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Theorem opnrebl

Description: A set is open in the standard topology of the reals precisely when every point can be enclosed in an open ball. (Contributed by Jeff Hankins, 23-Sep-2013) (Proof shortened by Mario Carneiro, 30-Jan-2014)

Ref Expression
Assertion opnrebl ⊢ A ∈ topGen ⁡ ran ⁡ . ↔ A ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ ℝ + x − y x + y ⊆ A

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 eqid ⊢ abs ∘ − ↾ ℝ 2 = abs ∘ − ↾ ℝ 2
2 1 rexmet ⊢ abs ∘ − ↾ ℝ 2 ∈ ∞Met ⁡ ℝ
3 eqid ⊢ MetOpen ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 = MetOpen ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2
4 1 3 tgioo ⊢ topGen ⁡ ran ⁡ . = MetOpen ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2
5 4 elmopn2 ⊢ abs ∘ − ↾ ℝ 2 ∈ ∞Met ⁡ ℝ → A ∈ topGen ⁡ ran ⁡ . ↔ A ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ ℝ + x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 y ⊆ A
6 2 5 ax-mp ⊢ A ∈ topGen ⁡ ran ⁡ . ↔ A ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ ℝ + x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 y ⊆ A
7 ssel2 ⊢ A ⊆ ℝ ∧ x ∈ A → x ∈ ℝ
8 rpre ⊢ y ∈ ℝ + → y ∈ ℝ
9 1 bl2ioo ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 y = x − y x + y
10 8 9 sylan2 ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ + → x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 y = x − y x + y
11 10 sseq1d ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ + → x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 y ⊆ A ↔ x − y x + y ⊆ A
12 11 rexbidva ⊢ x ∈ ℝ → ∃ y ∈ ℝ + x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 y ⊆ A ↔ ∃ y ∈ ℝ + x − y x + y ⊆ A
13 7 12 syl ⊢ A ⊆ ℝ ∧ x ∈ A → ∃ y ∈ ℝ + x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 y ⊆ A ↔ ∃ y ∈ ℝ + x − y x + y ⊆ A
14 13 ralbidva ⊢ A ⊆ ℝ → ∀ x ∈ A ∃ y ∈ ℝ + x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 y ⊆ A ↔ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ ℝ + x − y x + y ⊆ A
15 14 pm5.32i ⊢ A ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ ℝ + x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 y ⊆ A ↔ A ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ ℝ + x − y x + y ⊆ A
16 6 15 bitri ⊢ A ∈ topGen ⁡ ran ⁡ . ↔ A ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ ℝ + x − y x + y ⊆ A