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Theorem minveclem3

Description: Lemma for minvec . The filter formed by taking elements successively closer to the infimum is Cauchy. (Contributed by Mario Carneiro, 8-May-2014) (Revised by Mario Carneiro, 15-Oct-2015)

Ref Expression
Hypotheses minvec.x X = Base U
minvec.m - ˙ = - U
minvec.n N = norm U
minvec.u φ U CPreHil
minvec.y φ Y LSubSp U
minvec.w φ U 𝑠 Y CMetSp
minvec.a φ A X
minvec.j J = TopOpen U
minvec.r R = ran y Y N A - ˙ y
minvec.s S = sup R <
minvec.d D = dist U X × X
minvec.f F = ran r + y Y | A D y 2 S 2 + r
Assertion minveclem3 φ Y filGen F CauFil D Y × Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 minvec.x X = Base U
2 minvec.m - ˙ = - U
3 minvec.n N = norm U
4 minvec.u φ U CPreHil
5 minvec.y φ Y LSubSp U
6 minvec.w φ U 𝑠 Y CMetSp
7 minvec.a φ A X
8 minvec.j J = TopOpen U
9 minvec.r R = ran y Y N A - ˙ y
10 minvec.s S = sup R <
11 minvec.d D = dist U X × X
12 minvec.f F = ran r + y Y | A D y 2 S 2 + r
13 simpr φ s + s +
14 2z 2
15 rpexpcl s + 2 s 2 +
16 13 14 15 sylancl φ s + s 2 +
17 16 rphalfcld φ s + s 2 2 +
18 4nn 4
19 nnrp 4 4 +
20 18 19 ax-mp 4 +
21 rpdivcl s 2 2 + 4 + s 2 2 4 +
22 17 20 21 sylancl φ s + s 2 2 4 +
23 5 adantr φ s + Y LSubSp U
24 rabexg Y LSubSp U y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 V
25 23 24 syl φ s + y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 V
26 eqid r + y Y | A D y 2 S 2 + r = r + y Y | A D y 2 S 2 + r
27 oveq2 r = s 2 2 4 S 2 + r = S 2 + s 2 2 4
28 27 breq2d r = s 2 2 4 A D y 2 S 2 + r A D y 2 S 2 + s 2 2 4
29 28 rabbidv r = s 2 2 4 y Y | A D y 2 S 2 + r = y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4
30 26 29 elrnmpt1s s 2 2 4 + y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 V y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 ran r + y Y | A D y 2 S 2 + r
31 22 25 30 syl2anc φ s + y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 ran r + y Y | A D y 2 S 2 + r
32 31 12 eleqtrrdi φ s + y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 F
33 oveq2 y = u A D y = A D u
34 33 oveq1d y = u A D y 2 = A D u 2
35 34 breq1d y = u A D y 2 S 2 + s 2 2 4 A D u 2 S 2 + s 2 2 4
36 35 elrab u y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4
37 oveq2 y = v A D y = A D v
38 37 oveq1d y = v A D y 2 = A D v 2
39 38 breq1d y = v A D y 2 S 2 + s 2 2 4 A D v 2 S 2 + s 2 2 4
40 39 elrab v y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4
41 36 40 anbi12i u y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 v y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4
42 simprll φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 u Y
43 simprrl φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 v Y
44 42 43 ovresd φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 u D Y × Y v = u D v
45 cphngp U CPreHil U NrmGrp
46 ngpms U NrmGrp U MetSp
47 1 11 msmet U MetSp D Met X
48 4 45 46 47 4syl φ D Met X
49 48 ad2antrr φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 D Met X
50 eqid LSubSp U = LSubSp U
51 1 50 lssss Y LSubSp U Y X
52 5 51 syl φ Y X
53 52 ad2antrr φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 Y X
54 53 42 sseldd φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 u X
55 53 43 sseldd φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 v X
56 metcl D Met X u X v X u D v
57 49 54 55 56 syl3anc φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 u D v
58 57 resqcld φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 u D v 2
59 17 adantr φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 s 2 2 +
60 59 rpred φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 s 2 2
61 16 adantr φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 s 2 +
62 61 rpred φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 s 2
63 4 ad2antrr φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 U CPreHil
64 5 ad2antrr φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 Y LSubSp U
65 6 ad2antrr φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 U 𝑠 Y CMetSp
66 7 ad2antrr φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 A X
67 22 adantr φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 s 2 2 4 +
68 67 rpred φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 s 2 2 4
69 67 rpge0d φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 0 s 2 2 4
70 simprlr φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 A D u 2 S 2 + s 2 2 4
71 simprrr φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 A D v 2 S 2 + s 2 2 4
72 1 2 3 63 64 65 66 8 9 10 11 68 69 42 43 70 71 minveclem2 φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 u D v 2 4 s 2 2 4
73 59 rpcnd φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 s 2 2
74 4cn 4
75 74 a1i φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 4
76 4ne0 4 0
77 76 a1i φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 4 0
78 73 75 77 divcan2d φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 4 s 2 2 4 = s 2 2
79 72 78 breqtrd φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 u D v 2 s 2 2
80 rphalflt s 2 + s 2 2 < s 2
81 61 80 syl φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 s 2 2 < s 2
82 58 60 62 79 81 lelttrd φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 u D v 2 < s 2
83 rpre s + s
84 83 ad2antlr φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 s
85 metge0 D Met X u X v X 0 u D v
86 49 54 55 85 syl3anc φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 0 u D v
87 rpge0 s + 0 s
88 87 ad2antlr φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 0 s
89 57 84 86 88 lt2sqd φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 u D v < s u D v 2 < s 2
90 82 89 mpbird φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 u D v < s
91 44 90 eqbrtrd φ s + u Y A D u 2 S 2 + s 2 2 4 v Y A D v 2 S 2 + s 2 2 4 u D Y × Y v < s
92 41 91 sylan2b φ s + u y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 v y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 u D Y × Y v < s
93 92 ralrimivva φ s + u y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 v y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 u D Y × Y v < s
94 raleq w = y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 v w u D Y × Y v < s v y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 u D Y × Y v < s
95 94 raleqbi1dv w = y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 u w v w u D Y × Y v < s u y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 v y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 u D Y × Y v < s
96 95 rspcev y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 F u y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 v y Y | A D y 2 S 2 + s 2 2 4 u D Y × Y v < s w F u w v w u D Y × Y v < s
97 32 93 96 syl2anc φ s + w F u w v w u D Y × Y v < s
98 97 ralrimiva φ s + w F u w v w u D Y × Y v < s
99 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 minveclem3a φ D Y × Y CMet Y
100 cmetmet D Y × Y CMet Y D Y × Y Met Y
101 metxmet D Y × Y Met Y D Y × Y ∞Met Y
102 99 100 101 3syl φ D Y × Y ∞Met Y
103 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 minveclem3b φ F fBas Y
104 fgcfil D Y × Y ∞Met Y F fBas Y Y filGen F CauFil D Y × Y s + w F u w v w u D Y × Y v < s
105 102 103 104 syl2anc φ Y filGen F CauFil D Y × Y s + w F u w v w u D Y × Y v < s
106 98 105 mpbird φ Y filGen F CauFil D Y × Y