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Theorem ssbnd

Description: A subset of a metric space is bounded iff it is contained in a ball around P , for any P in the larger space. (Contributed by Mario Carneiro, 14-Sep-2015)

Ref Expression
Hypothesis ssbnd.2 ⊢ N = M ↾ Y × Y
Assertion ssbnd ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X → N ∈ Bnd ⁡ Y ↔ ∃ d ∈ ℝ Y ⊆ P ball ⁡ M d

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ssbnd.2 ⊢ N = M ↾ Y × Y
2 0re ⊢ 0 ∈ ℝ
3 2 ne0ii ⊢ ℝ ≠ ∅
4 0ss ⊢ ∅ ⊆ P ball ⁡ M d
5 sseq1 ⊢ Y = ∅ → Y ⊆ P ball ⁡ M d ↔ ∅ ⊆ P ball ⁡ M d
6 4 5 mpbiri ⊢ Y = ∅ → Y ⊆ P ball ⁡ M d
7 6 ralrimivw ⊢ Y = ∅ → ∀ d ∈ ℝ Y ⊆ P ball ⁡ M d
8 r19.2z ⊢ ℝ ≠ ∅ ∧ ∀ d ∈ ℝ Y ⊆ P ball ⁡ M d → ∃ d ∈ ℝ Y ⊆ P ball ⁡ M d
9 3 7 8 sylancr ⊢ Y = ∅ → ∃ d ∈ ℝ Y ⊆ P ball ⁡ M d
10 9 a1i ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ Bnd ⁡ Y → Y = ∅ → ∃ d ∈ ℝ Y ⊆ P ball ⁡ M d
11 isbnd2 ⊢ N ∈ Bnd ⁡ Y ∧ Y ≠ ∅ ↔ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ ∃ y ∈ Y ∃ r ∈ ℝ + Y = y ball ⁡ N r
12 simplll ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → M ∈ Met ⁡ X
13 1 dmeqi ⊢ dom ⁡ N = dom ⁡ M ↾ Y × Y
14 dmres ⊢ dom ⁡ M ↾ Y × Y = Y × Y ∩ dom ⁡ M
15 13 14 eqtri ⊢ dom ⁡ N = Y × Y ∩ dom ⁡ M
16 xmetf ⊢ N ∈ ∞Met ⁡ Y → N : Y × Y ⟶ ℝ *
17 16 fdmd ⊢ N ∈ ∞Met ⁡ Y → dom ⁡ N = Y × Y
18 15 17 eqtr3id ⊢ N ∈ ∞Met ⁡ Y → Y × Y ∩ dom ⁡ M = Y × Y
19 dfss2 ⊢ Y × Y ⊆ dom ⁡ M ↔ Y × Y ∩ dom ⁡ M = Y × Y
20 18 19 sylibr ⊢ N ∈ ∞Met ⁡ Y → Y × Y ⊆ dom ⁡ M
21 20 ad2antlr ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → Y × Y ⊆ dom ⁡ M
22 metf ⊢ M ∈ Met ⁡ X → M : X × X ⟶ ℝ
23 22 fdmd ⊢ M ∈ Met ⁡ X → dom ⁡ M = X × X
24 23 ad3antrrr ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → dom ⁡ M = X × X
25 21 24 sseqtrd ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → Y × Y ⊆ X × X
26 dmss ⊢ Y × Y ⊆ X × X → dom ⁡ Y × Y ⊆ dom ⁡ X × X
27 25 26 syl ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → dom ⁡ Y × Y ⊆ dom ⁡ X × X
28 dmxpid ⊢ dom ⁡ Y × Y = Y
29 dmxpid ⊢ dom ⁡ X × X = X
30 27 28 29 3sstr3g ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → Y ⊆ X
31 simprl ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → y ∈ Y
32 30 31 sseldd ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → y ∈ X
33 simpllr ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → P ∈ X
34 metcl ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ y ∈ X ∧ P ∈ X → y M P ∈ ℝ
35 12 32 33 34 syl3anc ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → y M P ∈ ℝ
36 rpre ⊢ r ∈ ℝ + → r ∈ ℝ
37 36 ad2antll ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → r ∈ ℝ
38 35 37 readdcld ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → y M P + r ∈ ℝ
39 metxmet ⊢ M ∈ Met ⁡ X → M ∈ ∞Met ⁡ X
40 12 39 syl ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → M ∈ ∞Met ⁡ X
41 32 31 elind ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → y ∈ X ∩ Y
42 rpxr ⊢ r ∈ ℝ + → r ∈ ℝ *
43 42 ad2antll ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → r ∈ ℝ *
44 1 blres ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ y ∈ X ∩ Y ∧ r ∈ ℝ * → y ball ⁡ N r = y ball ⁡ M r ∩ Y
45 40 41 43 44 syl3anc ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → y ball ⁡ N r = y ball ⁡ M r ∩ Y
46 inss1 ⊢ y ball ⁡ M r ∩ Y ⊆ y ball ⁡ M r
47 35 leidd ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → y M P ≤ y M P
48 35 recnd ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → y M P ∈ ℂ
49 37 recnd ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → r ∈ ℂ
50 48 49 pncand ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → y M P + r - r = y M P
51 47 50 breqtrrd ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → y M P ≤ y M P + r - r
52 blss2 ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ y ∈ X ∧ P ∈ X ∧ r ∈ ℝ ∧ y M P + r ∈ ℝ ∧ y M P ≤ y M P + r - r → y ball ⁡ M r ⊆ P ball ⁡ M y M P + r
53 40 32 33 37 38 51 52 syl33anc ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → y ball ⁡ M r ⊆ P ball ⁡ M y M P + r
54 46 53 sstrid ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → y ball ⁡ M r ∩ Y ⊆ P ball ⁡ M y M P + r
55 45 54 eqsstrd ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → y ball ⁡ N r ⊆ P ball ⁡ M y M P + r
56 oveq2 ⊢ d = y M P + r → P ball ⁡ M d = P ball ⁡ M y M P + r
57 56 sseq2d ⊢ d = y M P + r → y ball ⁡ N r ⊆ P ball ⁡ M d ↔ y ball ⁡ N r ⊆ P ball ⁡ M y M P + r
58 57 rspcev ⊢ y M P + r ∈ ℝ ∧ y ball ⁡ N r ⊆ P ball ⁡ M y M P + r → ∃ d ∈ ℝ y ball ⁡ N r ⊆ P ball ⁡ M d
59 38 55 58 syl2anc ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → ∃ d ∈ ℝ y ball ⁡ N r ⊆ P ball ⁡ M d
60 sseq1 ⊢ Y = y ball ⁡ N r → Y ⊆ P ball ⁡ M d ↔ y ball ⁡ N r ⊆ P ball ⁡ M d
61 60 rexbidv ⊢ Y = y ball ⁡ N r → ∃ d ∈ ℝ Y ⊆ P ball ⁡ M d ↔ ∃ d ∈ ℝ y ball ⁡ N r ⊆ P ball ⁡ M d
62 59 61 syl5ibrcom ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → Y = y ball ⁡ N r → ∃ d ∈ ℝ Y ⊆ P ball ⁡ M d
63 62 rexlimdvva ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y → ∃ y ∈ Y ∃ r ∈ ℝ + Y = y ball ⁡ N r → ∃ d ∈ ℝ Y ⊆ P ball ⁡ M d
64 63 expimpd ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X → N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ ∃ y ∈ Y ∃ r ∈ ℝ + Y = y ball ⁡ N r → ∃ d ∈ ℝ Y ⊆ P ball ⁡ M d
65 11 64 biimtrid ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X → N ∈ Bnd ⁡ Y ∧ Y ≠ ∅ → ∃ d ∈ ℝ Y ⊆ P ball ⁡ M d
66 65 expdimp ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ Bnd ⁡ Y → Y ≠ ∅ → ∃ d ∈ ℝ Y ⊆ P ball ⁡ M d
67 10 66 pm2.61dne ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ N ∈ Bnd ⁡ Y → ∃ d ∈ ℝ Y ⊆ P ball ⁡ M d
68 67 ex ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X → N ∈ Bnd ⁡ Y → ∃ d ∈ ℝ Y ⊆ P ball ⁡ M d
69 simprr ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ d ∈ ℝ ∧ Y ⊆ P ball ⁡ M d → Y ⊆ P ball ⁡ M d
70 xpss12 ⊢ Y ⊆ P ball ⁡ M d ∧ Y ⊆ P ball ⁡ M d → Y × Y ⊆ P ball ⁡ M d × P ball ⁡ M d
71 69 69 70 syl2anc ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ d ∈ ℝ ∧ Y ⊆ P ball ⁡ M d → Y × Y ⊆ P ball ⁡ M d × P ball ⁡ M d
72 71 resabs1d ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ d ∈ ℝ ∧ Y ⊆ P ball ⁡ M d → M ↾ P ball ⁡ M d × P ball ⁡ M d ↾ Y × Y = M ↾ Y × Y
73 72 1 eqtr4di ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ d ∈ ℝ ∧ Y ⊆ P ball ⁡ M d → M ↾ P ball ⁡ M d × P ball ⁡ M d ↾ Y × Y = N
74 blbnd ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ d ∈ ℝ → M ↾ P ball ⁡ M d × P ball ⁡ M d ∈ Bnd ⁡ P ball ⁡ M d
75 39 74 syl3an1 ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ d ∈ ℝ → M ↾ P ball ⁡ M d × P ball ⁡ M d ∈ Bnd ⁡ P ball ⁡ M d
76 75 3expa ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ d ∈ ℝ → M ↾ P ball ⁡ M d × P ball ⁡ M d ∈ Bnd ⁡ P ball ⁡ M d
77 76 adantrr ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ d ∈ ℝ ∧ Y ⊆ P ball ⁡ M d → M ↾ P ball ⁡ M d × P ball ⁡ M d ∈ Bnd ⁡ P ball ⁡ M d
78 bndss ⊢ M ↾ P ball ⁡ M d × P ball ⁡ M d ∈ Bnd ⁡ P ball ⁡ M d ∧ Y ⊆ P ball ⁡ M d → M ↾ P ball ⁡ M d × P ball ⁡ M d ↾ Y × Y ∈ Bnd ⁡ Y
79 77 69 78 syl2anc ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ d ∈ ℝ ∧ Y ⊆ P ball ⁡ M d → M ↾ P ball ⁡ M d × P ball ⁡ M d ↾ Y × Y ∈ Bnd ⁡ Y
80 73 79 eqeltrrd ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ d ∈ ℝ ∧ Y ⊆ P ball ⁡ M d → N ∈ Bnd ⁡ Y
81 80 rexlimdvaa ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X → ∃ d ∈ ℝ Y ⊆ P ball ⁡ M d → N ∈ Bnd ⁡ Y
82 68 81 impbid ⊢ M ∈ Met ⁡ X ∧ P ∈ X → N ∈ Bnd ⁡ Y ↔ ∃ d ∈ ℝ Y ⊆ P ball ⁡ M d