Metamath Proof Explorer


Theorem cvxpconn

Description: A convex subset of the complex numbers is path-connected. (Contributed by Mario Carneiro, 12-Feb-2015) Avoid ax-mulf . (Revised by GG, 19-Apr-2025)

Ref Expression
Hypotheses cvxpconn.1 ⊢ φ → S ⊆ ℂ
cvxpconn.2 ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ t ∈ 0 1 → t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ∈ S
cvxpconn.3 ⊢ J = TopOpen ⁡ ℂ fld
cvxpconn.4 ⊢ K = J ↾ 𝑡 S
Assertion cvxpconn ⊢ φ → K ∈ PConn

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cvxpconn.1 ⊢ φ → S ⊆ ℂ
2 cvxpconn.2 ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ t ∈ 0 1 → t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ∈ S
3 cvxpconn.3 ⊢ J = TopOpen ⁡ ℂ fld
4 cvxpconn.4 ⊢ K = J ↾ 𝑡 S
5 3 cnfldtop ⊢ J ∈ Top
6 cnex ⊢ ℂ ∈ V
7 ssexg ⊢ S ⊆ ℂ ∧ ℂ ∈ V → S ∈ V
8 1 6 7 sylancl ⊢ φ → S ∈ V
9 resttop ⊢ J ∈ Top ∧ S ∈ V → J ↾ 𝑡 S ∈ Top
10 5 8 9 sylancr ⊢ φ → J ↾ 𝑡 S ∈ Top
11 4 10 eqeltrid ⊢ φ → K ∈ Top
12 3 dfii3 ⊢ II = J ↾ 𝑡 0 1
13 3 cnfldtopon ⊢ J ∈ TopOn ⁡ ℂ
14 13 a1i ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → J ∈ TopOn ⁡ ℂ
15 unitsscn ⊢ 0 1 ⊆ ℂ
16 15 a1i ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → 0 1 ⊆ ℂ
17 13 a1i ⊢ φ ∧ x ∈ S → J ∈ TopOn ⁡ ℂ
18 17 cnmptid ⊢ φ ∧ x ∈ S → t ∈ ℂ ⟼ t ∈ J Cn J
19 1 sselda ⊢ φ ∧ x ∈ S → x ∈ ℂ
20 17 17 19 cnmptc ⊢ φ ∧ x ∈ S → t ∈ ℂ ⟼ x ∈ J Cn J
21 3 mpomulcn ⊢ u ∈ ℂ , v ∈ ℂ ⟼ u ⁢ v ∈ J × t J Cn J
22 21 a1i ⊢ φ ∧ x ∈ S → u ∈ ℂ , v ∈ ℂ ⟼ u ⁢ v ∈ J × t J Cn J
23 oveq12 ⊢ u = t ∧ v = x → u ⁢ v = t ⁢ x
24 17 18 20 17 17 22 23 cnmpt12 ⊢ φ ∧ x ∈ S → t ∈ ℂ ⟼ t ⁢ x ∈ J Cn J
25 24 adantrl ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → t ∈ ℂ ⟼ t ⁢ x ∈ J Cn J
26 13 a1i ⊢ φ → J ∈ TopOn ⁡ ℂ
27 1cnd ⊢ φ → 1 ∈ ℂ
28 26 26 27 cnmptc ⊢ φ → t ∈ ℂ ⟼ 1 ∈ J Cn J
29 3 cncfcn1 ⊢ ℂ ⟶cn ℂ = J Cn J
30 28 29 eleqtrrdi ⊢ φ → t ∈ ℂ ⟼ 1 : ℂ ⟶cn ℂ
31 26 cnmptid ⊢ φ → t ∈ ℂ ⟼ t ∈ J Cn J
32 31 29 eleqtrrdi ⊢ φ → t ∈ ℂ ⟼ t : ℂ ⟶cn ℂ
33 30 32 subcncf ⊢ φ → t ∈ ℂ ⟼ 1 − t : ℂ ⟶cn ℂ
34 33 29 eleqtrdi ⊢ φ → t ∈ ℂ ⟼ 1 − t ∈ J Cn J
35 34 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → t ∈ ℂ ⟼ 1 − t ∈ J Cn J
36 1 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → S ⊆ ℂ
37 simprl ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → y ∈ S
38 36 37 sseldd ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → y ∈ ℂ
39 14 14 38 cnmptc ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → t ∈ ℂ ⟼ y ∈ J Cn J
40 21 a1i ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → u ∈ ℂ , v ∈ ℂ ⟼ u ⁢ v ∈ J × t J Cn J
41 oveq12 ⊢ u = 1 − t ∧ v = y → u ⁢ v = 1 − t ⁢ y
42 14 35 39 14 14 40 41 cnmpt12 ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → t ∈ ℂ ⟼ 1 − t ⁢ y ∈ J Cn J
43 3 addcn ⊢ + ∈ J × t J Cn J
44 43 a1i ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → + ∈ J × t J Cn J
45 14 25 42 44 cnmpt12f ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → t ∈ ℂ ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ∈ J Cn J
46 12 14 16 45 cnmpt1res ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ∈ II Cn J
47 2 3exp2 ⊢ φ → x ∈ S → y ∈ S → t ∈ 0 1 → t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ∈ S
48 47 com23 ⊢ φ → y ∈ S → x ∈ S → t ∈ 0 1 → t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ∈ S
49 48 imp42 ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S ∧ t ∈ 0 1 → t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ∈ S
50 49 fmpttd ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y : 0 1 ⟶ S
51 50 frnd ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → ran ⁡ t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ⊆ S
52 cnrest2 ⊢ J ∈ TopOn ⁡ ℂ ∧ ran ⁡ t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ⊆ S ∧ S ⊆ ℂ → t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ∈ II Cn J ↔ t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ∈ II Cn J ↾ 𝑡 S
53 13 51 36 52 mp3an2i ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ∈ II Cn J ↔ t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ∈ II Cn J ↾ 𝑡 S
54 46 53 mpbid ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ∈ II Cn J ↾ 𝑡 S
55 4 oveq2i ⊢ II Cn K = II Cn J ↾ 𝑡 S
56 54 55 eleqtrrdi ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ∈ II Cn K
57 0elunit ⊢ 0 ∈ 0 1
58 oveq1 ⊢ t = 0 → t ⁢ x = 0 ⋅ x
59 oveq2 ⊢ t = 0 → 1 − t = 1 − 0
60 1m0e1 ⊢ 1 − 0 = 1
61 59 60 eqtrdi ⊢ t = 0 → 1 − t = 1
62 61 oveq1d ⊢ t = 0 → 1 − t ⁢ y = 1 ⁢ y
63 58 62 oveq12d ⊢ t = 0 → t ⁢ x + 1 − t ⁢ y = 0 ⋅ x + 1 ⁢ y
64 eqid ⊢ t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y = t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y
65 ovex ⊢ 0 ⋅ x + 1 ⁢ y ∈ V
66 63 64 65 fvmpt ⊢ 0 ∈ 0 1 → t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ⁡ 0 = 0 ⋅ x + 1 ⁢ y
67 57 66 ax-mp ⊢ t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ⁡ 0 = 0 ⋅ x + 1 ⁢ y
68 19 adantrl ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → x ∈ ℂ
69 68 mul02d ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → 0 ⋅ x = 0
70 38 mullidd ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → 1 ⁢ y = y
71 69 70 oveq12d ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → 0 ⋅ x + 1 ⁢ y = 0 + y
72 38 addlidd ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → 0 + y = y
73 71 72 eqtrd ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → 0 ⋅ x + 1 ⁢ y = y
74 67 73 eqtrid ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ⁡ 0 = y
75 1elunit ⊢ 1 ∈ 0 1
76 oveq1 ⊢ t = 1 → t ⁢ x = 1 ⁢ x
77 oveq2 ⊢ t = 1 → 1 − t = 1 − 1
78 1m1e0 ⊢ 1 − 1 = 0
79 77 78 eqtrdi ⊢ t = 1 → 1 − t = 0
80 79 oveq1d ⊢ t = 1 → 1 − t ⁢ y = 0 ⋅ y
81 76 80 oveq12d ⊢ t = 1 → t ⁢ x + 1 − t ⁢ y = 1 ⁢ x + 0 ⋅ y
82 ovex ⊢ 1 ⁢ x + 0 ⋅ y ∈ V
83 81 64 82 fvmpt ⊢ 1 ∈ 0 1 → t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ⁡ 1 = 1 ⁢ x + 0 ⋅ y
84 75 83 ax-mp ⊢ t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ⁡ 1 = 1 ⁢ x + 0 ⋅ y
85 68 mullidd ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → 1 ⁢ x = x
86 38 mul02d ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → 0 ⋅ y = 0
87 85 86 oveq12d ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → 1 ⁢ x + 0 ⋅ y = x + 0
88 68 addridd ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → x + 0 = x
89 87 88 eqtrd ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → 1 ⁢ x + 0 ⋅ y = x
90 84 89 eqtrid ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ⁡ 1 = x
91 fveq1 ⊢ f = t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y → f ⁡ 0 = t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ⁡ 0
92 91 eqeq1d ⊢ f = t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y → f ⁡ 0 = y ↔ t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ⁡ 0 = y
93 fveq1 ⊢ f = t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y → f ⁡ 1 = t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ⁡ 1
94 93 eqeq1d ⊢ f = t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y → f ⁡ 1 = x ↔ t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ⁡ 1 = x
95 92 94 anbi12d ⊢ f = t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y → f ⁡ 0 = y ∧ f ⁡ 1 = x ↔ t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ⁡ 0 = y ∧ t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ⁡ 1 = x
96 95 rspcev ⊢ t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ∈ II Cn K ∧ t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ⁡ 0 = y ∧ t ∈ 0 1 ⟼ t ⁢ x + 1 − t ⁢ y ⁡ 1 = x → ∃ f ∈ II Cn K f ⁡ 0 = y ∧ f ⁡ 1 = x
97 56 74 90 96 syl12anc ⊢ φ ∧ y ∈ S ∧ x ∈ S → ∃ f ∈ II Cn K f ⁡ 0 = y ∧ f ⁡ 1 = x
98 97 ralrimivva ⊢ φ → ∀ y ∈ S ∀ x ∈ S ∃ f ∈ II Cn K f ⁡ 0 = y ∧ f ⁡ 1 = x
99 resttopon ⊢ J ∈ TopOn ⁡ ℂ ∧ S ⊆ ℂ → J ↾ 𝑡 S ∈ TopOn ⁡ S
100 13 1 99 sylancr ⊢ φ → J ↾ 𝑡 S ∈ TopOn ⁡ S
101 4 100 eqeltrid ⊢ φ → K ∈ TopOn ⁡ S
102 toponuni ⊢ K ∈ TopOn ⁡ S → S = ⋃ K
103 101 102 syl ⊢ φ → S = ⋃ K
104 103 raleqdv ⊢ φ → ∀ x ∈ S ∃ f ∈ II Cn K f ⁡ 0 = y ∧ f ⁡ 1 = x ↔ ∀ x ∈ ⋃ K ∃ f ∈ II Cn K f ⁡ 0 = y ∧ f ⁡ 1 = x
105 103 104 raleqbidv ⊢ φ → ∀ y ∈ S ∀ x ∈ S ∃ f ∈ II Cn K f ⁡ 0 = y ∧ f ⁡ 1 = x ↔ ∀ y ∈ ⋃ K ∀ x ∈ ⋃ K ∃ f ∈ II Cn K f ⁡ 0 = y ∧ f ⁡ 1 = x
106 98 105 mpbid ⊢ φ → ∀ y ∈ ⋃ K ∀ x ∈ ⋃ K ∃ f ∈ II Cn K f ⁡ 0 = y ∧ f ⁡ 1 = x
107 eqid ⊢ ⋃ K = ⋃ K
108 107 ispconn ⊢ K ∈ PConn ↔ K ∈ Top ∧ ∀ y ∈ ⋃ K ∀ x ∈ ⋃ K ∃ f ∈ II Cn K f ⁡ 0 = y ∧ f ⁡ 1 = x
109 11 106 108 sylanbrc ⊢ φ → K ∈ PConn