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Theorem metss2

Description: If the metric D is "strongly finer" than C (meaning that there is a positive real constant R such that C ( x , y ) <_ R x. D ( x , y ) ), then D generates a finer topology. (Using this theorem twice in each direction states that if two metrics are strongly equivalent, then they generate the same topology.) (Contributed by Mario Carneiro, 14-Sep-2015)

Ref Expression
Hypotheses metequiv.3 ⊒ 𝐽 = ( MetOpen β€˜ 𝐢 )
metequiv.4 ⊒ 𝐾 = ( MetOpen β€˜ 𝐷 )
metss2.1 ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐢 ∈ ( Met β€˜ 𝑋 ) )
metss2.2 ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐷 ∈ ( Met β€˜ 𝑋 ) )
metss2.3 ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝑅 ∈ ℝ+ )
metss2.4 ⊒ ( ( πœ‘ ∧ ( π‘₯ ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋 ) ) β†’ ( π‘₯ 𝐢 𝑦 ) ≀ ( 𝑅 Β· ( π‘₯ 𝐷 𝑦 ) ) )
Assertion metss2 ( πœ‘ β†’ 𝐽 βŠ† 𝐾 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 metequiv.3 ⊒ 𝐽 = ( MetOpen β€˜ 𝐢 )
2 metequiv.4 ⊒ 𝐾 = ( MetOpen β€˜ 𝐷 )
3 metss2.1 ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐢 ∈ ( Met β€˜ 𝑋 ) )
4 metss2.2 ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐷 ∈ ( Met β€˜ 𝑋 ) )
5 metss2.3 ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝑅 ∈ ℝ+ )
6 metss2.4 ⊒ ( ( πœ‘ ∧ ( π‘₯ ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋 ) ) β†’ ( π‘₯ 𝐢 𝑦 ) ≀ ( 𝑅 Β· ( π‘₯ 𝐷 𝑦 ) ) )
7 simpr ⊒ ( ( π‘₯ ∈ 𝑋 ∧ π‘Ÿ ∈ ℝ+ ) β†’ π‘Ÿ ∈ ℝ+ )
8 rpdivcl ⊒ ( ( π‘Ÿ ∈ ℝ+ ∧ 𝑅 ∈ ℝ+ ) β†’ ( π‘Ÿ / 𝑅 ) ∈ ℝ+ )
9 7 5 8 syl2anr ⊒ ( ( πœ‘ ∧ ( π‘₯ ∈ 𝑋 ∧ π‘Ÿ ∈ ℝ+ ) ) β†’ ( π‘Ÿ / 𝑅 ) ∈ ℝ+ )
10 1 2 3 4 5 6 metss2lem ⊒ ( ( πœ‘ ∧ ( π‘₯ ∈ 𝑋 ∧ π‘Ÿ ∈ ℝ+ ) ) β†’ ( π‘₯ ( ball β€˜ 𝐷 ) ( π‘Ÿ / 𝑅 ) ) βŠ† ( π‘₯ ( ball β€˜ 𝐢 ) π‘Ÿ ) )
11 oveq2 ⊒ ( 𝑠 = ( π‘Ÿ / 𝑅 ) β†’ ( π‘₯ ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑠 ) = ( π‘₯ ( ball β€˜ 𝐷 ) ( π‘Ÿ / 𝑅 ) ) )
12 11 sseq1d ⊒ ( 𝑠 = ( π‘Ÿ / 𝑅 ) β†’ ( ( π‘₯ ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑠 ) βŠ† ( π‘₯ ( ball β€˜ 𝐢 ) π‘Ÿ ) ↔ ( π‘₯ ( ball β€˜ 𝐷 ) ( π‘Ÿ / 𝑅 ) ) βŠ† ( π‘₯ ( ball β€˜ 𝐢 ) π‘Ÿ ) ) )
13 12 rspcev ⊒ ( ( ( π‘Ÿ / 𝑅 ) ∈ ℝ+ ∧ ( π‘₯ ( ball β€˜ 𝐷 ) ( π‘Ÿ / 𝑅 ) ) βŠ† ( π‘₯ ( ball β€˜ 𝐢 ) π‘Ÿ ) ) β†’ βˆƒ 𝑠 ∈ ℝ+ ( π‘₯ ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑠 ) βŠ† ( π‘₯ ( ball β€˜ 𝐢 ) π‘Ÿ ) )
14 9 10 13 syl2anc ⊒ ( ( πœ‘ ∧ ( π‘₯ ∈ 𝑋 ∧ π‘Ÿ ∈ ℝ+ ) ) β†’ βˆƒ 𝑠 ∈ ℝ+ ( π‘₯ ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑠 ) βŠ† ( π‘₯ ( ball β€˜ 𝐢 ) π‘Ÿ ) )
15 14 ralrimivva ⊒ ( πœ‘ β†’ βˆ€ π‘₯ ∈ 𝑋 βˆ€ π‘Ÿ ∈ ℝ+ βˆƒ 𝑠 ∈ ℝ+ ( π‘₯ ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑠 ) βŠ† ( π‘₯ ( ball β€˜ 𝐢 ) π‘Ÿ ) )
16 metxmet ⊒ ( 𝐢 ∈ ( Met β€˜ 𝑋 ) β†’ 𝐢 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) )
17 3 16 syl ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐢 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) )
18 metxmet ⊒ ( 𝐷 ∈ ( Met β€˜ 𝑋 ) β†’ 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) )
19 4 18 syl ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) )
20 1 2 metss ⊒ ( ( 𝐢 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ∧ 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ 𝑋 ) ) β†’ ( 𝐽 βŠ† 𝐾 ↔ βˆ€ π‘₯ ∈ 𝑋 βˆ€ π‘Ÿ ∈ ℝ+ βˆƒ 𝑠 ∈ ℝ+ ( π‘₯ ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑠 ) βŠ† ( π‘₯ ( ball β€˜ 𝐢 ) π‘Ÿ ) ) )
21 17 19 20 syl2anc ⊒ ( πœ‘ β†’ ( 𝐽 βŠ† 𝐾 ↔ βˆ€ π‘₯ ∈ 𝑋 βˆ€ π‘Ÿ ∈ ℝ+ βˆƒ 𝑠 ∈ ℝ+ ( π‘₯ ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑠 ) βŠ† ( π‘₯ ( ball β€˜ 𝐢 ) π‘Ÿ ) ) )
22 15 21 mpbird ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐽 βŠ† 𝐾 )