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Theorem hspdifhsp

Description: A n-dimensional half-open interval is the intersection of the difference of half spaces. This is a substep of Proposition 115G (a) of Fremlin1 p. 32. (Contributed by Glauco Siliprandi, 24-Dec-2020)

Ref Expression
Hypotheses hspdifhsp.x φXFin
hspdifhsp.n φX
hspdifhsp.a φA:X
hspdifhsp.b φB:X
hspdifhsp.h H=xFinlx,yixifi=l−∞y
Assertion hspdifhsp φiXAiBi=iXiHXBiiHXAi

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 hspdifhsp.x φXFin
2 hspdifhsp.n φX
3 hspdifhsp.a φA:X
4 hspdifhsp.b φB:X
5 hspdifhsp.h H=xFinlx,yixifi=l−∞y
6 nfv iφ
7 nfcv _if
8 nfixp1 _iiXAiBi
9 7 8 nfel ifiXAiBi
10 6 9 nfan iφfiXAiBi
11 ixpfn fiXAiBifFnX
12 11 ad2antlr φfiXAiBiiXfFnX
13 fveq2 k=iBk=Bi
14 13 oveq2d k=i−∞Bk=−∞Bi
15 iftrue k=iifk=i−∞Bi=−∞Bi
16 14 15 eqtr4d k=i−∞Bk=ifk=i−∞Bi
17 eqimss −∞Bk=ifk=i−∞Bi−∞Bkifk=i−∞Bi
18 16 17 syl k=i−∞Bkifk=i−∞Bi
19 ioossre −∞Bk
20 iffalse ¬k=iifk=i−∞Bi=
21 19 20 sseqtrrid ¬k=i−∞Bkifk=i−∞Bi
22 18 21 pm2.61i −∞Bkifk=i−∞Bi
23 mnfxr −∞*
24 23 a1i φfiXAiBikX−∞*
25 4 ffvelcdmda φkXBk
26 25 rexrd φkXBk*
27 26 adantlr φfiXAiBikXBk*
28 3 ffvelcdmda φkXAk
29 icossre AkBk*AkBk
30 28 26 29 syl2anc φkXAkBk
31 30 adantlr φfiXAiBikXAkBk
32 simpl fiXAiBikXfiXAiBi
33 simpr fiXAiBikXkX
34 fveq2 i=kAi=Ak
35 fveq2 i=kBi=Bk
36 34 35 oveq12d i=kAiBi=AkBk
37 36 fvixp fiXAiBikXfkAkBk
38 32 33 37 syl2anc fiXAiBikXfkAkBk
39 38 adantll φfiXAiBikXfkAkBk
40 31 39 sseldd φfiXAiBikXfk
41 40 mnfltd φfiXAiBikX−∞<fk
42 28 rexrd φkXAk*
43 42 adantlr φfiXAiBikXAk*
44 icoltub Ak*Bk*fkAkBkfk<Bk
45 43 27 39 44 syl3anc φfiXAiBikXfk<Bk
46 24 27 40 41 45 eliood φfiXAiBikXfk−∞Bk
47 22 46 sselid φfiXAiBikXfkifk=i−∞Bi
48 47 adantlr φfiXAiBiiXkXfkifk=i−∞Bi
49 48 ralrimiva φfiXAiBiiXkXfkifk=i−∞Bi
50 12 49 jca φfiXAiBiiXfFnXkXfkifk=i−∞Bi
51 vex fV
52 51 elixp fkXifk=i−∞BifFnXkXfkifk=i−∞Bi
53 50 52 sylibr φfiXAiBiiXfkXifk=i−∞Bi
54 equequ1 i=ki=lk=l
55 54 ifbid i=kifi=l−∞y=ifk=l−∞y
56 55 cbvixpv ixifi=l−∞y=kxifk=l−∞y
57 56 a1i lxyixifi=l−∞y=kxifk=l−∞y
58 57 mpoeq3ia lx,yixifi=l−∞y=lx,ykxifk=l−∞y
59 58 mpteq2i xFinlx,yixifi=l−∞y=xFinlx,ykxifk=l−∞y
60 5 59 eqtri H=xFinlx,ykxifk=l−∞y
61 1 adantr φiXXFin
62 simpr φiXiX
63 4 adantr φiXB:X
64 63 62 ffvelcdmd φiXBi
65 60 61 62 64 hspval φiXiHXBi=kXifk=i−∞Bi
66 65 adantlr φfiXAiBiiXiHXBi=kXifk=i−∞Bi
67 53 66 eleqtrrd φfiXAiBiiXfiHXBi
68 23 a1i φiXfiHXAi−∞*
69 3 adantr φiXA:X
70 69 62 ffvelcdmd φiXAi
71 70 rexrd φiXAi*
72 71 adantr φiXfiHXAiAi*
73 simpr φiXfiHXAifiHXAi
74 60 61 62 70 hspval φiXiHXAi=kXifk=i−∞Ai
75 74 adantr φiXfiHXAiiHXAi=kXifk=i−∞Ai
76 73 75 eleqtrd φiXfiHXAifkXifk=i−∞Ai
77 62 adantr φiXfiHXAiiX
78 iftrue k=iifk=i−∞Ai=−∞Ai
79 78 fvixp fkXifk=i−∞AiiXfi−∞Ai
80 76 77 79 syl2anc φiXfiHXAifi−∞Ai
81 iooltub −∞*Ai*fi−∞Aifi<Ai
82 68 72 80 81 syl3anc φiXfiHXAifi<Ai
83 82 adantllr φfiXAiBiiXfiHXAifi<Ai
84 71 adantlr φfiXAiBiiXAi*
85 64 rexrd φiXBi*
86 85 adantlr φfiXAiBiiXBi*
87 51 elixp fiXAiBifFnXiXfiAiBi
88 87 biimpi fiXAiBifFnXiXfiAiBi
89 88 simprd fiXAiBiiXfiAiBi
90 rspa iXfiAiBiiXfiAiBi
91 89 90 sylan fiXAiBiiXfiAiBi
92 91 adantll φfiXAiBiiXfiAiBi
93 icogelb Ai*Bi*fiAiBiAifi
94 84 86 92 93 syl3anc φfiXAiBiiXAifi
95 70 adantlr φfiXAiBiiXAi
96 icossre AiBi*AiBi
97 70 85 96 syl2anc φiXAiBi
98 97 adantlr φfiXAiBiiXAiBi
99 98 92 sseldd φfiXAiBiiXfi
100 95 99 lenltd φfiXAiBiiXAifi¬fi<Ai
101 94 100 mpbid φfiXAiBiiX¬fi<Ai
102 101 adantr φfiXAiBiiXfiHXAi¬fi<Ai
103 83 102 pm2.65da φfiXAiBiiX¬fiHXAi
104 67 103 eldifd φfiXAiBiiXfiHXBiiHXAi
105 104 ex φfiXAiBiiXfiHXBiiHXAi
106 10 105 ralrimi φfiXAiBiiXfiHXBiiHXAi
107 eliin fVfiXiHXBiiHXAiiXfiHXBiiHXAi
108 51 107 ax-mp fiXiHXBiiHXAiiXfiHXBiiHXAi
109 106 108 sylibr φfiXAiBifiXiHXBiiHXAi
110 109 ex φfiXAiBifiXiHXBiiHXAi
111 n0 XkkX
112 111 biimpi XkkX
113 2 112 syl φkkX
114 113 adantr φfiXiHXBiiHXAikkX
115 simpl fiXiHXBiiHXAikXfiXiHXBiiHXAi
116 simpr fiXiHXBiiHXAikXkX
117 id i=ki=k
118 117 35 oveq12d i=kiHXBi=kHXBk
119 117 34 oveq12d i=kiHXAi=kHXAk
120 118 119 difeq12d i=kiHXBiiHXAi=kHXBkkHXAk
121 120 eleq2d i=kfiHXBiiHXAifkHXBkkHXAk
122 115 116 121 eliind fiXiHXBiiHXAikXfkHXBkkHXAk
123 122 eldifad fiXiHXBiiHXAikXfkHXBk
124 123 adantll φfiXiHXBiiHXAikXfkHXBk
125 equequ1 i=hi=lh=l
126 125 ifbid i=hifi=l−∞y=ifh=l−∞y
127 126 cbvixpv ixifi=l−∞y=hxifh=l−∞y
128 127 a1i lxyixifi=l−∞y=hxifh=l−∞y
129 128 mpoeq3ia lx,yixifi=l−∞y=lx,yhxifh=l−∞y
130 129 mpteq2i xFinlx,yixifi=l−∞y=xFinlx,yhxifh=l−∞y
131 5 130 eqtri H=xFinlx,yhxifh=l−∞y
132 1 ad2antrr φfiXiHXBiiHXAikXXFin
133 simpr φfiXiHXBiiHXAikXkX
134 25 adantlr φfiXiHXBiiHXAikXBk
135 131 132 133 134 hspval φfiXiHXBiiHXAikXkHXBk=hXifh=k−∞Bk
136 124 135 eleqtrd φfiXiHXBiiHXAikXfhXifh=k−∞Bk
137 ixpfn fhXifh=k−∞BkfFnX
138 136 137 syl φfiXiHXBiiHXAikXfFnX
139 138 ex φfiXiHXBiiHXAikXfFnX
140 139 exlimdv φfiXiHXBiiHXAikkXfFnX
141 114 140 mpd φfiXiHXBiiHXAifFnX
142 nfii1 _iiXiHXBiiHXAi
143 7 142 nfel ifiXiHXBiiHXAi
144 6 143 nfan iφfiXiHXBiiHXAi
145 simpll φfiXiHXBiiHXAiiXφ
146 108 biimpi fiXiHXBiiHXAiiXfiHXBiiHXAi
147 146 adantr fiXiHXBiiHXAiiXiXfiHXBiiHXAi
148 simpr fiXiHXBiiHXAiiXiX
149 rspa iXfiHXBiiHXAiiXfiHXBiiHXAi
150 147 148 149 syl2anc fiXiHXBiiHXAiiXfiHXBiiHXAi
151 150 adantll φfiXiHXBiiHXAiiXfiHXBiiHXAi
152 simpr φfiXiHXBiiHXAiiXiX
153 71 adantlr φfiHXBiiHXAiiXAi*
154 85 adantlr φfiHXBiiHXAiiXBi*
155 simpll φfiHXBiiHXAiiXφ
156 eldifi fiHXBiiHXAifiHXBi
157 156 ad2antlr φfiHXBiiHXAiiXfiHXBi
158 simpr φfiHXBiiHXAiiXiX
159 ioossre −∞Bi
160 simplr φfiHXBiiXfiHXBi
161 65 adantlr φfiHXBiiXiHXBi=kXifk=i−∞Bi
162 160 161 eleqtrd φfiHXBiiXfkXifk=i−∞Bi
163 simpr φfiHXBiiXiX
164 15 fvixp fkXifk=i−∞BiiXfi−∞Bi
165 162 163 164 syl2anc φfiHXBiiXfi−∞Bi
166 159 165 sselid φfiHXBiiXfi
167 155 157 158 166 syl21anc φfiHXBiiHXAiiXfi
168 167 rexrd φfiHXBiiHXAiiXfi*
169 simpl φfiHXBiiHXAiφ
170 156 adantl φfiHXBiiHXAifiHXBi
171 169 170 jca φfiHXBiiHXAiφfiHXBi
172 171 ad2antrr φfiHXBiiHXAiiXfi<AiφfiHXBi
173 simplr φfiHXBiiHXAiiXfi<AiiX
174 simpr φfiHXBiiHXAiiXfi<Aifi<Ai
175 ixpfn fkXifk=i−∞BifFnX
176 162 175 syl φfiHXBiiXfFnX
177 176 adantr φfiHXBiiXfi<AifFnX
178 fveq2 k=ifk=fi
179 178 adantl φfiHXBiiXfi<Aik=ifk=fi
180 23 a1i φfiHXBiiXfi<Ai−∞*
181 71 ad4ant13 φfiHXBiiXfi<AiAi*
182 166 adantr φfiHXBiiXfi<Aifi
183 182 mnfltd φfiHXBiiXfi<Ai−∞<fi
184 simpr φfiHXBiiXfi<Aifi<Ai
185 180 181 182 183 184 eliood φfiHXBiiXfi<Aifi−∞Ai
186 185 adantr φfiHXBiiXfi<Aik=ifi−∞Ai
187 179 186 eqeltrd φfiHXBiiXfi<Aik=ifk−∞Ai
188 187 adantlr φfiHXBiiXfi<AikXk=ifk−∞Ai
189 78 eqcomd k=i−∞Ai=ifk=i−∞Ai
190 189 adantl φfiHXBiiXfi<AikXk=i−∞Ai=ifk=i−∞Ai
191 188 190 eleqtrd φfiHXBiiXfi<AikXk=ifkifk=i−∞Ai
192 15 159 eqsstrdi k=iifk=i−∞Bi
193 ssid
194 20 193 eqsstrdi ¬k=iifk=i−∞Bi
195 192 194 pm2.61i ifk=i−∞Bi
196 162 adantr φfiHXBiiXkXfkXifk=i−∞Bi
197 simpr φfiHXBiiXkXkX
198 fvixp2 fkXifk=i−∞BikXfkifk=i−∞Bi
199 196 197 198 syl2anc φfiHXBiiXkXfkifk=i−∞Bi
200 195 199 sselid φfiHXBiiXkXfk
201 200 adantr φfiHXBiiXkX¬k=ifk
202 iffalse ¬k=iifk=i−∞Ai=
203 202 eqcomd ¬k=i=ifk=i−∞Ai
204 203 adantl φfiHXBiiXkX¬k=i=ifk=i−∞Ai
205 201 204 eleqtrd φfiHXBiiXkX¬k=ifkifk=i−∞Ai
206 205 adantllr φfiHXBiiXfi<AikX¬k=ifkifk=i−∞Ai
207 191 206 pm2.61dan φfiHXBiiXfi<AikXfkifk=i−∞Ai
208 207 ralrimiva φfiHXBiiXfi<AikXfkifk=i−∞Ai
209 177 208 jca φfiHXBiiXfi<AifFnXkXfkifk=i−∞Ai
210 51 elixp fkXifk=i−∞AifFnXkXfkifk=i−∞Ai
211 209 210 sylibr φfiHXBiiXfi<AifkXifk=i−∞Ai
212 74 eqcomd φiXkXifk=i−∞Ai=iHXAi
213 212 ad4ant13 φfiHXBiiXfi<AikXifk=i−∞Ai=iHXAi
214 211 213 eleqtrd φfiHXBiiXfi<AifiHXAi
215 172 173 174 214 syl21anc φfiHXBiiHXAiiXfi<AifiHXAi
216 eldifn fiHXBiiHXAi¬fiHXAi
217 216 ad3antlr φfiHXBiiHXAiiXfi<Ai¬fiHXAi
218 215 217 pm2.65da φfiHXBiiHXAiiX¬fi<Ai
219 155 158 70 syl2anc φfiHXBiiHXAiiXAi
220 219 167 lenltd φfiHXBiiHXAiiXAifi¬fi<Ai
221 218 220 mpbird φfiHXBiiHXAiiXAifi
222 23 a1i φfiHXBiiX−∞*
223 85 adantlr φfiHXBiiXBi*
224 iooltub −∞*Bi*fi−∞Bifi<Bi
225 222 223 165 224 syl3anc φfiHXBiiXfi<Bi
226 155 157 158 225 syl21anc φfiHXBiiHXAiiXfi<Bi
227 153 154 168 221 226 elicod φfiHXBiiHXAiiXfiAiBi
228 145 151 152 227 syl21anc φfiXiHXBiiHXAiiXfiAiBi
229 228 ex φfiXiHXBiiHXAiiXfiAiBi
230 144 229 ralrimi φfiXiHXBiiHXAiiXfiAiBi
231 141 230 jca φfiXiHXBiiHXAifFnXiXfiAiBi
232 231 87 sylibr φfiXiHXBiiHXAifiXAiBi
233 232 ex φfiXiHXBiiHXAifiXAiBi
234 110 233 impbid φfiXAiBifiXiHXBiiHXAi
235 234 alrimiv φffiXAiBifiXiHXBiiHXAi
236 dfcleq iXAiBi=iXiHXBiiHXAiffiXAiBifiXiHXBiiHXAi
237 235 236 sylibr φiXAiBi=iXiHXBiiHXAi