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Theorem txmetcnp

Description: Continuity of a binary operation on metric spaces. (Contributed by Mario Carneiro, 2-Sep-2015)

Ref Expression
Hypotheses metcn.2 ⊢ J = MetOpen ⁡ C
metcn.4 ⊢ K = MetOpen ⁡ D
txmetcnp.4 ⊢ L = MetOpen ⁡ E
Assertion txmetcnp ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y → F ∈ J × t K CnP L ⁡ A B ↔ F : X × Y ⟶ Z ∧ ∀ z ∈ ℝ + ∃ w ∈ ℝ + ∀ u ∈ X ∀ v ∈ Y A C u < w ∧ B D v < w → A F B E u F v < z

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 metcn.2 ⊢ J = MetOpen ⁡ C
2 metcn.4 ⊢ K = MetOpen ⁡ D
3 txmetcnp.4 ⊢ L = MetOpen ⁡ E
4 eqid ⊢ dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D = dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D
5 simpl1 ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y → C ∈ ∞Met ⁡ X
6 simpl2 ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y → D ∈ ∞Met ⁡ Y
7 4 5 6 tmsxps ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y → dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D ∈ ∞Met ⁡ X × Y
8 simpl3 ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y → E ∈ ∞Met ⁡ Z
9 opelxpi ⊢ A ∈ X ∧ B ∈ Y → A B ∈ X × Y
10 9 adantl ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y → A B ∈ X × Y
11 eqid ⊢ MetOpen ⁡ dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D = MetOpen ⁡ dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D
12 11 3 metcnp ⊢ dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D ∈ ∞Met ⁡ X × Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A B ∈ X × Y → F ∈ MetOpen ⁡ dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D CnP L ⁡ A B ↔ F : X × Y ⟶ Z ∧ ∀ z ∈ ℝ + ∃ w ∈ ℝ + ∀ x ∈ X × Y A B dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D x < w → F ⁡ A B E F ⁡ x < z
13 7 8 10 12 syl3anc ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y → F ∈ MetOpen ⁡ dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D CnP L ⁡ A B ↔ F : X × Y ⟶ Z ∧ ∀ z ∈ ℝ + ∃ w ∈ ℝ + ∀ x ∈ X × Y A B dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D x < w → F ⁡ A B E F ⁡ x < z
14 4 5 6 1 2 11 tmsxpsmopn ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y → MetOpen ⁡ dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D = J × t K
15 14 oveq1d ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y → MetOpen ⁡ dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D CnP L = J × t K CnP L
16 15 fveq1d ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y → MetOpen ⁡ dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D CnP L ⁡ A B = J × t K CnP L ⁡ A B
17 16 eleq2d ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y → F ∈ MetOpen ⁡ dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D CnP L ⁡ A B ↔ F ∈ J × t K CnP L ⁡ A B
18 oveq2 ⊢ x = u v → A B dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D x = A B dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D u v
19 18 breq1d ⊢ x = u v → A B dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D x < w ↔ A B dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D u v < w
20 df-ov ⊢ A F B = F ⁡ A B
21 20 oveq1i ⊢ A F B E F ⁡ x = F ⁡ A B E F ⁡ x
22 fveq2 ⊢ x = u v → F ⁡ x = F ⁡ u v
23 df-ov ⊢ u F v = F ⁡ u v
24 22 23 eqtr4di ⊢ x = u v → F ⁡ x = u F v
25 24 oveq2d ⊢ x = u v → A F B E F ⁡ x = A F B E u F v
26 21 25 eqtr3id ⊢ x = u v → F ⁡ A B E F ⁡ x = A F B E u F v
27 26 breq1d ⊢ x = u v → F ⁡ A B E F ⁡ x < z ↔ A F B E u F v < z
28 19 27 imbi12d ⊢ x = u v → A B dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D x < w → F ⁡ A B E F ⁡ x < z ↔ A B dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D u v < w → A F B E u F v < z
29 28 ralxp ⊢ ∀ x ∈ X × Y A B dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D x < w → F ⁡ A B E F ⁡ x < z ↔ ∀ u ∈ X ∀ v ∈ Y A B dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D u v < w → A F B E u F v < z
30 5 ad2antrr ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ F : X × Y ⟶ Z ∧ w ∈ ℝ + ∧ u ∈ X ∧ v ∈ Y → C ∈ ∞Met ⁡ X
31 6 ad2antrr ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ F : X × Y ⟶ Z ∧ w ∈ ℝ + ∧ u ∈ X ∧ v ∈ Y → D ∈ ∞Met ⁡ Y
32 simpllr ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ F : X × Y ⟶ Z ∧ w ∈ ℝ + ∧ u ∈ X ∧ v ∈ Y → A ∈ X ∧ B ∈ Y
33 32 simpld ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ F : X × Y ⟶ Z ∧ w ∈ ℝ + ∧ u ∈ X ∧ v ∈ Y → A ∈ X
34 32 simprd ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ F : X × Y ⟶ Z ∧ w ∈ ℝ + ∧ u ∈ X ∧ v ∈ Y → B ∈ Y
35 simprrl ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ F : X × Y ⟶ Z ∧ w ∈ ℝ + ∧ u ∈ X ∧ v ∈ Y → u ∈ X
36 simprrr ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ F : X × Y ⟶ Z ∧ w ∈ ℝ + ∧ u ∈ X ∧ v ∈ Y → v ∈ Y
37 4 30 31 33 34 35 36 tmsxpsval2 ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ F : X × Y ⟶ Z ∧ w ∈ ℝ + ∧ u ∈ X ∧ v ∈ Y → A B dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D u v = if A C u ≤ B D v B D v A C u
38 37 breq1d ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ F : X × Y ⟶ Z ∧ w ∈ ℝ + ∧ u ∈ X ∧ v ∈ Y → A B dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D u v < w ↔ if A C u ≤ B D v B D v A C u < w
39 xmetcl ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ u ∈ X → A C u ∈ ℝ *
40 30 33 35 39 syl3anc ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ F : X × Y ⟶ Z ∧ w ∈ ℝ + ∧ u ∈ X ∧ v ∈ Y → A C u ∈ ℝ *
41 xmetcl ⊢ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ B ∈ Y ∧ v ∈ Y → B D v ∈ ℝ *
42 31 34 36 41 syl3anc ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ F : X × Y ⟶ Z ∧ w ∈ ℝ + ∧ u ∈ X ∧ v ∈ Y → B D v ∈ ℝ *
43 rpxr ⊢ w ∈ ℝ + → w ∈ ℝ *
44 43 ad2antrl ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ F : X × Y ⟶ Z ∧ w ∈ ℝ + ∧ u ∈ X ∧ v ∈ Y → w ∈ ℝ *
45 xrmaxlt ⊢ A C u ∈ ℝ * ∧ B D v ∈ ℝ * ∧ w ∈ ℝ * → if A C u ≤ B D v B D v A C u < w ↔ A C u < w ∧ B D v < w
46 40 42 44 45 syl3anc ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ F : X × Y ⟶ Z ∧ w ∈ ℝ + ∧ u ∈ X ∧ v ∈ Y → if A C u ≤ B D v B D v A C u < w ↔ A C u < w ∧ B D v < w
47 38 46 bitrd ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ F : X × Y ⟶ Z ∧ w ∈ ℝ + ∧ u ∈ X ∧ v ∈ Y → A B dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D u v < w ↔ A C u < w ∧ B D v < w
48 47 imbi1d ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ F : X × Y ⟶ Z ∧ w ∈ ℝ + ∧ u ∈ X ∧ v ∈ Y → A B dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D u v < w → A F B E u F v < z ↔ A C u < w ∧ B D v < w → A F B E u F v < z
49 48 anassrs ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ F : X × Y ⟶ Z ∧ w ∈ ℝ + ∧ u ∈ X ∧ v ∈ Y → A B dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D u v < w → A F B E u F v < z ↔ A C u < w ∧ B D v < w → A F B E u F v < z
50 49 2ralbidva ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ F : X × Y ⟶ Z ∧ w ∈ ℝ + → ∀ u ∈ X ∀ v ∈ Y A B dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D u v < w → A F B E u F v < z ↔ ∀ u ∈ X ∀ v ∈ Y A C u < w ∧ B D v < w → A F B E u F v < z
51 29 50 bitrid ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ F : X × Y ⟶ Z ∧ w ∈ ℝ + → ∀ x ∈ X × Y A B dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D x < w → F ⁡ A B E F ⁡ x < z ↔ ∀ u ∈ X ∀ v ∈ Y A C u < w ∧ B D v < w → A F B E u F v < z
52 51 rexbidva ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ F : X × Y ⟶ Z → ∃ w ∈ ℝ + ∀ x ∈ X × Y A B dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D x < w → F ⁡ A B E F ⁡ x < z ↔ ∃ w ∈ ℝ + ∀ u ∈ X ∀ v ∈ Y A C u < w ∧ B D v < w → A F B E u F v < z
53 52 ralbidv ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y ∧ F : X × Y ⟶ Z → ∀ z ∈ ℝ + ∃ w ∈ ℝ + ∀ x ∈ X × Y A B dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D x < w → F ⁡ A B E F ⁡ x < z ↔ ∀ z ∈ ℝ + ∃ w ∈ ℝ + ∀ u ∈ X ∀ v ∈ Y A C u < w ∧ B D v < w → A F B E u F v < z
54 53 pm5.32da ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y → F : X × Y ⟶ Z ∧ ∀ z ∈ ℝ + ∃ w ∈ ℝ + ∀ x ∈ X × Y A B dist ⁡ toMetSp ⁡ C × 𝑠 toMetSp ⁡ D x < w → F ⁡ A B E F ⁡ x < z ↔ F : X × Y ⟶ Z ∧ ∀ z ∈ ℝ + ∃ w ∈ ℝ + ∀ u ∈ X ∀ v ∈ Y A C u < w ∧ B D v < w → A F B E u F v < z
55 13 17 54 3bitr3d ⊢ C ∈ ∞Met ⁡ X ∧ D ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ E ∈ ∞Met ⁡ Z ∧ A ∈ X ∧ B ∈ Y → F ∈ J × t K CnP L ⁡ A B ↔ F : X × Y ⟶ Z ∧ ∀ z ∈ ℝ + ∃ w ∈ ℝ + ∀ u ∈ X ∀ v ∈ Y A C u < w ∧ B D v < w → A F B E u F v < z