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Theorem dya2icoseg2

Description: For any point and any open interval of RR containing that point, there is a closed-below open-above dyadic rational interval which contains that point and is included in the original interval. (Contributed by Thierry Arnoux, 12-Oct-2017)

Ref Expression
Hypotheses sxbrsiga.0 𝐽 = ( topGen ‘ ran (,) )
dya2ioc.1 𝐼 = ( 𝑥 ∈ ℤ , 𝑛 ∈ ℤ ↦ ( ( 𝑥 / ( 2 ↑ 𝑛 ) ) [,) ( ( 𝑥 + 1 ) / ( 2 ↑ 𝑛 ) ) ) )
Assertion dya2icoseg2 ( ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝐸 ∈ ran (,) ∧ 𝑋𝐸 ) → ∃ 𝑏 ∈ ran 𝐼 ( 𝑋𝑏𝑏𝐸 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sxbrsiga.0 𝐽 = ( topGen ‘ ran (,) )
2 dya2ioc.1 𝐼 = ( 𝑥 ∈ ℤ , 𝑛 ∈ ℤ ↦ ( ( 𝑥 / ( 2 ↑ 𝑛 ) ) [,) ( ( 𝑥 + 1 ) / ( 2 ↑ 𝑛 ) ) ) )
3 eqid ( ⌊ ‘ ( 1 − ( 2 logb 𝑑 ) ) ) = ( ⌊ ‘ ( 1 − ( 2 logb 𝑑 ) ) )
4 1 2 3 dya2icoseg ( ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝑑 ∈ ℝ+ ) → ∃ 𝑏 ∈ ran 𝐼 ( 𝑋𝑏𝑏 ⊆ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ) )
5 4 ralrimiva ( 𝑋 ∈ ℝ → ∀ 𝑑 ∈ ℝ+𝑏 ∈ ran 𝐼 ( 𝑋𝑏𝑏 ⊆ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ) )
6 5 3ad2ant1 ( ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝐸 ∈ ran (,) ∧ 𝑋𝐸 ) → ∀ 𝑑 ∈ ℝ+𝑏 ∈ ran 𝐼 ( 𝑋𝑏𝑏 ⊆ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ) )
7 simp3 ( ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝐸 ∈ ran (,) ∧ 𝑋𝐸 ) → 𝑋𝐸 )
8 iooex (,) ∈ V
9 8 rnex ran (,) ∈ V
10 bastg ( ran (,) ∈ V → ran (,) ⊆ ( topGen ‘ ran (,) ) )
11 9 10 ax-mp ran (,) ⊆ ( topGen ‘ ran (,) )
12 simp2 ( ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝐸 ∈ ran (,) ∧ 𝑋𝐸 ) → 𝐸 ∈ ran (,) )
13 11 12 sselid ( ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝐸 ∈ ran (,) ∧ 𝑋𝐸 ) → 𝐸 ∈ ( topGen ‘ ran (,) ) )
14 13 1 eleqtrrdi ( ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝐸 ∈ ran (,) ∧ 𝑋𝐸 ) → 𝐸𝐽 )
15 eqid ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) = ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) )
16 15 rexmet ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) ∈ ( ∞Met ‘ ℝ )
17 recms fld ∈ CMetSp
18 cmsms ( ℝfld ∈ CMetSp → ℝfld ∈ MetSp )
19 msxms ( ℝfld ∈ MetSp → ℝfld ∈ ∞MetSp )
20 17 18 19 mp2b fld ∈ ∞MetSp
21 retopn ( topGen ‘ ran (,) ) = ( TopOpen ‘ ℝfld )
22 1 21 eqtri 𝐽 = ( TopOpen ‘ ℝfld )
23 rebase ℝ = ( Base ‘ ℝfld )
24 reds ( abs ∘ − ) = ( dist ‘ ℝfld )
25 24 reseq1i ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) = ( ( dist ‘ ℝfld ) ↾ ( ℝ × ℝ ) )
26 22 23 25 xmstopn ( ℝfld ∈ ∞MetSp → 𝐽 = ( MetOpen ‘ ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) ) )
27 20 26 ax-mp 𝐽 = ( MetOpen ‘ ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) )
28 27 elmopn2 ( ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) ∈ ( ∞Met ‘ ℝ ) → ( 𝐸𝐽 ↔ ( 𝐸 ⊆ ℝ ∧ ∀ 𝑥𝐸𝑑 ∈ ℝ+ ( 𝑥 ( ball ‘ ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) ) 𝑑 ) ⊆ 𝐸 ) ) )
29 16 28 ax-mp ( 𝐸𝐽 ↔ ( 𝐸 ⊆ ℝ ∧ ∀ 𝑥𝐸𝑑 ∈ ℝ+ ( 𝑥 ( ball ‘ ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) ) 𝑑 ) ⊆ 𝐸 ) )
30 29 simprbi ( 𝐸𝐽 → ∀ 𝑥𝐸𝑑 ∈ ℝ+ ( 𝑥 ( ball ‘ ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) ) 𝑑 ) ⊆ 𝐸 )
31 14 30 syl ( ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝐸 ∈ ran (,) ∧ 𝑋𝐸 ) → ∀ 𝑥𝐸𝑑 ∈ ℝ+ ( 𝑥 ( ball ‘ ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) ) 𝑑 ) ⊆ 𝐸 )
32 oveq1 ( 𝑥 = 𝑋 → ( 𝑥 ( ball ‘ ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) ) 𝑑 ) = ( 𝑋 ( ball ‘ ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) ) 𝑑 ) )
33 32 sseq1d ( 𝑥 = 𝑋 → ( ( 𝑥 ( ball ‘ ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) ) 𝑑 ) ⊆ 𝐸 ↔ ( 𝑋 ( ball ‘ ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) ) 𝑑 ) ⊆ 𝐸 ) )
34 33 rexbidv ( 𝑥 = 𝑋 → ( ∃ 𝑑 ∈ ℝ+ ( 𝑥 ( ball ‘ ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) ) 𝑑 ) ⊆ 𝐸 ↔ ∃ 𝑑 ∈ ℝ+ ( 𝑋 ( ball ‘ ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) ) 𝑑 ) ⊆ 𝐸 ) )
35 34 rspcva ( ( 𝑋𝐸 ∧ ∀ 𝑥𝐸𝑑 ∈ ℝ+ ( 𝑥 ( ball ‘ ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) ) 𝑑 ) ⊆ 𝐸 ) → ∃ 𝑑 ∈ ℝ+ ( 𝑋 ( ball ‘ ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) ) 𝑑 ) ⊆ 𝐸 )
36 7 31 35 syl2anc ( ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝐸 ∈ ran (,) ∧ 𝑋𝐸 ) → ∃ 𝑑 ∈ ℝ+ ( 𝑋 ( ball ‘ ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) ) 𝑑 ) ⊆ 𝐸 )
37 rpre ( 𝑑 ∈ ℝ+𝑑 ∈ ℝ )
38 15 bl2ioo ( ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝑑 ∈ ℝ ) → ( 𝑋 ( ball ‘ ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) ) 𝑑 ) = ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) )
39 38 sseq1d ( ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝑑 ∈ ℝ ) → ( ( 𝑋 ( ball ‘ ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) ) 𝑑 ) ⊆ 𝐸 ↔ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ⊆ 𝐸 ) )
40 37 39 sylan2 ( ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝑑 ∈ ℝ+ ) → ( ( 𝑋 ( ball ‘ ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) ) 𝑑 ) ⊆ 𝐸 ↔ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ⊆ 𝐸 ) )
41 40 rexbidva ( 𝑋 ∈ ℝ → ( ∃ 𝑑 ∈ ℝ+ ( 𝑋 ( ball ‘ ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) ) 𝑑 ) ⊆ 𝐸 ↔ ∃ 𝑑 ∈ ℝ+ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ⊆ 𝐸 ) )
42 41 3ad2ant1 ( ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝐸 ∈ ran (,) ∧ 𝑋𝐸 ) → ( ∃ 𝑑 ∈ ℝ+ ( 𝑋 ( ball ‘ ( ( abs ∘ − ) ↾ ( ℝ × ℝ ) ) ) 𝑑 ) ⊆ 𝐸 ↔ ∃ 𝑑 ∈ ℝ+ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ⊆ 𝐸 ) )
43 36 42 mpbid ( ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝐸 ∈ ran (,) ∧ 𝑋𝐸 ) → ∃ 𝑑 ∈ ℝ+ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ⊆ 𝐸 )
44 r19.29 ( ( ∀ 𝑑 ∈ ℝ+𝑏 ∈ ran 𝐼 ( 𝑋𝑏𝑏 ⊆ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ) ∧ ∃ 𝑑 ∈ ℝ+ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ⊆ 𝐸 ) → ∃ 𝑑 ∈ ℝ+ ( ∃ 𝑏 ∈ ran 𝐼 ( 𝑋𝑏𝑏 ⊆ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ) ∧ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ⊆ 𝐸 ) )
45 6 43 44 syl2anc ( ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝐸 ∈ ran (,) ∧ 𝑋𝐸 ) → ∃ 𝑑 ∈ ℝ+ ( ∃ 𝑏 ∈ ran 𝐼 ( 𝑋𝑏𝑏 ⊆ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ) ∧ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ⊆ 𝐸 ) )
46 r19.41v ( ∃ 𝑏 ∈ ran 𝐼 ( ( 𝑋𝑏𝑏 ⊆ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ) ∧ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ⊆ 𝐸 ) ↔ ( ∃ 𝑏 ∈ ran 𝐼 ( 𝑋𝑏𝑏 ⊆ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ) ∧ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ⊆ 𝐸 ) )
47 sstr ( ( 𝑏 ⊆ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ∧ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ⊆ 𝐸 ) → 𝑏𝐸 )
48 47 anim2i ( ( 𝑋𝑏 ∧ ( 𝑏 ⊆ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ∧ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ⊆ 𝐸 ) ) → ( 𝑋𝑏𝑏𝐸 ) )
49 48 anassrs ( ( ( 𝑋𝑏𝑏 ⊆ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ) ∧ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ⊆ 𝐸 ) → ( 𝑋𝑏𝑏𝐸 ) )
50 49 reximi ( ∃ 𝑏 ∈ ran 𝐼 ( ( 𝑋𝑏𝑏 ⊆ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ) ∧ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ⊆ 𝐸 ) → ∃ 𝑏 ∈ ran 𝐼 ( 𝑋𝑏𝑏𝐸 ) )
51 46 50 sylbir ( ( ∃ 𝑏 ∈ ran 𝐼 ( 𝑋𝑏𝑏 ⊆ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ) ∧ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ⊆ 𝐸 ) → ∃ 𝑏 ∈ ran 𝐼 ( 𝑋𝑏𝑏𝐸 ) )
52 51 rexlimivw ( ∃ 𝑑 ∈ ℝ+ ( ∃ 𝑏 ∈ ran 𝐼 ( 𝑋𝑏𝑏 ⊆ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ) ∧ ( ( 𝑋𝑑 ) (,) ( 𝑋 + 𝑑 ) ) ⊆ 𝐸 ) → ∃ 𝑏 ∈ ran 𝐼 ( 𝑋𝑏𝑏𝐸 ) )
53 45 52 syl ( ( 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝐸 ∈ ran (,) ∧ 𝑋𝐸 ) → ∃ 𝑏 ∈ ran 𝐼 ( 𝑋𝑏𝑏𝐸 ) )