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Theorem lmmbr

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_ ( CC X. X ) allows to use objects more general than sequences when convenient; see the comment in df-lm . (Contributed by NM, 7-Dec-2006) (Revised by Mario Carneiro, 1-May-2014)

Ref Expression
Hypotheses lmmbr.2 ⊢ J = MetOpen ⁡ D
lmmbr.3 ⊢ φ → D ∈ ∞Met ⁡ X
Assertion lmmbr ⊢ φ → F ⇝t ⁡ J P ↔ F ∈ X ↑ 𝑝𝑚 ℂ ∧ P ∈ X ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lmmbr.2 ⊢ J = MetOpen ⁡ D
2 lmmbr.3 ⊢ φ → D ∈ ∞Met ⁡ X
3 1 mopntopon ⊢ D ∈ ∞Met ⁡ X → J ∈ TopOn ⁡ X
4 2 3 syl ⊢ φ → J ∈ TopOn ⁡ X
5 4 lmbr ⊢ φ → F ⇝t ⁡ J P ↔ F ∈ X ↑ 𝑝𝑚 ℂ ∧ P ∈ X ∧ ∀ u ∈ J P ∈ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u
6 rpxr ⊢ x ∈ ℝ + → x ∈ ℝ *
7 1 blopn ⊢ D ∈ ∞Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ x ∈ ℝ * → P ball ⁡ D x ∈ J
8 6 7 syl3an3 ⊢ D ∈ ∞Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ x ∈ ℝ + → P ball ⁡ D x ∈ J
9 blcntr ⊢ D ∈ ∞Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ x ∈ ℝ + → P ∈ P ball ⁡ D x
10 eleq2 ⊢ u = P ball ⁡ D x → P ∈ u ↔ P ∈ P ball ⁡ D x
11 feq3 ⊢ u = P ball ⁡ D x → F ↾ y : y ⟶ u ↔ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x
12 11 rexbidv ⊢ u = P ball ⁡ D x → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u ↔ ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x
13 10 12 imbi12d ⊢ u = P ball ⁡ D x → P ∈ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u ↔ P ∈ P ball ⁡ D x → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x
14 13 rspcva ⊢ P ball ⁡ D x ∈ J ∧ ∀ u ∈ J P ∈ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u → P ∈ P ball ⁡ D x → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x
15 14 impancom ⊢ P ball ⁡ D x ∈ J ∧ P ∈ P ball ⁡ D x → ∀ u ∈ J P ∈ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x
16 8 9 15 syl2anc ⊢ D ∈ ∞Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ x ∈ ℝ + → ∀ u ∈ J P ∈ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x
17 16 3expa ⊢ D ∈ ∞Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ x ∈ ℝ + → ∀ u ∈ J P ∈ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x
18 17 adantlrl ⊢ D ∈ ∞Met ⁡ X ∧ F ∈ X ↑ 𝑝𝑚 ℂ ∧ P ∈ X ∧ x ∈ ℝ + → ∀ u ∈ J P ∈ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x
19 18 impancom ⊢ D ∈ ∞Met ⁡ X ∧ F ∈ X ↑ 𝑝𝑚 ℂ ∧ P ∈ X ∧ ∀ u ∈ J P ∈ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u → x ∈ ℝ + → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x
20 19 ralrimiv ⊢ D ∈ ∞Met ⁡ X ∧ F ∈ X ↑ 𝑝𝑚 ℂ ∧ P ∈ X ∧ ∀ u ∈ J P ∈ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u → ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x
21 1 mopni2 ⊢ D ∈ ∞Met ⁡ X ∧ u ∈ J ∧ P ∈ u → ∃ x ∈ ℝ + P ball ⁡ D x ⊆ u
22 r19.29 ⊢ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x ∧ ∃ x ∈ ℝ + P ball ⁡ D x ⊆ u → ∃ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x ∧ P ball ⁡ D x ⊆ u
23 fss ⊢ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x ∧ P ball ⁡ D x ⊆ u → F ↾ y : y ⟶ u
24 23 expcom ⊢ P ball ⁡ D x ⊆ u → F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x → F ↾ y : y ⟶ u
25 24 reximdv ⊢ P ball ⁡ D x ⊆ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u
26 25 impcom ⊢ ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x ∧ P ball ⁡ D x ⊆ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u
27 26 rexlimivw ⊢ ∃ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x ∧ P ball ⁡ D x ⊆ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u
28 22 27 syl ⊢ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x ∧ ∃ x ∈ ℝ + P ball ⁡ D x ⊆ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u
29 21 28 sylan2 ⊢ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x ∧ D ∈ ∞Met ⁡ X ∧ u ∈ J ∧ P ∈ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u
30 29 3exp2 ⊢ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x → D ∈ ∞Met ⁡ X → u ∈ J → P ∈ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u
31 30 impcom ⊢ D ∈ ∞Met ⁡ X ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x → u ∈ J → P ∈ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u
32 31 adantlr ⊢ D ∈ ∞Met ⁡ X ∧ F ∈ X ↑ 𝑝𝑚 ℂ ∧ P ∈ X ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x → u ∈ J → P ∈ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u
33 32 ralrimiv ⊢ D ∈ ∞Met ⁡ X ∧ F ∈ X ↑ 𝑝𝑚 ℂ ∧ P ∈ X ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x → ∀ u ∈ J P ∈ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u
34 20 33 impbida ⊢ D ∈ ∞Met ⁡ X ∧ F ∈ X ↑ 𝑝𝑚 ℂ ∧ P ∈ X → ∀ u ∈ J P ∈ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u ↔ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x
35 34 pm5.32da ⊢ D ∈ ∞Met ⁡ X → F ∈ X ↑ 𝑝𝑚 ℂ ∧ P ∈ X ∧ ∀ u ∈ J P ∈ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u ↔ F ∈ X ↑ 𝑝𝑚 ℂ ∧ P ∈ X ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x
36 df-3an ⊢ F ∈ X ↑ 𝑝𝑚 ℂ ∧ P ∈ X ∧ ∀ u ∈ J P ∈ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u ↔ F ∈ X ↑ 𝑝𝑚 ℂ ∧ P ∈ X ∧ ∀ u ∈ J P ∈ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u
37 df-3an ⊢ F ∈ X ↑ 𝑝𝑚 ℂ ∧ P ∈ X ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x ↔ F ∈ X ↑ 𝑝𝑚 ℂ ∧ P ∈ X ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x
38 35 36 37 3bitr4g ⊢ D ∈ ∞Met ⁡ X → F ∈ X ↑ 𝑝𝑚 ℂ ∧ P ∈ X ∧ ∀ u ∈ J P ∈ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u ↔ F ∈ X ↑ 𝑝𝑚 ℂ ∧ P ∈ X ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x
39 2 38 syl ⊢ φ → F ∈ X ↑ 𝑝𝑚 ℂ ∧ P ∈ X ∧ ∀ u ∈ J P ∈ u → ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ u ↔ F ∈ X ↑ 𝑝𝑚 ℂ ∧ P ∈ X ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x
40 5 39 bitrd ⊢ φ → F ⇝t ⁡ J P ↔ F ∈ X ↑ 𝑝𝑚 ℂ ∧ P ∈ X ∧ ∀ x ∈ ℝ + ∃ y ∈ ran ⁡ ℤ ≥ F ↾ y : y ⟶ P ball ⁡ D x