Metamath Proof Explorer


Theorem metcnp

Description: Two ways to say a mapping from metric C to metric D is continuous at point P . (Contributed by NM, 11-May-2007) (Revised by Mario Carneiro, 28-Aug-2015)

Ref Expression
Hypotheses metcn.2 𝐽 = ( MetOpen ‘ 𝐶 )
metcn.4 𝐾 = ( MetOpen ‘ 𝐷 )
Assertion metcnp ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) → ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ↔ ( 𝐹 : 𝑋𝑌 ∧ ∀ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+𝑤𝑋 ( ( 𝑃 𝐶 𝑤 ) < 𝑧 → ( ( 𝐹𝑃 ) 𝐷 ( 𝐹𝑤 ) ) < 𝑦 ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 metcn.2 𝐽 = ( MetOpen ‘ 𝐶 )
2 metcn.4 𝐾 = ( MetOpen ‘ 𝐷 )
3 1 2 metcnp3 ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) → ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ↔ ( 𝐹 : 𝑋𝑌 ∧ ∀ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ( 𝐹 “ ( 𝑃 ( ball ‘ 𝐶 ) 𝑧 ) ) ⊆ ( ( 𝐹𝑃 ) ( ball ‘ 𝐷 ) 𝑦 ) ) ) )
4 ffun ( 𝐹 : 𝑋𝑌 → Fun 𝐹 )
5 4 ad2antlr ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) → Fun 𝐹 )
6 simpll1 ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) → 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) )
7 simpll3 ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) → 𝑃𝑋 )
8 rpxr ( 𝑧 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ* )
9 8 ad2antll ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) → 𝑧 ∈ ℝ* )
10 blssm ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑃𝑋𝑧 ∈ ℝ* ) → ( 𝑃 ( ball ‘ 𝐶 ) 𝑧 ) ⊆ 𝑋 )
11 6 7 9 10 syl3anc ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) → ( 𝑃 ( ball ‘ 𝐶 ) 𝑧 ) ⊆ 𝑋 )
12 fdm ( 𝐹 : 𝑋𝑌 → dom 𝐹 = 𝑋 )
13 12 ad2antlr ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) → dom 𝐹 = 𝑋 )
14 11 13 sseqtrrd ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) → ( 𝑃 ( ball ‘ 𝐶 ) 𝑧 ) ⊆ dom 𝐹 )
15 funimass4 ( ( Fun 𝐹 ∧ ( 𝑃 ( ball ‘ 𝐶 ) 𝑧 ) ⊆ dom 𝐹 ) → ( ( 𝐹 “ ( 𝑃 ( ball ‘ 𝐶 ) 𝑧 ) ) ⊆ ( ( 𝐹𝑃 ) ( ball ‘ 𝐷 ) 𝑦 ) ↔ ∀ 𝑤 ∈ ( 𝑃 ( ball ‘ 𝐶 ) 𝑧 ) ( 𝐹𝑤 ) ∈ ( ( 𝐹𝑃 ) ( ball ‘ 𝐷 ) 𝑦 ) ) )
16 5 14 15 syl2anc ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) → ( ( 𝐹 “ ( 𝑃 ( ball ‘ 𝐶 ) 𝑧 ) ) ⊆ ( ( 𝐹𝑃 ) ( ball ‘ 𝐷 ) 𝑦 ) ↔ ∀ 𝑤 ∈ ( 𝑃 ( ball ‘ 𝐶 ) 𝑧 ) ( 𝐹𝑤 ) ∈ ( ( 𝐹𝑃 ) ( ball ‘ 𝐷 ) 𝑦 ) ) )
17 elbl ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑃𝑋𝑧 ∈ ℝ* ) → ( 𝑤 ∈ ( 𝑃 ( ball ‘ 𝐶 ) 𝑧 ) ↔ ( 𝑤𝑋 ∧ ( 𝑃 𝐶 𝑤 ) < 𝑧 ) ) )
18 6 7 9 17 syl3anc ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) → ( 𝑤 ∈ ( 𝑃 ( ball ‘ 𝐶 ) 𝑧 ) ↔ ( 𝑤𝑋 ∧ ( 𝑃 𝐶 𝑤 ) < 𝑧 ) ) )
19 18 imbi1d ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) → ( ( 𝑤 ∈ ( 𝑃 ( ball ‘ 𝐶 ) 𝑧 ) → ( 𝐹𝑤 ) ∈ ( ( 𝐹𝑃 ) ( ball ‘ 𝐷 ) 𝑦 ) ) ↔ ( ( 𝑤𝑋 ∧ ( 𝑃 𝐶 𝑤 ) < 𝑧 ) → ( 𝐹𝑤 ) ∈ ( ( 𝐹𝑃 ) ( ball ‘ 𝐷 ) 𝑦 ) ) ) )
20 impexp ( ( ( 𝑤𝑋 ∧ ( 𝑃 𝐶 𝑤 ) < 𝑧 ) → ( 𝐹𝑤 ) ∈ ( ( 𝐹𝑃 ) ( ball ‘ 𝐷 ) 𝑦 ) ) ↔ ( 𝑤𝑋 → ( ( 𝑃 𝐶 𝑤 ) < 𝑧 → ( 𝐹𝑤 ) ∈ ( ( 𝐹𝑃 ) ( ball ‘ 𝐷 ) 𝑦 ) ) ) )
21 simpl2 ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) → 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) )
22 21 ad2antrr ( ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) ∧ 𝑤𝑋 ) → 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) )
23 simplrl ( ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) ∧ 𝑤𝑋 ) → 𝑦 ∈ ℝ+ )
24 23 rpxrd ( ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) ∧ 𝑤𝑋 ) → 𝑦 ∈ ℝ* )
25 simpllr ( ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) ∧ 𝑤𝑋 ) → 𝐹 : 𝑋𝑌 )
26 7 adantr ( ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) ∧ 𝑤𝑋 ) → 𝑃𝑋 )
27 25 26 ffvelrnd ( ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) ∧ 𝑤𝑋 ) → ( 𝐹𝑃 ) ∈ 𝑌 )
28 simplr ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) → 𝐹 : 𝑋𝑌 )
29 28 ffvelrnda ( ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) ∧ 𝑤𝑋 ) → ( 𝐹𝑤 ) ∈ 𝑌 )
30 elbl2 ( ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ* ) ∧ ( ( 𝐹𝑃 ) ∈ 𝑌 ∧ ( 𝐹𝑤 ) ∈ 𝑌 ) ) → ( ( 𝐹𝑤 ) ∈ ( ( 𝐹𝑃 ) ( ball ‘ 𝐷 ) 𝑦 ) ↔ ( ( 𝐹𝑃 ) 𝐷 ( 𝐹𝑤 ) ) < 𝑦 ) )
31 22 24 27 29 30 syl22anc ( ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) ∧ 𝑤𝑋 ) → ( ( 𝐹𝑤 ) ∈ ( ( 𝐹𝑃 ) ( ball ‘ 𝐷 ) 𝑦 ) ↔ ( ( 𝐹𝑃 ) 𝐷 ( 𝐹𝑤 ) ) < 𝑦 ) )
32 31 imbi2d ( ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) ∧ 𝑤𝑋 ) → ( ( ( 𝑃 𝐶 𝑤 ) < 𝑧 → ( 𝐹𝑤 ) ∈ ( ( 𝐹𝑃 ) ( ball ‘ 𝐷 ) 𝑦 ) ) ↔ ( ( 𝑃 𝐶 𝑤 ) < 𝑧 → ( ( 𝐹𝑃 ) 𝐷 ( 𝐹𝑤 ) ) < 𝑦 ) ) )
33 32 pm5.74da ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) → ( ( 𝑤𝑋 → ( ( 𝑃 𝐶 𝑤 ) < 𝑧 → ( 𝐹𝑤 ) ∈ ( ( 𝐹𝑃 ) ( ball ‘ 𝐷 ) 𝑦 ) ) ) ↔ ( 𝑤𝑋 → ( ( 𝑃 𝐶 𝑤 ) < 𝑧 → ( ( 𝐹𝑃 ) 𝐷 ( 𝐹𝑤 ) ) < 𝑦 ) ) ) )
34 20 33 syl5bb ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) → ( ( ( 𝑤𝑋 ∧ ( 𝑃 𝐶 𝑤 ) < 𝑧 ) → ( 𝐹𝑤 ) ∈ ( ( 𝐹𝑃 ) ( ball ‘ 𝐷 ) 𝑦 ) ) ↔ ( 𝑤𝑋 → ( ( 𝑃 𝐶 𝑤 ) < 𝑧 → ( ( 𝐹𝑃 ) 𝐷 ( 𝐹𝑤 ) ) < 𝑦 ) ) ) )
35 19 34 bitrd ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) → ( ( 𝑤 ∈ ( 𝑃 ( ball ‘ 𝐶 ) 𝑧 ) → ( 𝐹𝑤 ) ∈ ( ( 𝐹𝑃 ) ( ball ‘ 𝐷 ) 𝑦 ) ) ↔ ( 𝑤𝑋 → ( ( 𝑃 𝐶 𝑤 ) < 𝑧 → ( ( 𝐹𝑃 ) 𝐷 ( 𝐹𝑤 ) ) < 𝑦 ) ) ) )
36 35 ralbidv2 ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) → ( ∀ 𝑤 ∈ ( 𝑃 ( ball ‘ 𝐶 ) 𝑧 ) ( 𝐹𝑤 ) ∈ ( ( 𝐹𝑃 ) ( ball ‘ 𝐷 ) 𝑦 ) ↔ ∀ 𝑤𝑋 ( ( 𝑃 𝐶 𝑤 ) < 𝑧 → ( ( 𝐹𝑃 ) 𝐷 ( 𝐹𝑤 ) ) < 𝑦 ) ) )
37 16 36 bitrd ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ) ) → ( ( 𝐹 “ ( 𝑃 ( ball ‘ 𝐶 ) 𝑧 ) ) ⊆ ( ( 𝐹𝑃 ) ( ball ‘ 𝐷 ) 𝑦 ) ↔ ∀ 𝑤𝑋 ( ( 𝑃 𝐶 𝑤 ) < 𝑧 → ( ( 𝐹𝑃 ) 𝐷 ( 𝐹𝑤 ) ) < 𝑦 ) ) )
38 37 anassrs ( ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+ ) → ( ( 𝐹 “ ( 𝑃 ( ball ‘ 𝐶 ) 𝑧 ) ) ⊆ ( ( 𝐹𝑃 ) ( ball ‘ 𝐷 ) 𝑦 ) ↔ ∀ 𝑤𝑋 ( ( 𝑃 𝐶 𝑤 ) < 𝑧 → ( ( 𝐹𝑃 ) 𝐷 ( 𝐹𝑤 ) ) < 𝑦 ) ) )
39 38 rexbidva ( ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ+ ) → ( ∃ 𝑧 ∈ ℝ+ ( 𝐹 “ ( 𝑃 ( ball ‘ 𝐶 ) 𝑧 ) ) ⊆ ( ( 𝐹𝑃 ) ( ball ‘ 𝐷 ) 𝑦 ) ↔ ∃ 𝑧 ∈ ℝ+𝑤𝑋 ( ( 𝑃 𝐶 𝑤 ) < 𝑧 → ( ( 𝐹𝑃 ) 𝐷 ( 𝐹𝑤 ) ) < 𝑦 ) ) )
40 39 ralbidva ( ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋𝑌 ) → ( ∀ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ( 𝐹 “ ( 𝑃 ( ball ‘ 𝐶 ) 𝑧 ) ) ⊆ ( ( 𝐹𝑃 ) ( ball ‘ 𝐷 ) 𝑦 ) ↔ ∀ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+𝑤𝑋 ( ( 𝑃 𝐶 𝑤 ) < 𝑧 → ( ( 𝐹𝑃 ) 𝐷 ( 𝐹𝑤 ) ) < 𝑦 ) ) )
41 40 pm5.32da ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) → ( ( 𝐹 : 𝑋𝑌 ∧ ∀ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+ ( 𝐹 “ ( 𝑃 ( ball ‘ 𝐶 ) 𝑧 ) ) ⊆ ( ( 𝐹𝑃 ) ( ball ‘ 𝐷 ) 𝑦 ) ) ↔ ( 𝐹 : 𝑋𝑌 ∧ ∀ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+𝑤𝑋 ( ( 𝑃 𝐶 𝑤 ) < 𝑧 → ( ( 𝐹𝑃 ) 𝐷 ( 𝐹𝑤 ) ) < 𝑦 ) ) ) )
42 3 41 bitrd ( ( 𝐶 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝑃𝑋 ) → ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ↔ ( 𝐹 : 𝑋𝑌 ∧ ∀ 𝑦 ∈ ℝ+𝑧 ∈ ℝ+𝑤𝑋 ( ( 𝑃 𝐶 𝑤 ) < 𝑧 → ( ( 𝐹𝑃 ) 𝐷 ( 𝐹𝑤 ) ) < 𝑦 ) ) ) )