 𝑟 ∈ ℝ*)
36 elbl3 22417 . . . . . . . . . . . 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))
3733, 35, 17, 16, 36syl22anc 1477 . . . . . . . . . . 11 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ↔ ((𝑢 + (𝑟 / 2))(abs ∘ − )𝑢) < 𝑟))
3832, 37mpbird 247 . . . . . . . . . 10 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟))
3922rpne0d 12080 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑟 / 2) ≠ 0)
4024, 39eqnetrd 3010 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢 + (𝑟 / 2)) − 𝑢) ≠ 0)
4116, 17, 40subne0ad 10605 . . . . . . . . . . 11 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑢 + (𝑟 / 2)) ≠ 𝑢)
42 eldifsn 4453 . . . . . . . . . . 11 ((𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ (𝑆 ∖ {𝑢}) ↔ ((𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ 𝑆 ∧ (𝑢 + (𝑟 / 2)) ≠ 𝑢))
4315, 41, 42sylanbrc 572 . . . . . . . . . 10 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ (𝑆 ∖ {𝑢}))
44 inelcm 4175 . . . . . . . . . 10 (((𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∧ (𝑢 + (𝑟 / 2)) ∈ (𝑆 ∖ {𝑢})) → ((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅)
4538, 43, 44syl2anc 573 . . . . . . . . 9 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅)
46 ssrin 3986 . . . . . . . . . 10 ((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ⊆ 𝑛 → ((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ⊆ (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})))
47 ssn0 4120 . . . . . . . . . . 11 ((((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ⊆ (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ∧ ((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅) → (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅)
4847ex 397 . . . . . . . . . 10 (((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ⊆ (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) → (((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅ → (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
4946, 48syl 17 . . . . . . . . 9 ((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ⊆ 𝑛 → (((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅ → (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
5045, 49syl5com 31 . . . . . . . 8 ((𝑢𝑆𝑟 ∈ ℝ+) → ((𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ⊆ 𝑛 → (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
5150rexlimdva 3179 . . . . . . 7 (𝑢𝑆 → (∃𝑟 ∈ ℝ+ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ⊆ 𝑛 → (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
5251adantld 478 . . . . . 6 (𝑢𝑆 → ((𝑛 ⊆ ℂ ∧ ∃𝑟 ∈ ℝ+ (𝑢(ball‘(abs ∘ − ))𝑟) ⊆ 𝑛) → (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
537, 52sylbid 230 . . . . 5 (𝑢𝑆 → (𝑛 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑢}) → (𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
5453ralrimiv 3114 . . . 4 (𝑢𝑆 → ∀𝑛 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑢})(𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅)
554cnfldtop 22807 . . . . . 6 𝐽 ∈ Top
564cnfldtopon 22806 . . . . . . . 8 𝐽 ∈ (TopOn‘ℂ)
5756toponunii 20941 . . . . . . 7 ℂ = 𝐽
5857islp2 21170 . . . . . 6 ((𝐽 ∈ Top ∧ 𝑆 ⊆ ℂ ∧ 𝑢 ∈ ℂ) → (𝑢 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆) ↔ ∀𝑛 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑢})(𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
5955, 2, 58mp3an12 1562 . . . . 5 (𝑢 ∈ ℂ → (𝑢 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆) ↔ ∀𝑛 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑢})(𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
603, 59syl 17 . . . 4 (𝑢𝑆 → (𝑢 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆) ↔ ∀𝑛 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑢})(𝑛 ∩ (𝑆 ∖ {𝑢})) ≠ ∅))
6154, 60mpbird 247 . . 3 (𝑢𝑆𝑢 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆))
6261ssriv 3756 . 2 𝑆 ⊆ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)
63 eqid 2771 . . . 4 (𝐽t 𝑆) = (𝐽t 𝑆)
6457, 63restperf 21209 . . 3 ((𝐽 ∈ Top ∧ 𝑆 ⊆ ℂ) → ((𝐽t 𝑆) ∈ Perf ↔ 𝑆 ⊆ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)))
6555, 2, 64mp2an 672 . 2 ((𝐽t 𝑆) ∈ Perf ↔ 𝑆 ⊆ ((limPt‘𝐽)‘𝑆))
6662, 65mpbir 221 1 (𝐽t 𝑆) ∈ Perf
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 382   = wceq 1631  wcel 2145  wne 2943  wral 3061  wrex 3062  cdif 3720  cin 3722  wss 3723  c0 4063  {csn 4316   class class class wbr 4786  ccom 5253  cfv 6031  (class class class)co 6793  cc 10136  cr 10137  0cc0 10138   + caddc 10141  *cxr 10275   < clt 10276  cmin 10468   / cdiv 10886  2c2 11272  +crp 12035  abscabs 14182  t crest 16289  TopOpenctopn 16290  ∞Metcxmt 19946  ballcbl 19948  fldccnfld 19961  Topctop 20918  neicnei 21122  limPtclp 21159  Perfcperf 21160
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1870  ax-4 1885  ax-5 1991  ax-6 2057  ax-7 2093  ax-8 2147  ax-9 2154  ax-10 2174  ax-11 2190  ax-12 2203  ax-13 2408  ax-ext 2751  ax-rep 4904  ax-sep 4915  ax-nul 4923  ax-pow 4974  ax-pr 5034  ax-un 7096  ax-cnex 10194  ax-resscn 10195  ax-1cn 10196  ax-icn 10197  ax-addcl 10198  ax-addrcl 10199  ax-mulcl 10200  ax-mulrcl 10201  ax-mulcom 10202  ax-addass 10203  ax-mulass 10204  ax-distr 10205  ax-i2m1 10206  ax-1ne0 10207  ax-1rid 10208  ax-rnegex 10209  ax-rrecex 10210  ax-cnre 10211  ax-pre-lttri 10212  ax-pre-lttrn 10213  ax-pre-ltadd 10214  ax-pre-mulgt0 10215  ax-pre-sup 10216
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-an 383  df-or 837  df-3or 1072  df-3an 1073  df-tru 1634  df-ex 1853  df-nf 1858  df-sb 2050  df-eu 2622  df-mo 2623  df-clab 2758  df-cleq 2764  df-clel 2767  df-nfc 2902  df-ne 2944  df-nel 3047  df-ral 3066  df-rex 3067  df-reu 3068  df-rmo 3069  df-rab 3070  df-v 3353  df-sbc 3588  df-csb 3683  df-dif 3726  df-un 3728  df-in 3730  df-ss 3737  df-pss 3739  df-nul 4064  df-if 4226  df-pw 4299  df-sn 4317  df-pr 4319  df-tp 4321  df-op 4323  df-uni 4575  df-int 4612  df-iun 4656  df-iin 4657  df-br 4787  df-opab 4847  df-mpt 4864  df-tr 4887  df-id 5157  df-eprel 5162  df-po 5170  df-so 5171  df-fr 5208  df-we 5210  df-xp 5255  df-rel 5256  df-cnv 5257  df-co 5258  df-dm 5259  df-rn 5260  df-res 5261  df-ima 5262  df-pred 5823  df-ord 5869  df-on 5870  df-lim 5871  df-suc 5872  df-iota 5994  df-fun 6033  df-fn 6034  df-f 6035  df-f1 6036  df-fo 6037  df-f1o 6038  df-fv 6039  df-riota 6754  df-ov 6796  df-oprab 6797  df-mpt2 6798  df-om 7213  df-1st 7315  df-2nd 7316  df-wrecs 7559  df-recs 7621  df-rdg 7659  df-1o 7713  df-oadd 7717  df-er 7896  df-map 8011  df-en 8110  df-dom 8111  df-sdom 8112  df-fin 8113  df-fi 8473  df-sup 8504  df-inf 8505  df-pnf 10278  df-mnf 10279  df-xr 10280  df-ltxr 10281  df-le 10282  df-sub 10470  df-neg 10471  df-div 10887  df-nn 11223  df-2 11281  df-3 11282  df-4 11283  df-5 11284  df-6 11285  df-7 11286  df-8 11287  df-9 11288  df-n0 11495  df-z 11580  df-dec 11696  df-uz 11889  df-q 11992  df-rp 12036  df-xneg 12151  df-xadd 12152  df-xmul 12153  df-fz 12534  df-seq 13009  df-exp 13068  df-cj 14047  df-re 14048  df-im 14049  df-sqrt 14183  df-abs 14184  df-struct 16066  df-ndx 16067  df-slot 16068  df-base 16070  df-plusg 16162  df-mulr 16163  df-starv 16164  df-tset 16168  df-ple 16169  df-ds 16172  df-unif 16173  df-rest 16291  df-topn 16292  df-topgen 16312  df-psmet 19953  df-xmet 19954  df-met 19955  df-bl 19956  df-mopn 19957  df-cnfld 19962  df-top 20919  df-topon 20936  df-topsp 20958  df-bases 20971  df-cld 21044  df-ntr 21045  df-cls 21046  df-nei 21123  df-lp 21161  df-perf 21162  df-xms 22345  df-ms 22346
This theorem is referenced by:  reperf  22842  cnperf  22843
  Copyright terms: Public domain W3C validator