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Theorem rrntotbnd

Description: A set in Euclidean space is totally bounded iff its is bounded. (Contributed by Jeff Madsen, 2-Sep-2009) (Revised by Mario Carneiro, 16-Sep-2015)

Ref Expression
Hypotheses rrntotbnd.1 ⊢ X = ℝ I
rrntotbnd.2 ⊢ M = ℝ n ⁡ I ↾ Y × Y
Assertion rrntotbnd ⊢ I ∈ Fin → M ∈ TotBnd ⁡ Y ↔ M ∈ Bnd ⁡ Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 rrntotbnd.1 ⊢ X = ℝ I
2 rrntotbnd.2 ⊢ M = ℝ n ⁡ I ↾ Y × Y
3 eqid ⊢ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I = ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I
4 eqid ⊢ dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I = dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I
5 3 4 1 repwsmet ⊢ I ∈ Fin → dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I ∈ Met ⁡ X
6 1 rrnmet ⊢ I ∈ Fin → ℝ n ⁡ I ∈ Met ⁡ X
7 hashcl ⊢ I ∈ Fin → I ∈ ℕ 0
8 nn0re ⊢ I ∈ ℕ 0 → I ∈ ℝ
9 nn0ge0 ⊢ I ∈ ℕ 0 → 0 ≤ I
10 8 9 resqrtcld ⊢ I ∈ ℕ 0 → I ∈ ℝ
11 7 10 syl ⊢ I ∈ Fin → I ∈ ℝ
12 8 9 sqrtge0d ⊢ I ∈ ℕ 0 → 0 ≤ I
13 7 12 syl ⊢ I ∈ Fin → 0 ≤ I
14 11 13 ge0p1rpd ⊢ I ∈ Fin → I + 1 ∈ ℝ +
15 1rp ⊢ 1 ∈ ℝ +
16 15 a1i ⊢ I ∈ Fin → 1 ∈ ℝ +
17 metcl ⊢ ℝ n ⁡ I ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x ℝ n ⁡ I y ∈ ℝ
18 17 3expb ⊢ ℝ n ⁡ I ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x ℝ n ⁡ I y ∈ ℝ
19 6 18 sylan ⊢ I ∈ Fin ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x ℝ n ⁡ I y ∈ ℝ
20 11 adantr ⊢ I ∈ Fin ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → I ∈ ℝ
21 5 adantr ⊢ I ∈ Fin ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I ∈ Met ⁡ X
22 simprl ⊢ I ∈ Fin ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x ∈ X
23 simprr ⊢ I ∈ Fin ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → y ∈ X
24 metcl ⊢ dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I y ∈ ℝ
25 metge0 ⊢ dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → 0 ≤ x dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I y
26 24 25 jca ⊢ dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I ∈ Met ⁡ X ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ x dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I y
27 21 22 23 26 syl3anc ⊢ I ∈ Fin ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ x dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I y
28 27 simpld ⊢ I ∈ Fin ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I y ∈ ℝ
29 20 28 remulcld ⊢ I ∈ Fin ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → I ⁢ x dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I y ∈ ℝ
30 peano2re ⊢ I ∈ ℝ → I + 1 ∈ ℝ
31 11 30 syl ⊢ I ∈ Fin → I + 1 ∈ ℝ
32 31 adantr ⊢ I ∈ Fin ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → I + 1 ∈ ℝ
33 32 28 remulcld ⊢ I ∈ Fin ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → I + 1 ⁢ x dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I y ∈ ℝ
34 id ⊢ I ∈ Fin → I ∈ Fin
35 3 4 1 34 rrnequiv ⊢ I ∈ Fin ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I y ≤ x ℝ n ⁡ I y ∧ x ℝ n ⁡ I y ≤ I ⁢ x dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I y
36 35 simprd ⊢ I ∈ Fin ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x ℝ n ⁡ I y ≤ I ⁢ x dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I y
37 20 lep1d ⊢ I ∈ Fin ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → I ≤ I + 1
38 lemul1a ⊢ I ∈ ℝ ∧ I + 1 ∈ ℝ ∧ x dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ x dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I y ∧ I ≤ I + 1 → I ⁢ x dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I y ≤ I + 1 ⁢ x dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I y
39 20 32 27 37 38 syl31anc ⊢ I ∈ Fin ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → I ⁢ x dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I y ≤ I + 1 ⁢ x dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I y
40 19 29 33 36 39 letrd ⊢ I ∈ Fin ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x ℝ n ⁡ I y ≤ I + 1 ⁢ x dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I y
41 35 simpld ⊢ I ∈ Fin ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I y ≤ x ℝ n ⁡ I y
42 19 recnd ⊢ I ∈ Fin ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x ℝ n ⁡ I y ∈ ℂ
43 42 mullidd ⊢ I ∈ Fin ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → 1 ⁢ x ℝ n ⁡ I y = x ℝ n ⁡ I y
44 41 43 breqtrrd ⊢ I ∈ Fin ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → x dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I y ≤ 1 ⁢ x ℝ n ⁡ I y
45 eqid ⊢ dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I ↾ Y × Y = dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I ↾ Y × Y
46 ax-resscn ⊢ ℝ ⊆ ℂ
47 3 45 cnpwstotbnd ⊢ ℝ ⊆ ℂ ∧ I ∈ Fin → dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I ↾ Y × Y ∈ TotBnd ⁡ Y ↔ dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I ↾ Y × Y ∈ Bnd ⁡ Y
48 46 47 mpan ⊢ I ∈ Fin → dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I ↾ Y × Y ∈ TotBnd ⁡ Y ↔ dist ⁡ ℂ fld ↾ 𝑠 ℝ ↑ 𝑠 I ↾ Y × Y ∈ Bnd ⁡ Y
49 5 6 14 16 40 44 45 2 48 equivbnd2 ⊢ I ∈ Fin → M ∈ TotBnd ⁡ Y ↔ M ∈ Bnd ⁡ Y