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Theorem prdsdsf

Description: The product metric is a function into the nonnegative extended reals. In general this means that it is not a metric but rather an *extended* metric (even when all the factors are metrics), but it will be a metric when restricted to regions where it does not take infinite values. (Contributed by Mario Carneiro, 20-Aug-2015)

Ref Expression
Hypotheses prdsdsf.y ⊢ Y = S ⨉ 𝑠 x ∈ I ⟼ R
prdsdsf.b ⊢ B = Base Y
prdsdsf.v ⊢ V = Base R
prdsdsf.e ⊢ E = dist ⁡ R ↾ V × V
prdsdsf.d ⊢ D = dist ⁡ Y
prdsdsf.s ⊢ φ → S ∈ W
prdsdsf.i ⊢ φ → I ∈ X
prdsdsf.r ⊢ φ ∧ x ∈ I → R ∈ Z
prdsdsf.m ⊢ φ ∧ x ∈ I → E ∈ ∞Met ⁡ V
Assertion prdsdsf ⊢ φ → D : B × B ⟶ 0 +∞

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 prdsdsf.y ⊢ Y = S ⨉ 𝑠 x ∈ I ⟼ R
2 prdsdsf.b ⊢ B = Base Y
3 prdsdsf.v ⊢ V = Base R
4 prdsdsf.e ⊢ E = dist ⁡ R ↾ V × V
5 prdsdsf.d ⊢ D = dist ⁡ Y
6 prdsdsf.s ⊢ φ → S ∈ W
7 prdsdsf.i ⊢ φ → I ∈ X
8 prdsdsf.r ⊢ φ ∧ x ∈ I → R ∈ Z
9 prdsdsf.m ⊢ φ ∧ x ∈ I → E ∈ ∞Met ⁡ V
10 simpr ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B ∧ y ∈ I → y ∈ I
11 8 elexd ⊢ φ ∧ x ∈ I → R ∈ V
12 11 ralrimiva ⊢ φ → ∀ x ∈ I R ∈ V
13 12 adantr ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B → ∀ x ∈ I R ∈ V
14 nfcsb1v ⊢ Ⅎ _ x ⦋ y / x⦌ R
15 14 nfel1 ⊢ Ⅎ x ⦋ y / x⦌ R ∈ V
16 csbeq1a ⊢ x = y → R = ⦋ y / x⦌ R
17 16 eleq1d ⊢ x = y → R ∈ V ↔ ⦋ y / x⦌ R ∈ V
18 15 17 rspc ⊢ y ∈ I → ∀ x ∈ I R ∈ V → ⦋ y / x⦌ R ∈ V
19 13 18 mpan9 ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B ∧ y ∈ I → ⦋ y / x⦌ R ∈ V
20 eqid ⊢ x ∈ I ⟼ R = x ∈ I ⟼ R
21 20 fvmpts ⊢ y ∈ I ∧ ⦋ y / x⦌ R ∈ V → x ∈ I ⟼ R ⁡ y = ⦋ y / x⦌ R
22 10 19 21 syl2anc ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B ∧ y ∈ I → x ∈ I ⟼ R ⁡ y = ⦋ y / x⦌ R
23 22 fveq2d ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B ∧ y ∈ I → dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y = dist ⁡ ⦋ y / x⦌ R
24 23 oveqd ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B ∧ y ∈ I → f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y = f ⁡ y dist ⁡ ⦋ y / x⦌ R g ⁡ y
25 6 adantr ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B → S ∈ W
26 7 adantr ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B → I ∈ X
27 simprl ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B → f ∈ B
28 1 2 25 26 13 3 27 prdsbascl ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B → ∀ x ∈ I f ⁡ x ∈ V
29 nfcsb1v ⊢ Ⅎ _ x ⦋ y / x⦌ V
30 29 nfel2 ⊢ Ⅎ x f ⁡ y ∈ ⦋ y / x⦌ V
31 fveq2 ⊢ x = y → f ⁡ x = f ⁡ y
32 csbeq1a ⊢ x = y → V = ⦋ y / x⦌ V
33 31 32 eleq12d ⊢ x = y → f ⁡ x ∈ V ↔ f ⁡ y ∈ ⦋ y / x⦌ V
34 30 33 rspc ⊢ y ∈ I → ∀ x ∈ I f ⁡ x ∈ V → f ⁡ y ∈ ⦋ y / x⦌ V
35 28 34 mpan9 ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B ∧ y ∈ I → f ⁡ y ∈ ⦋ y / x⦌ V
36 simprr ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B → g ∈ B
37 1 2 25 26 13 3 36 prdsbascl ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B → ∀ x ∈ I g ⁡ x ∈ V
38 29 nfel2 ⊢ Ⅎ x g ⁡ y ∈ ⦋ y / x⦌ V
39 fveq2 ⊢ x = y → g ⁡ x = g ⁡ y
40 39 32 eleq12d ⊢ x = y → g ⁡ x ∈ V ↔ g ⁡ y ∈ ⦋ y / x⦌ V
41 38 40 rspc ⊢ y ∈ I → ∀ x ∈ I g ⁡ x ∈ V → g ⁡ y ∈ ⦋ y / x⦌ V
42 37 41 mpan9 ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B ∧ y ∈ I → g ⁡ y ∈ ⦋ y / x⦌ V
43 35 42 ovresd ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B ∧ y ∈ I → f ⁡ y dist ⁡ ⦋ y / x⦌ R ↾ ⦋ y / x⦌ V × ⦋ y / x⦌ V g ⁡ y = f ⁡ y dist ⁡ ⦋ y / x⦌ R g ⁡ y
44 24 43 eqtr4d ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B ∧ y ∈ I → f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y = f ⁡ y dist ⁡ ⦋ y / x⦌ R ↾ ⦋ y / x⦌ V × ⦋ y / x⦌ V g ⁡ y
45 9 ralrimiva ⊢ φ → ∀ x ∈ I E ∈ ∞Met ⁡ V
46 45 adantr ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B → ∀ x ∈ I E ∈ ∞Met ⁡ V
47 nfcv ⊢ Ⅎ _ x dist
48 47 14 nffv ⊢ Ⅎ _ x dist ⁡ ⦋ y / x⦌ R
49 29 29 nfxp ⊢ Ⅎ _ x ⦋ y / x⦌ V × ⦋ y / x⦌ V
50 48 49 nfres ⊢ Ⅎ _ x dist ⁡ ⦋ y / x⦌ R ↾ ⦋ y / x⦌ V × ⦋ y / x⦌ V
51 nfcv ⊢ Ⅎ _ x ∞Met
52 51 29 nffv ⊢ Ⅎ _ x ∞Met ⁡ ⦋ y / x⦌ V
53 50 52 nfel ⊢ Ⅎ x dist ⁡ ⦋ y / x⦌ R ↾ ⦋ y / x⦌ V × ⦋ y / x⦌ V ∈ ∞Met ⁡ ⦋ y / x⦌ V
54 16 fveq2d ⊢ x = y → dist ⁡ R = dist ⁡ ⦋ y / x⦌ R
55 32 sqxpeqd ⊢ x = y → V × V = ⦋ y / x⦌ V × ⦋ y / x⦌ V
56 54 55 reseq12d ⊢ x = y → dist ⁡ R ↾ V × V = dist ⁡ ⦋ y / x⦌ R ↾ ⦋ y / x⦌ V × ⦋ y / x⦌ V
57 4 56 eqtrid ⊢ x = y → E = dist ⁡ ⦋ y / x⦌ R ↾ ⦋ y / x⦌ V × ⦋ y / x⦌ V
58 32 fveq2d ⊢ x = y → ∞Met ⁡ V = ∞Met ⁡ ⦋ y / x⦌ V
59 57 58 eleq12d ⊢ x = y → E ∈ ∞Met ⁡ V ↔ dist ⁡ ⦋ y / x⦌ R ↾ ⦋ y / x⦌ V × ⦋ y / x⦌ V ∈ ∞Met ⁡ ⦋ y / x⦌ V
60 53 59 rspc ⊢ y ∈ I → ∀ x ∈ I E ∈ ∞Met ⁡ V → dist ⁡ ⦋ y / x⦌ R ↾ ⦋ y / x⦌ V × ⦋ y / x⦌ V ∈ ∞Met ⁡ ⦋ y / x⦌ V
61 46 60 mpan9 ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B ∧ y ∈ I → dist ⁡ ⦋ y / x⦌ R ↾ ⦋ y / x⦌ V × ⦋ y / x⦌ V ∈ ∞Met ⁡ ⦋ y / x⦌ V
62 xmetcl ⊢ dist ⁡ ⦋ y / x⦌ R ↾ ⦋ y / x⦌ V × ⦋ y / x⦌ V ∈ ∞Met ⁡ ⦋ y / x⦌ V ∧ f ⁡ y ∈ ⦋ y / x⦌ V ∧ g ⁡ y ∈ ⦋ y / x⦌ V → f ⁡ y dist ⁡ ⦋ y / x⦌ R ↾ ⦋ y / x⦌ V × ⦋ y / x⦌ V g ⁡ y ∈ ℝ *
63 61 35 42 62 syl3anc ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B ∧ y ∈ I → f ⁡ y dist ⁡ ⦋ y / x⦌ R ↾ ⦋ y / x⦌ V × ⦋ y / x⦌ V g ⁡ y ∈ ℝ *
64 44 63 eqeltrd ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B ∧ y ∈ I → f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∈ ℝ *
65 64 fmpttd ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B → y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y : I ⟶ ℝ *
66 65 frnd ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B → ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ⊆ ℝ *
67 0xr ⊢ 0 ∈ ℝ *
68 67 a1i ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B → 0 ∈ ℝ *
69 68 snssd ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B → 0 ⊆ ℝ *
70 66 69 unssd ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B → ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0 ⊆ ℝ *
71 supxrcl ⊢ ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0 ⊆ ℝ * → sup ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0 ℝ * < ∈ ℝ *
72 70 71 syl ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B → sup ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0 ℝ * < ∈ ℝ *
73 ssun2 ⊢ 0 ⊆ ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0
74 c0ex ⊢ 0 ∈ V
75 74 snss ⊢ 0 ∈ ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0 ↔ 0 ⊆ ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0
76 73 75 mpbir ⊢ 0 ∈ ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0
77 supxrub ⊢ ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0 ⊆ ℝ * ∧ 0 ∈ ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0 → 0 ≤ sup ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0 ℝ * <
78 70 76 77 sylancl ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B → 0 ≤ sup ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0 ℝ * <
79 elxrge0 ⊢ sup ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0 ℝ * < ∈ 0 +∞ ↔ sup ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0 ℝ * < ∈ ℝ * ∧ 0 ≤ sup ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0 ℝ * <
80 72 78 79 sylanbrc ⊢ φ ∧ f ∈ B ∧ g ∈ B → sup ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0 ℝ * < ∈ 0 +∞
81 80 ralrimivva ⊢ φ → ∀ f ∈ B ∀ g ∈ B sup ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0 ℝ * < ∈ 0 +∞
82 eqid ⊢ f ∈ B , g ∈ B ⟼ sup ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0 ℝ * < = f ∈ B , g ∈ B ⟼ sup ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0 ℝ * <
83 82 fmpo ⊢ ∀ f ∈ B ∀ g ∈ B sup ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0 ℝ * < ∈ 0 +∞ ↔ f ∈ B , g ∈ B ⟼ sup ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0 ℝ * < : B × B ⟶ 0 +∞
84 81 83 sylib ⊢ φ → f ∈ B , g ∈ B ⟼ sup ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0 ℝ * < : B × B ⟶ 0 +∞
85 7 mptexd ⊢ φ → x ∈ I ⟼ R ∈ V
86 8 ralrimiva ⊢ φ → ∀ x ∈ I R ∈ Z
87 dmmptg ⊢ ∀ x ∈ I R ∈ Z → dom ⁡ x ∈ I ⟼ R = I
88 86 87 syl ⊢ φ → dom ⁡ x ∈ I ⟼ R = I
89 1 6 85 2 88 5 prdsds ⊢ φ → D = f ∈ B , g ∈ B ⟼ sup ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0 ℝ * <
90 89 feq1d ⊢ φ → D : B × B ⟶ 0 +∞ ↔ f ∈ B , g ∈ B ⟼ sup ran ⁡ y ∈ I ⟼ f ⁡ y dist ⁡ x ∈ I ⟼ R ⁡ y g ⁡ y ∪ 0 ℝ * < : B × B ⟶ 0 +∞
91 84 90 mpbird ⊢ φ → D : B × B ⟶ 0 +∞