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Theorem qndenserrnbllem

Description: n-dimensional rational numbers are dense in the space of n-dimensional real numbers, with respect to the n-dimensional standard topology. (Contributed by Glauco Siliprandi, 24-Dec-2020)

Ref Expression
Hypotheses qndenserrnbllem.i φ I Fin
qndenserrnbllem.n φ I
qndenserrnbllem.x φ X I
qndenserrnbllem.d D = dist I
qndenserrnbllem.e φ E +
Assertion qndenserrnbllem φ y I y X ball D E

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 qndenserrnbllem.i φ I Fin
2 qndenserrnbllem.n φ I
3 qndenserrnbllem.x φ X I
4 qndenserrnbllem.d D = dist I
5 qndenserrnbllem.e φ E +
6 inss1 X k X k + E I
7 qex V
8 ssexg X k X k + E I V X k X k + E I V
9 6 7 8 mp2an X k X k + E I V
10 9 a1i φ k I X k X k + E I V
11 elmapi X I X : I
12 3 11 syl φ X : I
13 12 adantr φ k I X : I
14 simpr φ k I k I
15 13 14 ffvelrnd φ k I X k
16 15 rexrd φ k I X k *
17 5 rpred φ E
18 17 adantr φ k I E
19 ne0i k I I
20 19 adantl φ k I I
21 hashnncl I Fin I I
22 1 21 syl φ I I
23 22 adantr φ k I I I
24 20 23 mpbird φ k I I
25 24 nnred φ k I I
26 0red φ k I 0
27 24 nngt0d φ k I 0 < I
28 26 25 27 ltled φ k I 0 I
29 25 28 resqrtcld φ k I I
30 25 27 elrpd φ k I I +
31 30 sqrtgt0d φ k I 0 < I
32 26 31 gtned φ k I I 0
33 18 29 32 redivcld φ k I E I
34 15 33 readdcld φ k I X k + E I
35 34 rexrd φ k I X k + E I *
36 5 adantr φ k I E +
37 29 31 elrpd φ k I I +
38 36 37 rpdivcld φ k I E I +
39 15 38 ltaddrpd φ k I X k < X k + E I
40 qbtwnxr X k * X k + E I * X k < X k + E I q X k < q q < X k + E I
41 16 35 39 40 syl3anc φ k I q X k < q q < X k + E I
42 df-rex q X k < q q < X k + E I q q X k < q q < X k + E I
43 41 42 sylib φ k I q q X k < q q < X k + E I
44 simprl φ k I q X k < q q < X k + E I q
45 16 adantr φ k I q X k < q q < X k + E I X k *
46 35 adantr φ k I q X k < q q < X k + E I X k + E I *
47 qre q q
48 47 ad2antrl φ k I q X k < q q < X k + E I q
49 simprrl φ k I q X k < q q < X k + E I X k < q
50 simprrr φ k I q X k < q q < X k + E I q < X k + E I
51 45 46 48 49 50 eliood φ k I q X k < q q < X k + E I q X k X k + E I
52 44 51 elind φ k I q X k < q q < X k + E I q X k X k + E I
53 52 ex φ k I q X k < q q < X k + E I q X k X k + E I
54 53 eximdv φ k I q q X k < q q < X k + E I q q X k X k + E I
55 43 54 mpd φ k I q q X k X k + E I
56 n0 X k X k + E I q q X k X k + E I
57 55 56 sylibr φ k I X k X k + E I
58 1 10 57 choicefi φ y y Fn I k I y k X k X k + E I
59 6 a1i y Fn I X k X k + E I
60 59 sseld y Fn I y k X k X k + E I y k
61 60 ralimdv y Fn I k I y k X k X k + E I k I y k
62 61 imdistani y Fn I k I y k X k X k + E I y Fn I k I y k
63 ffnfv y : I y Fn I k I y k
64 62 63 sylibr y Fn I k I y k X k X k + E I y : I
65 64 adantl φ y Fn I k I y k X k X k + E I y : I
66 7 a1i φ V
67 elmapg V I Fin y I y : I
68 66 1 67 syl2anc φ y I y : I
69 68 adantr φ y Fn I k I y k X k X k + E I y I y : I
70 65 69 mpbird φ y Fn I k I y k X k X k + E I y I
71 reex V
72 47 ssriv
73 mapss V I I
74 71 72 73 mp2an I I
75 74 a1i φ y Fn I k I y k X k X k + E I I I
76 75 70 sseldd φ y Fn I k I y k X k X k + E I y I
77 1 adantr φ y Fn I k I y k X k X k + E I I Fin
78 2 adantr φ y Fn I k I y k X k X k + E I I
79 eqid I = I
80 3 adantr φ y Fn I k I y k X k X k + E I X I
81 simpll φ k I y k X k X k + E I i I φ
82 fveq2 k = i y k = y i
83 fveq2 k = i X k = X i
84 83 oveq1d k = i X k + E I = X i + E I
85 83 84 oveq12d k = i X k X k + E I = X i X i + E I
86 85 ineq2d k = i X k X k + E I = X i X i + E I
87 82 86 eleq12d k = i y k X k X k + E I y i X i X i + E I
88 87 cbvralvw k I y k X k X k + E I i I y i X i X i + E I
89 88 biimpi k I y k X k X k + E I i I y i X i X i + E I
90 89 adantr k I y k X k X k + E I i I i I y i X i X i + E I
91 simpr k I y k X k X k + E I i I i I
92 rspa i I y i X i X i + E I i I y i X i X i + E I
93 90 91 92 syl2anc k I y k X k X k + E I i I y i X i X i + E I
94 93 adantll φ k I y k X k X k + E I i I y i X i X i + E I
95 elinel2 y i X i X i + E I y i X i X i + E I
96 94 95 syl φ k I y k X k X k + E I i I y i X i X i + E I
97 simpr φ k I y k X k X k + E I i I i I
98 12 ffvelrnda φ i I X i
99 98 3adant2 φ y i X i X i + E I i I X i
100 simp2 φ y i X i X i + E I i I y i X i X i + E I
101 100 elioored φ y i X i X i + E I i I y i
102 99 rexrd φ y i X i X i + E I i I X i *
103 17 adantr φ i I E
104 2 22 mpbird φ I
105 104 nnred φ I
106 105 adantr φ i I I
107 0red φ 0
108 104 nngt0d φ 0 < I
109 107 105 108 ltled φ 0 I
110 109 adantr φ i I 0 I
111 106 110 resqrtcld φ i I I
112 sqrtgt0 I 0 < I 0 < I
113 105 108 112 syl2anc φ 0 < I
114 107 113 gtned φ I 0
115 114 adantr φ i I I 0
116 103 111 115 redivcld φ i I E I
117 98 116 readdcld φ i I X i + E I
118 117 rexrd φ i I X i + E I *
119 118 3adant2 φ y i X i X i + E I i I X i + E I *
120 ioogtlb X i * X i + E I * y i X i X i + E I X i < y i
121 102 119 100 120 syl3anc φ y i X i X i + E I i I X i < y i
122 99 101 121 ltled φ y i X i X i + E I i I X i y i
123 99 101 122 abssuble0d φ y i X i X i + E I i I X i y i = y i X i
124 117 3adant2 φ y i X i X i + E I i I X i + E I
125 iooltub X i * X i + E I * y i X i X i + E I y i < X i + E I
126 102 119 100 125 syl3anc φ y i X i X i + E I i I y i < X i + E I
127 101 124 99 126 ltsub1dd φ y i X i X i + E I i I y i X i < X i + E I - X i
128 99 recnd φ y i X i X i + E I i I X i
129 105 109 resqrtcld φ I
130 17 129 114 redivcld φ E I
131 130 recnd φ E I
132 131 3ad2ant1 φ y i X i X i + E I i I E I
133 128 132 pncan2d φ y i X i X i + E I i I X i + E I - X i = E I
134 127 133 breqtrd φ y i X i X i + E I i I y i X i < E I
135 123 134 eqbrtrd φ y i X i X i + E I i I X i y i < E I
136 81 96 97 135 syl3anc φ k I y k X k X k + E I i I X i y i < E I
137 136 adantlrl φ y Fn I k I y k X k X k + E I i I X i y i < E I
138 5 adantr φ y Fn I k I y k X k X k + E I E +
139 105 108 elrpd φ I +
140 139 adantr φ y Fn I k I y k X k X k + E I I +
141 140 rpsqrtcld φ y Fn I k I y k X k X k + E I I +
142 138 141 rpdivcld φ y Fn I k I y k X k X k + E I E I +
143 77 78 79 80 76 137 142 4 rrndistlt φ y Fn I k I y k X k X k + E I X D y < I E I
144 138 rpcnd φ y Fn I k I y k X k X k + E I E
145 140 rpcnd φ y Fn I k I y k X k X k + E I I
146 145 sqrtcld φ y Fn I k I y k X k X k + E I I
147 141 rpne0d φ y Fn I k I y k X k X k + E I I 0
148 144 146 147 divcan2d φ y Fn I k I y k X k X k + E I I E I = E
149 143 148 breqtrd φ y Fn I k I y k X k X k + E I X D y < E
150 76 149 jca φ y Fn I k I y k X k X k + E I y I X D y < E
151 4 rrxmetfi I Fin D Met I
152 1 151 syl φ D Met I
153 metxmet D Met I D ∞Met I
154 152 153 syl φ D ∞Met I
155 17 rexrd φ E *
156 elbl D ∞Met I X I E * y X ball D E y I X D y < E
157 154 3 155 156 syl3anc φ y X ball D E y I X D y < E
158 157 adantr φ y Fn I k I y k X k X k + E I y X ball D E y I X D y < E
159 150 158 mpbird φ y Fn I k I y k X k X k + E I y X ball D E
160 70 159 jca φ y Fn I k I y k X k X k + E I y I y X ball D E
161 160 ex φ y Fn I k I y k X k X k + E I y I y X ball D E
162 161 eximdv φ y y Fn I k I y k X k X k + E I y y I y X ball D E
163 58 162 mpd φ y y I y X ball D E
164 df-rex y I y X ball D E y y I y X ball D E
165 163 164 sylibr φ y I y X ball D E