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Theorem prdstotbnd

Description: The product metric over finite index set is totally bounded if all the factors are totally bounded. (Contributed by Mario Carneiro, 20-Sep-2015)

Ref Expression
Hypotheses prdsbnd.y Y = S 𝑠 R
prdsbnd.b B = Base Y
prdsbnd.v V = Base R x
prdsbnd.e E = dist R x V × V
prdsbnd.d D = dist Y
prdsbnd.s φ S W
prdsbnd.i φ I Fin
prdsbnd.r φ R Fn I
prdstotbnd.m φ x I E TotBnd V
Assertion prdstotbnd φ D TotBnd B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 prdsbnd.y Y = S 𝑠 R
2 prdsbnd.b B = Base Y
3 prdsbnd.v V = Base R x
4 prdsbnd.e E = dist R x V × V
5 prdsbnd.d D = dist Y
6 prdsbnd.s φ S W
7 prdsbnd.i φ I Fin
8 prdsbnd.r φ R Fn I
9 prdstotbnd.m φ x I E TotBnd V
10 eqid S 𝑠 x I R x = S 𝑠 x I R x
11 eqid Base S 𝑠 x I R x = Base S 𝑠 x I R x
12 eqid dist S 𝑠 x I R x = dist S 𝑠 x I R x
13 fvexd φ x I R x V
14 totbndmet E TotBnd V E Met V
15 9 14 syl φ x I E Met V
16 10 11 3 4 12 6 7 13 15 prdsmet φ dist S 𝑠 x I R x Met Base S 𝑠 x I R x
17 dffn5 R Fn I R = x I R x
18 8 17 sylib φ R = x I R x
19 18 oveq2d φ S 𝑠 R = S 𝑠 x I R x
20 1 19 syl5eq φ Y = S 𝑠 x I R x
21 20 fveq2d φ dist Y = dist S 𝑠 x I R x
22 5 21 syl5eq φ D = dist S 𝑠 x I R x
23 20 fveq2d φ Base Y = Base S 𝑠 x I R x
24 2 23 syl5eq φ B = Base S 𝑠 x I R x
25 24 fveq2d φ Met B = Met Base S 𝑠 x I R x
26 16 22 25 3eltr4d φ D Met B
27 7 adantr φ r + I Fin
28 istotbnd3 E TotBnd V E Met V r + w 𝒫 V Fin z w z ball E r = V
29 28 simprbi E TotBnd V r + w 𝒫 V Fin z w z ball E r = V
30 9 29 syl φ x I r + w 𝒫 V Fin z w z ball E r = V
31 30 r19.21bi φ x I r + w 𝒫 V Fin z w z ball E r = V
32 df-rex w 𝒫 V Fin z w z ball E r = V w w 𝒫 V Fin z w z ball E r = V
33 rexv w V w 𝒫 V Fin z w z ball E r = V w w 𝒫 V Fin z w z ball E r = V
34 32 33 bitr4i w 𝒫 V Fin z w z ball E r = V w V w 𝒫 V Fin z w z ball E r = V
35 31 34 sylib φ x I r + w V w 𝒫 V Fin z w z ball E r = V
36 35 an32s φ r + x I w V w 𝒫 V Fin z w z ball E r = V
37 36 ralrimiva φ r + x I w V w 𝒫 V Fin z w z ball E r = V
38 eleq1 w = f x w 𝒫 V Fin f x 𝒫 V Fin
39 iuneq1 w = f x z w z ball E r = z f x z ball E r
40 39 eqeq1d w = f x z w z ball E r = V z f x z ball E r = V
41 38 40 anbi12d w = f x w 𝒫 V Fin z w z ball E r = V f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V
42 41 ac6sfi I Fin x I w V w 𝒫 V Fin z w z ball E r = V f f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V
43 27 37 42 syl2anc φ r + f f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V
44 elfpw f x 𝒫 V Fin f x V f x Fin
45 44 simplbi f x 𝒫 V Fin f x V
46 45 adantr f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V f x V
47 46 ralimi x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V x I f x V
48 47 ad2antll φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V x I f x V
49 ss2ixp x I f x V x I f x x I V
50 48 49 syl φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V x I f x x I V
51 fnfi R Fn I I Fin R Fin
52 8 7 51 syl2anc φ R Fin
53 8 fndmd φ dom R = I
54 1 6 52 2 53 prdsbas φ B = x I Base R x
55 3 rgenw x I V = Base R x
56 ixpeq2 x I V = Base R x x I V = x I Base R x
57 55 56 ax-mp x I V = x I Base R x
58 54 57 eqtr4di φ B = x I V
59 58 ad2antrr φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V B = x I V
60 50 59 sseqtrrd φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V x I f x B
61 27 adantr φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V I Fin
62 44 simprbi f x 𝒫 V Fin f x Fin
63 62 adantr f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V f x Fin
64 63 ralimi x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V x I f x Fin
65 64 ad2antll φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V x I f x Fin
66 ixpfi I Fin x I f x Fin x I f x Fin
67 61 65 66 syl2anc φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V x I f x Fin
68 elfpw x I f x 𝒫 B Fin x I f x B x I f x Fin
69 60 67 68 sylanbrc φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V x I f x 𝒫 B Fin
70 metxmet D Met B D ∞Met B
71 26 70 syl φ D ∞Met B
72 rpxr r + r *
73 blssm D ∞Met B y B r * y ball D r B
74 73 3expa D ∞Met B y B r * y ball D r B
75 74 an32s D ∞Met B r * y B y ball D r B
76 75 ralrimiva D ∞Met B r * y B y ball D r B
77 71 72 76 syl2an φ r + y B y ball D r B
78 77 adantr φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V y B y ball D r B
79 ssralv x I f x B y B y ball D r B y x I f x y ball D r B
80 60 78 79 sylc φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V y x I f x y ball D r B
81 iunss y x I f x y ball D r B y x I f x y ball D r B
82 80 81 sylibr φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V y x I f x y ball D r B
83 61 adantr φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B I Fin
84 59 eleq2d φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B g x I V
85 vex g V
86 85 elixp g x I V g Fn I x I g x V
87 86 simprbi g x I V x I g x V
88 df-rex z f x g x z ball E r z z f x g x z ball E r
89 eliun g x z f x z ball E r z f x g x z ball E r
90 rexv z V z f x g x z ball E r z z f x g x z ball E r
91 88 89 90 3bitr4i g x z f x z ball E r z V z f x g x z ball E r
92 eleq2 z f x z ball E r = V g x z f x z ball E r g x V
93 91 92 bitr3id z f x z ball E r = V z V z f x g x z ball E r g x V
94 93 biimprd z f x z ball E r = V g x V z V z f x g x z ball E r
95 94 adantl f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g x V z V z f x g x z ball E r
96 95 ral2imi x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V x I g x V x I z V z f x g x z ball E r
97 96 ad2antll φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V x I g x V x I z V z f x g x z ball E r
98 87 97 syl5 φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g x I V x I z V z f x g x z ball E r
99 84 98 sylbid φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B x I z V z f x g x z ball E r
100 99 imp φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B x I z V z f x g x z ball E r
101 eleq1 z = y x z f x y x f x
102 oveq1 z = y x z ball E r = y x ball E r
103 102 eleq2d z = y x g x z ball E r g x y x ball E r
104 101 103 anbi12d z = y x z f x g x z ball E r y x f x g x y x ball E r
105 104 ac6sfi I Fin x I z V z f x g x z ball E r y y : I V x I y x f x g x y x ball E r
106 83 100 105 syl2anc φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B y y : I V x I y x f x g x y x ball E r
107 ffn y : I V y Fn I
108 simpl y x f x g x y x ball E r y x f x
109 108 ralimi x I y x f x g x y x ball E r x I y x f x
110 107 109 anim12i y : I V x I y x f x g x y x ball E r y Fn I x I y x f x
111 vex y V
112 111 elixp y x I f x y Fn I x I y x f x
113 110 112 sylibr y : I V x I y x f x g x y x ball E r y x I f x
114 113 adantl φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B y : I V x I y x f x g x y x ball E r y x I f x
115 84 biimpa φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B g x I V
116 ixpfn g x I V g Fn I
117 115 116 syl φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B g Fn I
118 117 adantr φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B y : I V x I y x f x g x y x ball E r g Fn I
119 simpr y x f x g x y x ball E r g x y x ball E r
120 119 ralimi x I y x f x g x y x ball E r x I g x y x ball E r
121 120 ad2antll φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B y : I V x I y x f x g x y x ball E r x I g x y x ball E r
122 85 elixp g x I y x ball E r g Fn I x I g x y x ball E r
123 118 121 122 sylanbrc φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B y : I V x I y x f x g x y x ball E r g x I y x ball E r
124 simp-4l φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B y : I V x I y x f x g x y x ball E r φ
125 50 ad2antrr φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B y : I V x I y x f x g x y x ball E r x I f x x I V
126 125 114 sseldd φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B y : I V x I y x f x g x y x ball E r y x I V
127 124 58 syl φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B y : I V x I y x f x g x y x ball E r B = x I V
128 126 127 eleqtrrd φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B y : I V x I y x f x g x y x ball E r y B
129 simp-4r φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B y : I V x I y x f x g x y x ball E r r +
130 fveq2 y = x R y = R x
131 130 cbvmptv y I R y = x I R x
132 131 oveq2i S 𝑠 y I R y = S 𝑠 x I R x
133 20 132 eqtr4di φ Y = S 𝑠 y I R y
134 133 fveq2d φ dist Y = dist S 𝑠 y I R y
135 5 134 syl5eq φ D = dist S 𝑠 y I R y
136 135 fveq2d φ ball D = ball dist S 𝑠 y I R y
137 136 oveqdr φ y B r + y ball D r = y ball dist S 𝑠 y I R y r
138 eqid Base S 𝑠 y I R y = Base S 𝑠 y I R y
139 eqid dist S 𝑠 y I R y = dist S 𝑠 y I R y
140 6 adantr φ y B r + S W
141 7 adantr φ y B r + I Fin
142 fvexd φ y B r + x I R x V
143 metxmet E Met V E ∞Met V
144 15 143 syl φ x I E ∞Met V
145 144 adantlr φ y B r + x I E ∞Met V
146 simprl φ y B r + y B
147 133 fveq2d φ Base Y = Base S 𝑠 y I R y
148 2 147 syl5eq φ B = Base S 𝑠 y I R y
149 148 adantr φ y B r + B = Base S 𝑠 y I R y
150 146 149 eleqtrd φ y B r + y Base S 𝑠 y I R y
151 72 ad2antll φ y B r + r *
152 rpgt0 r + 0 < r
153 152 ad2antll φ y B r + 0 < r
154 132 138 3 4 139 140 141 142 145 150 151 153 prdsbl φ y B r + y ball dist S 𝑠 y I R y r = x I y x ball E r
155 137 154 eqtrd φ y B r + y ball D r = x I y x ball E r
156 124 128 129 155 syl12anc φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B y : I V x I y x f x g x y x ball E r y ball D r = x I y x ball E r
157 123 156 eleqtrrd φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B y : I V x I y x f x g x y x ball E r g y ball D r
158 114 157 jca φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B y : I V x I y x f x g x y x ball E r y x I f x g y ball D r
159 158 ex φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B y : I V x I y x f x g x y x ball E r y x I f x g y ball D r
160 159 eximdv φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B y y : I V x I y x f x g x y x ball E r y y x I f x g y ball D r
161 df-rex y x I f x g y ball D r y y x I f x g y ball D r
162 160 161 syl6ibr φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B y y : I V x I y x f x g x y x ball E r y x I f x g y ball D r
163 106 162 mpd φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B y x I f x g y ball D r
164 163 ex φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B y x I f x g y ball D r
165 eliun g y x I f x y ball D r y x I f x g y ball D r
166 164 165 syl6ibr φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V g B g y x I f x y ball D r
167 166 ssrdv φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V B y x I f x y ball D r
168 82 167 eqssd φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V y x I f x y ball D r = B
169 iuneq1 v = x I f x y v y ball D r = y x I f x y ball D r
170 169 eqeq1d v = x I f x y v y ball D r = B y x I f x y ball D r = B
171 170 rspcev x I f x 𝒫 B Fin y x I f x y ball D r = B v 𝒫 B Fin y v y ball D r = B
172 69 168 171 syl2anc φ r + f : I V x I f x 𝒫 V Fin z f x z ball E r = V v 𝒫 B Fin y v y ball D r = B
173 43 172 exlimddv φ r + v 𝒫 B Fin y v y ball D r = B
174 173 ralrimiva φ r + v 𝒫 B Fin y v y ball D r = B
175 istotbnd3 D TotBnd B D Met B r + v 𝒫 B Fin y v y ball D r = B
176 26 174 175 sylanbrc φ D TotBnd B