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Theorem metuel2

Description: Elementhood in the uniform structure generated by a metric D (Contributed by Thierry Arnoux, 24-Jan-2018) (Revised by Thierry Arnoux, 11-Feb-2018)

Ref Expression
Hypothesis metuel2.u ⊢ U = metUnif ⁡ D
Assertion metuel2 ⊢ X ≠ ∅ ∧ D ∈ PsMet ⁡ X → V ∈ U ↔ V ⊆ X × X ∧ ∃ d ∈ ℝ + ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x D y < d → x V y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 metuel2.u ⊢ U = metUnif ⁡ D
2 1 eleq2i ⊢ V ∈ U ↔ V ∈ metUnif ⁡ D
3 2 a1i ⊢ X ≠ ∅ ∧ D ∈ PsMet ⁡ X → V ∈ U ↔ V ∈ metUnif ⁡ D
4 metuel ⊢ X ≠ ∅ ∧ D ∈ PsMet ⁡ X → V ∈ metUnif ⁡ D ↔ V ⊆ X × X ∧ ∃ w ∈ ran ⁡ a ∈ ℝ + ⟼ D -1 0 a w ⊆ V
5 oveq2 ⊢ a = d → 0 a = 0 d
6 5 imaeq2d ⊢ a = d → D -1 0 a = D -1 0 d
7 6 cbvmptv ⊢ a ∈ ℝ + ⟼ D -1 0 a = d ∈ ℝ + ⟼ D -1 0 d
8 7 elrnmpt ⊢ w ∈ V → w ∈ ran ⁡ a ∈ ℝ + ⟼ D -1 0 a ↔ ∃ d ∈ ℝ + w = D -1 0 d
9 8 elv ⊢ w ∈ ran ⁡ a ∈ ℝ + ⟼ D -1 0 a ↔ ∃ d ∈ ℝ + w = D -1 0 d
10 9 anbi1i ⊢ w ∈ ran ⁡ a ∈ ℝ + ⟼ D -1 0 a ∧ w ⊆ V ↔ ∃ d ∈ ℝ + w = D -1 0 d ∧ w ⊆ V
11 r19.41v ⊢ ∃ d ∈ ℝ + w = D -1 0 d ∧ w ⊆ V ↔ ∃ d ∈ ℝ + w = D -1 0 d ∧ w ⊆ V
12 10 11 bitr4i ⊢ w ∈ ran ⁡ a ∈ ℝ + ⟼ D -1 0 a ∧ w ⊆ V ↔ ∃ d ∈ ℝ + w = D -1 0 d ∧ w ⊆ V
13 12 exbii ⊢ ∃ w w ∈ ran ⁡ a ∈ ℝ + ⟼ D -1 0 a ∧ w ⊆ V ↔ ∃ w ∃ d ∈ ℝ + w = D -1 0 d ∧ w ⊆ V
14 df-rex ⊢ ∃ w ∈ ran ⁡ a ∈ ℝ + ⟼ D -1 0 a w ⊆ V ↔ ∃ w w ∈ ran ⁡ a ∈ ℝ + ⟼ D -1 0 a ∧ w ⊆ V
15 rexcom4 ⊢ ∃ d ∈ ℝ + ∃ w w = D -1 0 d ∧ w ⊆ V ↔ ∃ w ∃ d ∈ ℝ + w = D -1 0 d ∧ w ⊆ V
16 13 14 15 3bitr4i ⊢ ∃ w ∈ ran ⁡ a ∈ ℝ + ⟼ D -1 0 a w ⊆ V ↔ ∃ d ∈ ℝ + ∃ w w = D -1 0 d ∧ w ⊆ V
17 cnvexg ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X → D -1 ∈ V
18 imaexg ⊢ D -1 ∈ V → D -1 0 d ∈ V
19 sseq1 ⊢ w = D -1 0 d → w ⊆ V ↔ D -1 0 d ⊆ V
20 19 ceqsexgv ⊢ D -1 0 d ∈ V → ∃ w w = D -1 0 d ∧ w ⊆ V ↔ D -1 0 d ⊆ V
21 17 18 20 3syl ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X → ∃ w w = D -1 0 d ∧ w ⊆ V ↔ D -1 0 d ⊆ V
22 21 rexbidv ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X → ∃ d ∈ ℝ + ∃ w w = D -1 0 d ∧ w ⊆ V ↔ ∃ d ∈ ℝ + D -1 0 d ⊆ V
23 22 adantr ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X → ∃ d ∈ ℝ + ∃ w w = D -1 0 d ∧ w ⊆ V ↔ ∃ d ∈ ℝ + D -1 0 d ⊆ V
24 16 23 bitrid ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X → ∃ w ∈ ran ⁡ a ∈ ℝ + ⟼ D -1 0 a w ⊆ V ↔ ∃ d ∈ ℝ + D -1 0 d ⊆ V
25 cnvimass ⊢ D -1 0 d ⊆ dom ⁡ D
26 simpll ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + → D ∈ PsMet ⁡ X
27 psmetf ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X → D : X × X ⟶ ℝ *
28 fdm ⊢ D : X × X ⟶ ℝ * → dom ⁡ D = X × X
29 26 27 28 3syl ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + → dom ⁡ D = X × X
30 25 29 sseqtrid ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + → D -1 0 d ⊆ X × X
31 ssrel2 ⊢ D -1 0 d ⊆ X × X → D -1 0 d ⊆ V ↔ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x y ∈ D -1 0 d → x y ∈ V
32 30 31 syl ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + → D -1 0 d ⊆ V ↔ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x y ∈ D -1 0 d → x y ∈ V
33 simplr ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x ∈ X
34 simpr ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → y ∈ X
35 33 34 opelxpd ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x y ∈ X × X
36 35 biantrurd ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → D ⁡ x y ∈ 0 d ↔ x y ∈ X × X ∧ D ⁡ x y ∈ 0 d
37 psmetcl ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x D y ∈ ℝ *
38 37 ad5ant145 ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x D y ∈ ℝ *
39 38 3biant1d ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → 0 ≤ x D y ∧ x D y < d ↔ x D y ∈ ℝ * ∧ 0 ≤ x D y ∧ x D y < d
40 psmetge0 ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → 0 ≤ x D y
41 40 biantrurd ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x D y < d ↔ 0 ≤ x D y ∧ x D y < d
42 41 ad5ant145 ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x D y < d ↔ 0 ≤ x D y ∧ x D y < d
43 0xr ⊢ 0 ∈ ℝ *
44 simpllr ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → d ∈ ℝ +
45 44 rpxrd ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → d ∈ ℝ *
46 elico1 ⊢ 0 ∈ ℝ * ∧ d ∈ ℝ * → x D y ∈ 0 d ↔ x D y ∈ ℝ * ∧ 0 ≤ x D y ∧ x D y < d
47 43 45 46 sylancr ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x D y ∈ 0 d ↔ x D y ∈ ℝ * ∧ 0 ≤ x D y ∧ x D y < d
48 39 42 47 3bitr4d ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x D y < d ↔ x D y ∈ 0 d
49 df-ov ⊢ x D y = D ⁡ x y
50 49 eleq1i ⊢ x D y ∈ 0 d ↔ D ⁡ x y ∈ 0 d
51 48 50 bitrdi ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x D y < d ↔ D ⁡ x y ∈ 0 d
52 simp-4l ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → D ∈ PsMet ⁡ X
53 ffn ⊢ D : X × X ⟶ ℝ * → D Fn X × X
54 elpreima ⊢ D Fn X × X → x y ∈ D -1 0 d ↔ x y ∈ X × X ∧ D ⁡ x y ∈ 0 d
55 52 27 53 54 4syl ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x y ∈ D -1 0 d ↔ x y ∈ X × X ∧ D ⁡ x y ∈ 0 d
56 36 51 55 3bitr4d ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x D y < d ↔ x y ∈ D -1 0 d
57 56 anasss ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x D y < d ↔ x y ∈ D -1 0 d
58 df-br ⊢ x V y ↔ x y ∈ V
59 58 a1i ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x V y ↔ x y ∈ V
60 57 59 imbi12d ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x D y < d → x V y ↔ x y ∈ D -1 0 d → x y ∈ V
61 60 2ralbidva ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + → ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x D y < d → x V y ↔ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x y ∈ D -1 0 d → x y ∈ V
62 32 61 bitr4d ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X ∧ d ∈ ℝ + → D -1 0 d ⊆ V ↔ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x D y < d → x V y
63 62 rexbidva ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X → ∃ d ∈ ℝ + D -1 0 d ⊆ V ↔ ∃ d ∈ ℝ + ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x D y < d → x V y
64 24 63 bitrd ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X ∧ V ⊆ X × X → ∃ w ∈ ran ⁡ a ∈ ℝ + ⟼ D -1 0 a w ⊆ V ↔ ∃ d ∈ ℝ + ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x D y < d → x V y
65 64 pm5.32da ⊢ D ∈ PsMet ⁡ X → V ⊆ X × X ∧ ∃ w ∈ ran ⁡ a ∈ ℝ + ⟼ D -1 0 a w ⊆ V ↔ V ⊆ X × X ∧ ∃ d ∈ ℝ + ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x D y < d → x V y
66 65 adantl ⊢ X ≠ ∅ ∧ D ∈ PsMet ⁡ X → V ⊆ X × X ∧ ∃ w ∈ ran ⁡ a ∈ ℝ + ⟼ D -1 0 a w ⊆ V ↔ V ⊆ X × X ∧ ∃ d ∈ ℝ + ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x D y < d → x V y
67 3 4 66 3bitrd ⊢ X ≠ ∅ ∧ D ∈ PsMet ⁡ X → V ∈ U ↔ V ⊆ X × X ∧ ∃ d ∈ ℝ + ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x D y < d → x V y