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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 ffvelcdmd 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 birani k I y k X k X k + E I i I i I y i X i X i + E I
90 simpr k I y k X k X k + E I i I i I
91 rspa i I y i X i X i + E I i I y i X i X i + E I
92 89 90 91 syl2anc k I y k X k X k + E I i I y i X i X i + E I
93 92 adantll φ k I y k X k X k + E I i I y i X i X i + E I
94 elinel2 y i X i X i + E I y i X i X i + E I
95 93 94 syl φ k I y k X k X k + E I i I y i X i X i + E I
96 simpr φ k I y k X k X k + E I i I i I
97 12 ffvelcdmda φ i I X i
98 97 3adant2 φ y i X i X i + E I i I X i
99 simp2 φ y i X i X i + E I i I y i X i X i + E I
100 99 elioored φ y i X i X i + E I i I y i
101 98 rexrd φ y i X i X i + E I i I X i *
102 17 adantr φ i I E
103 2 22 mpbird φ I
104 103 nnred φ I
105 104 adantr φ i I I
106 0red φ 0
107 103 nngt0d φ 0 < I
108 106 104 107 ltled φ 0 I
109 108 adantr φ i I 0 I
110 105 109 resqrtcld φ i I I
111 sqrtgt0 I 0 < I 0 < I
112 104 107 111 syl2anc φ 0 < I
113 106 112 gtned φ I 0
114 113 adantr φ i I I 0
115 102 110 114 redivcld φ i I E I
116 97 115 readdcld φ i I X i + E I
117 116 rexrd φ i I X i + E I *
118 117 3adant2 φ y i X i X i + E I i I X i + E I *
119 ioogtlb X i * X i + E I * y i X i X i + E I X i < y i
120 101 118 99 119 syl3anc φ y i X i X i + E I i I X i < y i
121 98 100 120 ltled φ y i X i X i + E I i I X i y i
122 98 100 121 abssuble0d φ y i X i X i + E I i I X i y i = y i X i
123 116 3adant2 φ y i X i X i + E I i I X i + E I
124 iooltub X i * X i + E I * y i X i X i + E I y i < X i + E I
125 101 118 99 124 syl3anc φ y i X i X i + E I i I y i < X i + E I
126 100 123 98 125 ltsub1dd φ y i X i X i + E I i I y i X i < X i + E I - X i
127 98 recnd φ y i X i X i + E I i I X i
128 104 108 resqrtcld φ I
129 17 128 113 redivcld φ E I
130 129 recnd φ E I
131 130 3ad2ant1 φ y i X i X i + E I i I E I
132 127 131 pncan2d φ y i X i X i + E I i I X i + E I - X i = E I
133 126 132 breqtrd φ y i X i X i + E I i I y i X i < E I
134 122 133 eqbrtrd φ y i X i X i + E I i I X i y i < E I
135 81 95 96 134 syl3anc φ k I y k X k X k + E I i I X i y i < E I
136 135 adantlrl φ y Fn I k I y k X k X k + E I i I X i y i < E I
137 5 adantr φ y Fn I k I y k X k X k + E I E +
138 104 107 elrpd φ I +
139 138 adantr φ y Fn I k I y k X k X k + E I I +
140 139 rpsqrtcld φ y Fn I k I y k X k X k + E I I +
141 137 140 rpdivcld φ y Fn I k I y k X k X k + E I E I +
142 77 78 79 80 76 136 141 4 rrndistlt φ y Fn I k I y k X k X k + E I X D y < I E I
143 137 rpcnd φ y Fn I k I y k X k X k + E I E
144 139 rpcnd φ y Fn I k I y k X k X k + E I I
145 144 sqrtcld φ y Fn I k I y k X k X k + E I I
146 140 rpne0d φ y Fn I k I y k X k X k + E I I 0
147 143 145 146 divcan2d φ y Fn I k I y k X k X k + E I I E I = E
148 142 147 breqtrd φ y Fn I k I y k X k X k + E I X D y < E
149 76 148 jca φ y Fn I k I y k X k X k + E I y I X D y < E
150 4 rrxmetfi I Fin D Met I
151 1 150 syl φ D Met I
152 metxmet D Met I D ∞Met I
153 151 152 syl φ D ∞Met I
154 17 rexrd φ E *
155 elbl D ∞Met I X I E * y X ball D E y I X D y < E
156 153 3 154 155 syl3anc φ y X ball D E y I X D y < E
157 156 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
158 149 157 mpbird φ y Fn I k I y k X k X k + E I y X ball D E
159 70 158 jca φ y Fn I k I y k X k X k + E I y I y X ball D E
160 159 ex φ y Fn I k I y k X k X k + E I y I y X ball D E
161 160 eximdv φ y y Fn I k I y k X k X k + E I y y I y X ball D E
162 58 161 mpd φ y y I y X ball D E
163 df-rex y I y X ball D E y y I y X ball D E
164 162 163 sylibr φ y I y X ball D E