Metamath Proof Explorer


Theorem opnrebl2

Description: A set is open in the standard topology of the reals precisely when every point can be enclosed in an arbitrarily small ball. (Contributed by Jeff Hankins, 22-Sep-2013) (Proof shortened by Mario Carneiro, 30-Jan-2014)

Ref Expression
Assertion opnrebl2 ⊢ A ∈ topGen ⁡ ran ⁡ . ↔ A ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ ℝ + ∃ z ∈ ℝ + z ≤ y ∧ x − z x + z ⊆ 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 mopnss ⊢ abs ∘ − ↾ ℝ 2 ∈ ∞Met ⁡ ℝ ∧ A ∈ topGen ⁡ ran ⁡ . → A ⊆ ℝ
6 2 5 mpan ⊢ A ∈ topGen ⁡ ran ⁡ . → A ⊆ ℝ
7 4 mopni3 ⊢ abs ∘ − ↾ ℝ 2 ∈ ∞Met ⁡ ℝ ∧ A ∈ topGen ⁡ ran ⁡ . ∧ x ∈ A ∧ y ∈ ℝ + → ∃ z ∈ ℝ + z < y ∧ x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 z ⊆ A
8 7 ex ⊢ abs ∘ − ↾ ℝ 2 ∈ ∞Met ⁡ ℝ ∧ A ∈ topGen ⁡ ran ⁡ . ∧ x ∈ A → y ∈ ℝ + → ∃ z ∈ ℝ + z < y ∧ x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 z ⊆ A
9 2 8 mp3an1 ⊢ A ∈ topGen ⁡ ran ⁡ . ∧ x ∈ A → y ∈ ℝ + → ∃ z ∈ ℝ + z < y ∧ x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 z ⊆ A
10 6 sselda ⊢ A ∈ topGen ⁡ ran ⁡ . ∧ x ∈ A → x ∈ ℝ
11 rpre ⊢ z ∈ ℝ + → z ∈ ℝ
12 1 bl2ioo ⊢ x ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ → x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 z = x − z x + z
13 11 12 sylan2 ⊢ x ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ + → x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 z = x − z x + z
14 13 sseq1d ⊢ x ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ + → x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 z ⊆ A ↔ x − z x + z ⊆ A
15 14 anbi2d ⊢ x ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ + → z < y ∧ x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 z ⊆ A ↔ z < y ∧ x − z x + z ⊆ A
16 15 rexbidva ⊢ x ∈ ℝ → ∃ z ∈ ℝ + z < y ∧ x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 z ⊆ A ↔ ∃ z ∈ ℝ + z < y ∧ x − z x + z ⊆ A
17 16 biimpd ⊢ x ∈ ℝ → ∃ z ∈ ℝ + z < y ∧ x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 z ⊆ A → ∃ z ∈ ℝ + z < y ∧ x − z x + z ⊆ A
18 rpre ⊢ y ∈ ℝ + → y ∈ ℝ
19 ltle ⊢ z ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → z < y → z ≤ y
20 11 18 19 syl2anr ⊢ y ∈ ℝ + ∧ z ∈ ℝ + → z < y → z ≤ y
21 20 anim1d ⊢ y ∈ ℝ + ∧ z ∈ ℝ + → z < y ∧ x − z x + z ⊆ A → z ≤ y ∧ x − z x + z ⊆ A
22 21 reximdva ⊢ y ∈ ℝ + → ∃ z ∈ ℝ + z < y ∧ x − z x + z ⊆ A → ∃ z ∈ ℝ + z ≤ y ∧ x − z x + z ⊆ A
23 17 22 syl9 ⊢ x ∈ ℝ → y ∈ ℝ + → ∃ z ∈ ℝ + z < y ∧ x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 z ⊆ A → ∃ z ∈ ℝ + z ≤ y ∧ x − z x + z ⊆ A
24 10 23 syl ⊢ A ∈ topGen ⁡ ran ⁡ . ∧ x ∈ A → y ∈ ℝ + → ∃ z ∈ ℝ + z < y ∧ x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 z ⊆ A → ∃ z ∈ ℝ + z ≤ y ∧ x − z x + z ⊆ A
25 9 24 mpdd ⊢ A ∈ topGen ⁡ ran ⁡ . ∧ x ∈ A → y ∈ ℝ + → ∃ z ∈ ℝ + z ≤ y ∧ x − z x + z ⊆ A
26 25 expimpd ⊢ A ∈ topGen ⁡ ran ⁡ . → x ∈ A ∧ y ∈ ℝ + → ∃ z ∈ ℝ + z ≤ y ∧ x − z x + z ⊆ A
27 26 ralrimivv ⊢ A ∈ topGen ⁡ ran ⁡ . → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ ℝ + ∃ z ∈ ℝ + z ≤ y ∧ x − z x + z ⊆ A
28 6 27 jca ⊢ A ∈ topGen ⁡ ran ⁡ . → A ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ ℝ + ∃ z ∈ ℝ + z ≤ y ∧ x − z x + z ⊆ A
29 ssel2 ⊢ A ⊆ ℝ ∧ x ∈ A → x ∈ ℝ
30 1rp ⊢ 1 ∈ ℝ +
31 simpr ⊢ z ≤ y ∧ x − z x + z ⊆ A → x − z x + z ⊆ A
32 31 reximi ⊢ ∃ z ∈ ℝ + z ≤ y ∧ x − z x + z ⊆ A → ∃ z ∈ ℝ + x − z x + z ⊆ A
33 32 ralimi ⊢ ∀ y ∈ ℝ + ∃ z ∈ ℝ + z ≤ y ∧ x − z x + z ⊆ A → ∀ y ∈ ℝ + ∃ z ∈ ℝ + x − z x + z ⊆ A
34 biidd ⊢ y = 1 → ∃ z ∈ ℝ + x − z x + z ⊆ A ↔ ∃ z ∈ ℝ + x − z x + z ⊆ A
35 34 rspcv ⊢ 1 ∈ ℝ + → ∀ y ∈ ℝ + ∃ z ∈ ℝ + x − z x + z ⊆ A → ∃ z ∈ ℝ + x − z x + z ⊆ A
36 30 33 35 mpsyl ⊢ ∀ y ∈ ℝ + ∃ z ∈ ℝ + z ≤ y ∧ x − z x + z ⊆ A → ∃ z ∈ ℝ + x − z x + z ⊆ A
37 14 rexbidva ⊢ x ∈ ℝ → ∃ z ∈ ℝ + x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 z ⊆ A ↔ ∃ z ∈ ℝ + x − z x + z ⊆ A
38 36 37 imbitrrid ⊢ x ∈ ℝ → ∀ y ∈ ℝ + ∃ z ∈ ℝ + z ≤ y ∧ x − z x + z ⊆ A → ∃ z ∈ ℝ + x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 z ⊆ A
39 29 38 syl ⊢ A ⊆ ℝ ∧ x ∈ A → ∀ y ∈ ℝ + ∃ z ∈ ℝ + z ≤ y ∧ x − z x + z ⊆ A → ∃ z ∈ ℝ + x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 z ⊆ A
40 39 ralimdva ⊢ A ⊆ ℝ → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ ℝ + ∃ z ∈ ℝ + z ≤ y ∧ x − z x + z ⊆ A → ∀ x ∈ A ∃ z ∈ ℝ + x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 z ⊆ A
41 40 imdistani ⊢ A ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ ℝ + ∃ z ∈ ℝ + z ≤ y ∧ x − z x + z ⊆ A → A ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∃ z ∈ ℝ + x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 z ⊆ A
42 4 elmopn2 ⊢ abs ∘ − ↾ ℝ 2 ∈ ∞Met ⁡ ℝ → A ∈ topGen ⁡ ran ⁡ . ↔ A ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∃ z ∈ ℝ + x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 z ⊆ A
43 2 42 ax-mp ⊢ A ∈ topGen ⁡ ran ⁡ . ↔ A ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∃ z ∈ ℝ + x ball ⁡ abs ∘ − ↾ ℝ 2 z ⊆ A
44 41 43 sylibr ⊢ A ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ ℝ + ∃ z ∈ ℝ + z ≤ y ∧ x − z x + z ⊆ A → A ∈ topGen ⁡ ran ⁡ .
45 28 44 impbii ⊢ A ∈ topGen ⁡ ran ⁡ . ↔ A ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ ℝ + ∃ z ∈ ℝ + z ≤ y ∧ x − z x + z ⊆ A