Metamath Proof Explorer


Theorem blin2

Description: Given any two balls and a point in their intersection, there is a ball contained in the intersection with the given center point. (Contributed by Mario Carneiro, 12-Nov-2013)

Ref Expression
Assertion blin2 ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) β†’ βˆƒ π‘₯ ∈ ℝ+ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) π‘₯ ) βŠ† ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 simpll ⊒ ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) β†’ 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) )
2 simprl ⊒ ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) β†’ 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) )
3 simplr ⊒ ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) β†’ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) )
4 3 elin1d ⊒ ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) β†’ 𝑃 ∈ 𝐡 )
5 blss ⊒ ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝑃 ∈ 𝐡 ) β†’ βˆƒ 𝑦 ∈ ℝ+ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑦 ) βŠ† 𝐡 )
6 1 2 4 5 syl3anc ⊒ ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) β†’ βˆƒ 𝑦 ∈ ℝ+ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑦 ) βŠ† 𝐡 )
7 simprr ⊒ ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) β†’ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) )
8 3 elin2d ⊒ ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) β†’ 𝑃 ∈ 𝐢 )
9 blss ⊒ ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝑃 ∈ 𝐢 ) β†’ βˆƒ 𝑧 ∈ ℝ+ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑧 ) βŠ† 𝐢 )
10 1 7 8 9 syl3anc ⊒ ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) β†’ βˆƒ 𝑧 ∈ ℝ+ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑧 ) βŠ† 𝐢 )
11 reeanv ⊒ ( βˆƒ 𝑦 ∈ ℝ+ βˆƒ 𝑧 ∈ ℝ+ ( ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑦 ) βŠ† 𝐡 ∧ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑧 ) βŠ† 𝐢 ) ↔ ( βˆƒ 𝑦 ∈ ℝ+ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑦 ) βŠ† 𝐡 ∧ βˆƒ 𝑧 ∈ ℝ+ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑧 ) βŠ† 𝐢 ) )
12 ss2in ⊒ ( ( ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑦 ) βŠ† 𝐡 ∧ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑧 ) βŠ† 𝐢 ) β†’ ( ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑦 ) ∩ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑧 ) ) βŠ† ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) )
13 inss1 ⊒ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) βŠ† 𝐡
14 blf ⊒ ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) β†’ ( ball β€˜ 𝐷 ) : ( 𝑋 Γ— ℝ* ) ⟢ 𝒫 𝑋 )
15 frn ⊒ ( ( ball β€˜ 𝐷 ) : ( 𝑋 Γ— ℝ* ) ⟢ 𝒫 𝑋 β†’ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) βŠ† 𝒫 𝑋 )
16 1 14 15 3syl ⊒ ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) β†’ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) βŠ† 𝒫 𝑋 )
17 16 2 sseldd ⊒ ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) β†’ 𝐡 ∈ 𝒫 𝑋 )
18 17 elpwid ⊒ ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) β†’ 𝐡 βŠ† 𝑋 )
19 13 18 sstrid ⊒ ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) β†’ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) βŠ† 𝑋 )
20 19 3 sseldd ⊒ ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) β†’ 𝑃 ∈ 𝑋 )
21 1 20 jca ⊒ ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) β†’ ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋 ) )
22 rpxr ⊒ ( 𝑦 ∈ ℝ+ β†’ 𝑦 ∈ ℝ* )
23 rpxr ⊒ ( 𝑧 ∈ ℝ+ β†’ 𝑧 ∈ ℝ* )
24 22 23 anim12i ⊒ ( ( 𝑦 ∈ ℝ+ ∧ 𝑧 ∈ ℝ+ ) β†’ ( 𝑦 ∈ ℝ* ∧ 𝑧 ∈ ℝ* ) )
25 blin ⊒ ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ* ∧ 𝑧 ∈ ℝ* ) ) β†’ ( ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑦 ) ∩ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑧 ) ) = ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) if ( 𝑦 ≀ 𝑧 , 𝑦 , 𝑧 ) ) )
26 21 24 25 syl2an ⊒ ( ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+ ∧ 𝑧 ∈ ℝ+ ) ) β†’ ( ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑦 ) ∩ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑧 ) ) = ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) if ( 𝑦 ≀ 𝑧 , 𝑦 , 𝑧 ) ) )
27 26 sseq1d ⊒ ( ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+ ∧ 𝑧 ∈ ℝ+ ) ) β†’ ( ( ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑦 ) ∩ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑧 ) ) βŠ† ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ↔ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) if ( 𝑦 ≀ 𝑧 , 𝑦 , 𝑧 ) ) βŠ† ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) )
28 ifcl ⊒ ( ( 𝑦 ∈ ℝ+ ∧ 𝑧 ∈ ℝ+ ) β†’ if ( 𝑦 ≀ 𝑧 , 𝑦 , 𝑧 ) ∈ ℝ+ )
29 oveq2 ⊒ ( π‘₯ = if ( 𝑦 ≀ 𝑧 , 𝑦 , 𝑧 ) β†’ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) π‘₯ ) = ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) if ( 𝑦 ≀ 𝑧 , 𝑦 , 𝑧 ) ) )
30 29 sseq1d ⊒ ( π‘₯ = if ( 𝑦 ≀ 𝑧 , 𝑦 , 𝑧 ) β†’ ( ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) π‘₯ ) βŠ† ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ↔ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) if ( 𝑦 ≀ 𝑧 , 𝑦 , 𝑧 ) ) βŠ† ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) )
31 30 rspcev ⊒ ( ( if ( 𝑦 ≀ 𝑧 , 𝑦 , 𝑧 ) ∈ ℝ+ ∧ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) if ( 𝑦 ≀ 𝑧 , 𝑦 , 𝑧 ) ) βŠ† ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) β†’ βˆƒ π‘₯ ∈ ℝ+ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) π‘₯ ) βŠ† ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) )
32 31 ex ⊒ ( if ( 𝑦 ≀ 𝑧 , 𝑦 , 𝑧 ) ∈ ℝ+ β†’ ( ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) if ( 𝑦 ≀ 𝑧 , 𝑦 , 𝑧 ) ) βŠ† ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) β†’ βˆƒ π‘₯ ∈ ℝ+ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) π‘₯ ) βŠ† ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) )
33 28 32 syl ⊒ ( ( 𝑦 ∈ ℝ+ ∧ 𝑧 ∈ ℝ+ ) β†’ ( ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) if ( 𝑦 ≀ 𝑧 , 𝑦 , 𝑧 ) ) βŠ† ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) β†’ βˆƒ π‘₯ ∈ ℝ+ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) π‘₯ ) βŠ† ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) )
34 33 adantl ⊒ ( ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+ ∧ 𝑧 ∈ ℝ+ ) ) β†’ ( ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) if ( 𝑦 ≀ 𝑧 , 𝑦 , 𝑧 ) ) βŠ† ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) β†’ βˆƒ π‘₯ ∈ ℝ+ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) π‘₯ ) βŠ† ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) )
35 27 34 sylbid ⊒ ( ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+ ∧ 𝑧 ∈ ℝ+ ) ) β†’ ( ( ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑦 ) ∩ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑧 ) ) βŠ† ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) β†’ βˆƒ π‘₯ ∈ ℝ+ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) π‘₯ ) βŠ† ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) )
36 12 35 syl5 ⊒ ( ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+ ∧ 𝑧 ∈ ℝ+ ) ) β†’ ( ( ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑦 ) βŠ† 𝐡 ∧ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑧 ) βŠ† 𝐢 ) β†’ βˆƒ π‘₯ ∈ ℝ+ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) π‘₯ ) βŠ† ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) )
37 36 rexlimdvva ⊒ ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) β†’ ( βˆƒ 𝑦 ∈ ℝ+ βˆƒ 𝑧 ∈ ℝ+ ( ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑦 ) βŠ† 𝐡 ∧ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑧 ) βŠ† 𝐢 ) β†’ βˆƒ π‘₯ ∈ ℝ+ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) π‘₯ ) βŠ† ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) )
38 11 37 biimtrrid ⊒ ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) β†’ ( ( βˆƒ 𝑦 ∈ ℝ+ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑦 ) βŠ† 𝐡 ∧ βˆƒ 𝑧 ∈ ℝ+ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑧 ) βŠ† 𝐢 ) β†’ βˆƒ π‘₯ ∈ ℝ+ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) π‘₯ ) βŠ† ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) )
39 6 10 38 mp2and ⊒ ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝑃 ∈ ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) ) ∧ ( 𝐡 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝐢 ∈ ran ( ball β€˜ 𝐷 ) ) ) β†’ βˆƒ π‘₯ ∈ ℝ+ ( 𝑃 ( ball β€˜ 𝐷 ) π‘₯ ) βŠ† ( 𝐡 ∩ 𝐢 ) )