Metamath Proof Explorer


Theorem methaus

Description: The topology generated by a metric space is Hausdorff. (Contributed by Mario Carneiro, 21-Mar-2015) (Revised by Mario Carneiro, 26-Aug-2015)

Ref Expression
Hypothesis methaus.1 ⊢ J = MetOpen ⁡ D
Assertion methaus ⊢ D ∈ ∞Met ⁡ X → J ∈ Haus

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 methaus.1 ⊢ J = MetOpen ⁡ D
2 1 mopnex ⊢ D ∈ ∞Met ⁡ X → ∃ d ∈ Met ⁡ X J = MetOpen ⁡ d
3 metxmet ⊢ d ∈ Met ⁡ X → d ∈ ∞Met ⁡ X
4 3 ad2antrr ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x ≠ y → d ∈ ∞Met ⁡ X
5 simplrl ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x ≠ y → x ∈ X
6 metcl ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x d y ∈ ℝ
7 6 3expb ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x d y ∈ ℝ
8 7 adantr ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x ≠ y → x d y ∈ ℝ
9 metgt0 ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x ≠ y ↔ 0 < x d y
10 9 3expb ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x ≠ y ↔ 0 < x d y
11 10 biimpa ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x ≠ y → 0 < x d y
12 8 11 elrpd ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x ≠ y → x d y ∈ ℝ +
13 12 rphalfcld ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x ≠ y → x d y 2 ∈ ℝ +
14 13 rpxrd ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x ≠ y → x d y 2 ∈ ℝ *
15 eqid ⊢ MetOpen ⁡ d = MetOpen ⁡ d
16 15 blopn ⊢ d ∈ ∞Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ x d y 2 ∈ ℝ * → x ball ⁡ d x d y 2 ∈ MetOpen ⁡ d
17 4 5 14 16 syl3anc ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x ≠ y → x ball ⁡ d x d y 2 ∈ MetOpen ⁡ d
18 simplrr ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x ≠ y → y ∈ X
19 15 blopn ⊢ d ∈ ∞Met ⁡ X ∧ y ∈ X ∧ x d y 2 ∈ ℝ * → y ball ⁡ d x d y 2 ∈ MetOpen ⁡ d
20 4 18 14 19 syl3anc ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x ≠ y → y ball ⁡ d x d y 2 ∈ MetOpen ⁡ d
21 blcntr ⊢ d ∈ ∞Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ x d y 2 ∈ ℝ + → x ∈ x ball ⁡ d x d y 2
22 4 5 13 21 syl3anc ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x ≠ y → x ∈ x ball ⁡ d x d y 2
23 blcntr ⊢ d ∈ ∞Met ⁡ X ∧ y ∈ X ∧ x d y 2 ∈ ℝ + → y ∈ y ball ⁡ d x d y 2
24 4 18 13 23 syl3anc ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x ≠ y → y ∈ y ball ⁡ d x d y 2
25 13 rpred ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x ≠ y → x d y 2 ∈ ℝ
26 25 25 rexaddd ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x ≠ y → x d y 2 + 𝑒 x d y 2 = x d y 2 + x d y 2
27 8 recnd ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x ≠ y → x d y ∈ ℂ
28 27 2halvesd ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x ≠ y → x d y 2 + x d y 2 = x d y
29 26 28 eqtrd ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x ≠ y → x d y 2 + 𝑒 x d y 2 = x d y
30 8 leidd ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x ≠ y → x d y ≤ x d y
31 29 30 eqbrtrd ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x ≠ y → x d y 2 + 𝑒 x d y 2 ≤ x d y
32 bldisj ⊢ d ∈ ∞Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x d y 2 ∈ ℝ * ∧ x d y 2 ∈ ℝ * ∧ x d y 2 + 𝑒 x d y 2 ≤ x d y → x ball ⁡ d x d y 2 ∩ y ball ⁡ d x d y 2 = ∅
33 4 5 18 14 14 31 32 syl33anc ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x ≠ y → x ball ⁡ d x d y 2 ∩ y ball ⁡ d x d y 2 = ∅
34 eleq2 ⊢ m = x ball ⁡ d x d y 2 → x ∈ m ↔ x ∈ x ball ⁡ d x d y 2
35 ineq1 ⊢ m = x ball ⁡ d x d y 2 → m ∩ n = x ball ⁡ d x d y 2 ∩ n
36 35 eqeq1d ⊢ m = x ball ⁡ d x d y 2 → m ∩ n = ∅ ↔ x ball ⁡ d x d y 2 ∩ n = ∅
37 34 36 3anbi13d ⊢ m = x ball ⁡ d x d y 2 → x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅ ↔ x ∈ x ball ⁡ d x d y 2 ∧ y ∈ n ∧ x ball ⁡ d x d y 2 ∩ n = ∅
38 eleq2 ⊢ n = y ball ⁡ d x d y 2 → y ∈ n ↔ y ∈ y ball ⁡ d x d y 2
39 ineq2 ⊢ n = y ball ⁡ d x d y 2 → x ball ⁡ d x d y 2 ∩ n = x ball ⁡ d x d y 2 ∩ y ball ⁡ d x d y 2
40 39 eqeq1d ⊢ n = y ball ⁡ d x d y 2 → x ball ⁡ d x d y 2 ∩ n = ∅ ↔ x ball ⁡ d x d y 2 ∩ y ball ⁡ d x d y 2 = ∅
41 38 40 3anbi23d ⊢ n = y ball ⁡ d x d y 2 → x ∈ x ball ⁡ d x d y 2 ∧ y ∈ n ∧ x ball ⁡ d x d y 2 ∩ n = ∅ ↔ x ∈ x ball ⁡ d x d y 2 ∧ y ∈ y ball ⁡ d x d y 2 ∧ x ball ⁡ d x d y 2 ∩ y ball ⁡ d x d y 2 = ∅
42 37 41 rspc2ev ⊢ x ball ⁡ d x d y 2 ∈ MetOpen ⁡ d ∧ y ball ⁡ d x d y 2 ∈ MetOpen ⁡ d ∧ x ∈ x ball ⁡ d x d y 2 ∧ y ∈ y ball ⁡ d x d y 2 ∧ x ball ⁡ d x d y 2 ∩ y ball ⁡ d x d y 2 = ∅ → ∃ m ∈ MetOpen ⁡ d ∃ n ∈ MetOpen ⁡ d x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
43 17 20 22 24 33 42 syl113anc ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X ∧ x ≠ y → ∃ m ∈ MetOpen ⁡ d ∃ n ∈ MetOpen ⁡ d x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
44 43 ex ⊢ d ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x ≠ y → ∃ m ∈ MetOpen ⁡ d ∃ n ∈ MetOpen ⁡ d x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
45 44 ralrimivva ⊢ d ∈ Met ⁡ X → ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x ≠ y → ∃ m ∈ MetOpen ⁡ d ∃ n ∈ MetOpen ⁡ d x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
46 15 mopntopon ⊢ d ∈ ∞Met ⁡ X → MetOpen ⁡ d ∈ TopOn ⁡ X
47 ishaus2 ⊢ MetOpen ⁡ d ∈ TopOn ⁡ X → MetOpen ⁡ d ∈ Haus ↔ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x ≠ y → ∃ m ∈ MetOpen ⁡ d ∃ n ∈ MetOpen ⁡ d x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
48 3 46 47 3syl ⊢ d ∈ Met ⁡ X → MetOpen ⁡ d ∈ Haus ↔ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x ≠ y → ∃ m ∈ MetOpen ⁡ d ∃ n ∈ MetOpen ⁡ d x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
49 45 48 mpbird ⊢ d ∈ Met ⁡ X → MetOpen ⁡ d ∈ Haus
50 eleq1 ⊢ J = MetOpen ⁡ d → J ∈ Haus ↔ MetOpen ⁡ d ∈ Haus
51 49 50 syl5ibrcom ⊢ d ∈ Met ⁡ X → J = MetOpen ⁡ d → J ∈ Haus
52 51 rexlimiv ⊢ ∃ d ∈ Met ⁡ X J = MetOpen ⁡ d → J ∈ Haus
53 2 52 syl ⊢ D ∈ ∞Met ⁡ X → J ∈ Haus