Metamath Proof Explorer


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 φ X Fin
hspdifhsp.n φ X
hspdifhsp.a φ A : X
hspdifhsp.b φ B : X
hspdifhsp.h H = x Fin l x , y i x if i = l −∞ y
Assertion hspdifhsp φ i X A i B i = i X i H X B i i H X A i

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 hspdifhsp.x φ X Fin
2 hspdifhsp.n φ X
3 hspdifhsp.a φ A : X
4 hspdifhsp.b φ B : X
5 hspdifhsp.h H = x Fin l x , y i x if i = l −∞ y
6 nfv i φ
7 nfcv _ i f
8 nfixp1 _ i i X A i B i
9 7 8 nfel i f i X A i B i
10 6 9 nfan i φ f i X A i B i
11 ixpfn f i X A i B i f Fn X
12 11 ad2antlr φ f i X A i B i i X f Fn X
13 fveq2 k = i B k = B i
14 13 oveq2d k = i −∞ B k = −∞ B i
15 iftrue k = i if k = i −∞ B i = −∞ B i
16 14 15 eqtr4d k = i −∞ B k = if k = i −∞ B i
17 eqimss −∞ B k = if k = i −∞ B i −∞ B k if k = i −∞ B i
18 16 17 syl k = i −∞ B k if k = i −∞ B i
19 ioossre −∞ B k
20 iffalse ¬ k = i if k = i −∞ B i =
21 19 20 sseqtrrid ¬ k = i −∞ B k if k = i −∞ B i
22 18 21 pm2.61i −∞ B k if k = i −∞ B i
23 mnfxr −∞ *
24 23 a1i φ f i X A i B i k X −∞ *
25 4 ffvelrnda φ k X B k
26 25 rexrd φ k X B k *
27 26 adantlr φ f i X A i B i k X B k *
28 3 ffvelrnda φ k X A k
29 icossre A k B k * A k B k
30 28 26 29 syl2anc φ k X A k B k
31 30 adantlr φ f i X A i B i k X A k B k
32 simpl f i X A i B i k X f i X A i B i
33 simpr f i X A i B i k X k X
34 fveq2 i = k A i = A k
35 fveq2 i = k B i = B k
36 34 35 oveq12d i = k A i B i = A k B k
37 36 fvixp f i X A i B i k X f k A k B k
38 32 33 37 syl2anc f i X A i B i k X f k A k B k
39 38 adantll φ f i X A i B i k X f k A k B k
40 31 39 sseldd φ f i X A i B i k X f k
41 40 mnfltd φ f i X A i B i k X −∞ < f k
42 28 rexrd φ k X A k *
43 42 adantlr φ f i X A i B i k X A k *
44 icoltub A k * B k * f k A k B k f k < B k
45 43 27 39 44 syl3anc φ f i X A i B i k X f k < B k
46 24 27 40 41 45 eliood φ f i X A i B i k X f k −∞ B k
47 22 46 sselid φ f i X A i B i k X f k if k = i −∞ B i
48 47 adantlr φ f i X A i B i i X k X f k if k = i −∞ B i
49 48 ralrimiva φ f i X A i B i i X k X f k if k = i −∞ B i
50 12 49 jca φ f i X A i B i i X f Fn X k X f k if k = i −∞ B i
51 vex f V
52 51 elixp f k X if k = i −∞ B i f Fn X k X f k if k = i −∞ B i
53 50 52 sylibr φ f i X A i B i i X f k X if k = i −∞ B i
54 equequ1 i = k i = l k = l
55 54 ifbid i = k if i = l −∞ y = if k = l −∞ y
56 55 cbvixpv i x if i = l −∞ y = k x if k = l −∞ y
57 56 a1i l x y i x if i = l −∞ y = k x if k = l −∞ y
58 57 mpoeq3ia l x , y i x if i = l −∞ y = l x , y k x if k = l −∞ y
59 58 mpteq2i x Fin l x , y i x if i = l −∞ y = x Fin l x , y k x if k = l −∞ y
60 5 59 eqtri H = x Fin l x , y k x if k = l −∞ y
61 1 adantr φ i X X Fin
62 simpr φ i X i X
63 4 adantr φ i X B : X
64 63 62 ffvelrnd φ i X B i
65 60 61 62 64 hspval φ i X i H X B i = k X if k = i −∞ B i
66 65 adantlr φ f i X A i B i i X i H X B i = k X if k = i −∞ B i
67 53 66 eleqtrrd φ f i X A i B i i X f i H X B i
68 23 a1i φ i X f i H X A i −∞ *
69 3 adantr φ i X A : X
70 69 62 ffvelrnd φ i X A i
71 70 rexrd φ i X A i *
72 71 adantr φ i X f i H X A i A i *
73 simpr φ i X f i H X A i f i H X A i
74 60 61 62 70 hspval φ i X i H X A i = k X if k = i −∞ A i
75 74 adantr φ i X f i H X A i i H X A i = k X if k = i −∞ A i
76 73 75 eleqtrd φ i X f i H X A i f k X if k = i −∞ A i
77 62 adantr φ i X f i H X A i i X
78 iftrue k = i if k = i −∞ A i = −∞ A i
79 78 fvixp f k X if k = i −∞ A i i X f i −∞ A i
80 76 77 79 syl2anc φ i X f i H X A i f i −∞ A i
81 iooltub −∞ * A i * f i −∞ A i f i < A i
82 68 72 80 81 syl3anc φ i X f i H X A i f i < A i
83 82 adantllr φ f i X A i B i i X f i H X A i f i < A i
84 71 adantlr φ f i X A i B i i X A i *
85 64 rexrd φ i X B i *
86 85 adantlr φ f i X A i B i i X B i *
87 51 elixp f i X A i B i f Fn X i X f i A i B i
88 87 biimpi f i X A i B i f Fn X i X f i A i B i
89 88 simprd f i X A i B i i X f i A i B i
90 rspa i X f i A i B i i X f i A i B i
91 89 90 sylan f i X A i B i i X f i A i B i
92 91 adantll φ f i X A i B i i X f i A i B i
93 icogelb A i * B i * f i A i B i A i f i
94 84 86 92 93 syl3anc φ f i X A i B i i X A i f i
95 70 adantlr φ f i X A i B i i X A i
96 icossre A i B i * A i B i
97 70 85 96 syl2anc φ i X A i B i
98 97 adantlr φ f i X A i B i i X A i B i
99 98 92 sseldd φ f i X A i B i i X f i
100 95 99 lenltd φ f i X A i B i i X A i f i ¬ f i < A i
101 94 100 mpbid φ f i X A i B i i X ¬ f i < A i
102 101 adantr φ f i X A i B i i X f i H X A i ¬ f i < A i
103 83 102 pm2.65da φ f i X A i B i i X ¬ f i H X A i
104 67 103 eldifd φ f i X A i B i i X f i H X B i i H X A i
105 104 ex φ f i X A i B i i X f i H X B i i H X A i
106 10 105 ralrimi φ f i X A i B i i X f i H X B i i H X A i
107 eliin f V f i X i H X B i i H X A i i X f i H X B i i H X A i
108 51 107 ax-mp f i X i H X B i i H X A i i X f i H X B i i H X A i
109 106 108 sylibr φ f i X A i B i f i X i H X B i i H X A i
110 109 ex φ f i X A i B i f i X i H X B i i H X A i
111 n0 X k k X
112 111 biimpi X k k X
113 2 112 syl φ k k X
114 113 adantr φ f i X i H X B i i H X A i k k X
115 simpl f i X i H X B i i H X A i k X f i X i H X B i i H X A i
116 simpr f i X i H X B i i H X A i k X k X
117 id i = k i = k
118 117 35 oveq12d i = k i H X B i = k H X B k
119 117 34 oveq12d i = k i H X A i = k H X A k
120 118 119 difeq12d i = k i H X B i i H X A i = k H X B k k H X A k
121 120 eleq2d i = k f i H X B i i H X A i f k H X B k k H X A k
122 115 116 121 eliind f i X i H X B i i H X A i k X f k H X B k k H X A k
123 122 eldifad f i X i H X B i i H X A i k X f k H X B k
124 123 adantll φ f i X i H X B i i H X A i k X f k H X B k
125 equequ1 i = h i = l h = l
126 125 ifbid i = h if i = l −∞ y = if h = l −∞ y
127 126 cbvixpv i x if i = l −∞ y = h x if h = l −∞ y
128 127 a1i l x y i x if i = l −∞ y = h x if h = l −∞ y
129 128 mpoeq3ia l x , y i x if i = l −∞ y = l x , y h x if h = l −∞ y
130 129 mpteq2i x Fin l x , y i x if i = l −∞ y = x Fin l x , y h x if h = l −∞ y
131 5 130 eqtri H = x Fin l x , y h x if h = l −∞ y
132 1 ad2antrr φ f i X i H X B i i H X A i k X X Fin
133 simpr φ f i X i H X B i i H X A i k X k X
134 25 adantlr φ f i X i H X B i i H X A i k X B k
135 131 132 133 134 hspval φ f i X i H X B i i H X A i k X k H X B k = h X if h = k −∞ B k
136 124 135 eleqtrd φ f i X i H X B i i H X A i k X f h X if h = k −∞ B k
137 ixpfn f h X if h = k −∞ B k f Fn X
138 136 137 syl φ f i X i H X B i i H X A i k X f Fn X
139 138 ex φ f i X i H X B i i H X A i k X f Fn X
140 139 exlimdv φ f i X i H X B i i H X A i k k X f Fn X
141 114 140 mpd φ f i X i H X B i i H X A i f Fn X
142 nfii1 _ i i X i H X B i i H X A i
143 7 142 nfel i f i X i H X B i i H X A i
144 6 143 nfan i φ f i X i H X B i i H X A i
145 simpll φ f i X i H X B i i H X A i i X φ
146 108 biimpi f i X i H X B i i H X A i i X f i H X B i i H X A i
147 146 adantr f i X i H X B i i H X A i i X i X f i H X B i i H X A i
148 simpr f i X i H X B i i H X A i i X i X
149 rspa i X f i H X B i i H X A i i X f i H X B i i H X A i
150 147 148 149 syl2anc f i X i H X B i i H X A i i X f i H X B i i H X A i
151 150 adantll φ f i X i H X B i i H X A i i X f i H X B i i H X A i
152 simpr φ f i X i H X B i i H X A i i X i X
153 71 adantlr φ f i H X B i i H X A i i X A i *
154 85 adantlr φ f i H X B i i H X A i i X B i *
155 simpll φ f i H X B i i H X A i i X φ
156 eldifi f i H X B i i H X A i f i H X B i
157 156 ad2antlr φ f i H X B i i H X A i i X f i H X B i
158 simpr φ f i H X B i i H X A i i X i X
159 ioossre −∞ B i
160 simplr φ f i H X B i i X f i H X B i
161 65 adantlr φ f i H X B i i X i H X B i = k X if k = i −∞ B i
162 160 161 eleqtrd φ f i H X B i i X f k X if k = i −∞ B i
163 simpr φ f i H X B i i X i X
164 15 fvixp f k X if k = i −∞ B i i X f i −∞ B i
165 162 163 164 syl2anc φ f i H X B i i X f i −∞ B i
166 159 165 sselid φ f i H X B i i X f i
167 155 157 158 166 syl21anc φ f i H X B i i H X A i i X f i
168 167 rexrd φ f i H X B i i H X A i i X f i *
169 simpl φ f i H X B i i H X A i φ
170 156 adantl φ f i H X B i i H X A i f i H X B i
171 169 170 jca φ f i H X B i i H X A i φ f i H X B i
172 171 ad2antrr φ f i H X B i i H X A i i X f i < A i φ f i H X B i
173 simplr φ f i H X B i i H X A i i X f i < A i i X
174 simpr φ f i H X B i i H X A i i X f i < A i f i < A i
175 ixpfn f k X if k = i −∞ B i f Fn X
176 162 175 syl φ f i H X B i i X f Fn X
177 176 adantr φ f i H X B i i X f i < A i f Fn X
178 fveq2 k = i f k = f i
179 178 adantl φ f i H X B i i X f i < A i k = i f k = f i
180 23 a1i φ f i H X B i i X f i < A i −∞ *
181 71 ad4ant13 φ f i H X B i i X f i < A i A i *
182 166 adantr φ f i H X B i i X f i < A i f i
183 182 mnfltd φ f i H X B i i X f i < A i −∞ < f i
184 simpr φ f i H X B i i X f i < A i f i < A i
185 180 181 182 183 184 eliood φ f i H X B i i X f i < A i f i −∞ A i
186 185 adantr φ f i H X B i i X f i < A i k = i f i −∞ A i
187 179 186 eqeltrd φ f i H X B i i X f i < A i k = i f k −∞ A i
188 187 adantlr φ f i H X B i i X f i < A i k X k = i f k −∞ A i
189 78 eqcomd k = i −∞ A i = if k = i −∞ A i
190 189 adantl φ f i H X B i i X f i < A i k X k = i −∞ A i = if k = i −∞ A i
191 188 190 eleqtrd φ f i H X B i i X f i < A i k X k = i f k if k = i −∞ A i
192 15 159 eqsstrdi k = i if k = i −∞ B i
193 ssid
194 20 193 eqsstrdi ¬ k = i if k = i −∞ B i
195 192 194 pm2.61i if k = i −∞ B i
196 162 adantr φ f i H X B i i X k X f k X if k = i −∞ B i
197 simpr φ f i H X B i i X k X k X
198 fvixp2 f k X if k = i −∞ B i k X f k if k = i −∞ B i
199 196 197 198 syl2anc φ f i H X B i i X k X f k if k = i −∞ B i
200 195 199 sselid φ f i H X B i i X k X f k
201 200 adantr φ f i H X B i i X k X ¬ k = i f k
202 iffalse ¬ k = i if k = i −∞ A i =
203 202 eqcomd ¬ k = i = if k = i −∞ A i
204 203 adantl φ f i H X B i i X k X ¬ k = i = if k = i −∞ A i
205 201 204 eleqtrd φ f i H X B i i X k X ¬ k = i f k if k = i −∞ A i
206 205 adantllr φ f i H X B i i X f i < A i k X ¬ k = i f k if k = i −∞ A i
207 191 206 pm2.61dan φ f i H X B i i X f i < A i k X f k if k = i −∞ A i
208 207 ralrimiva φ f i H X B i i X f i < A i k X f k if k = i −∞ A i
209 177 208 jca φ f i H X B i i X f i < A i f Fn X k X f k if k = i −∞ A i
210 51 elixp f k X if k = i −∞ A i f Fn X k X f k if k = i −∞ A i
211 209 210 sylibr φ f i H X B i i X f i < A i f k X if k = i −∞ A i
212 74 eqcomd φ i X k X if k = i −∞ A i = i H X A i
213 212 ad4ant13 φ f i H X B i i X f i < A i k X if k = i −∞ A i = i H X A i
214 211 213 eleqtrd φ f i H X B i i X f i < A i f i H X A i
215 172 173 174 214 syl21anc φ f i H X B i i H X A i i X f i < A i f i H X A i
216 eldifn f i H X B i i H X A i ¬ f i H X A i
217 216 ad3antlr φ f i H X B i i H X A i i X f i < A i ¬ f i H X A i
218 215 217 pm2.65da φ f i H X B i i H X A i i X ¬ f i < A i
219 155 158 70 syl2anc φ f i H X B i i H X A i i X A i
220 219 167 lenltd φ f i H X B i i H X A i i X A i f i ¬ f i < A i
221 218 220 mpbird φ f i H X B i i H X A i i X A i f i
222 23 a1i φ f i H X B i i X −∞ *
223 85 adantlr φ f i H X B i i X B i *
224 iooltub −∞ * B i * f i −∞ B i f i < B i
225 222 223 165 224 syl3anc φ f i H X B i i X f i < B i
226 155 157 158 225 syl21anc φ f i H X B i i H X A i i X f i < B i
227 153 154 168 221 226 elicod φ f i H X B i i H X A i i X f i A i B i
228 145 151 152 227 syl21anc φ f i X i H X B i i H X A i i X f i A i B i
229 228 ex φ f i X i H X B i i H X A i i X f i A i B i
230 144 229 ralrimi φ f i X i H X B i i H X A i i X f i A i B i
231 141 230 jca φ f i X i H X B i i H X A i f Fn X i X f i A i B i
232 231 87 sylibr φ f i X i H X B i i H X A i f i X A i B i
233 232 ex φ f i X i H X B i i H X A i f i X A i B i
234 110 233 impbid φ f i X A i B i f i X i H X B i i H X A i
235 234 alrimiv φ f f i X A i B i f i X i H X B i i H X A i
236 dfcleq i X A i B i = i X i H X B i i H X A i f f i X A i B i f i X i H X B i i H X A i
237 235 236 sylibr φ i X A i B i = i X i H X B i i H X A i