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Theorem metsscmetcld

Description: A complete subspace of a metric space is closed in the parent space. Formerly part of proof for cmetss . (Contributed by NM, 28-Jan-2008) (Revised by Mario Carneiro, 15-Oct-2015) (Revised by AV, 9-Oct-2022)

Ref Expression
Hypothesis metsscmetcld.j 𝐽 = ( MetOpen ‘ 𝐷 )
Assertion metsscmetcld ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) → 𝑌 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 metsscmetcld.j 𝐽 = ( MetOpen ‘ 𝐷 )
2 metxmet ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) → 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) )
3 2 adantr ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) → 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) )
4 1 mopntopon ( 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) → 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) )
5 3 4 syl ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) → 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) )
6 resss ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ⊆ 𝐷
7 dmss ( ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ⊆ 𝐷 → dom ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ⊆ dom 𝐷 )
8 dmss ( dom ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ⊆ dom 𝐷 → dom dom ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ⊆ dom dom 𝐷 )
9 6 7 8 mp2b dom dom ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ⊆ dom dom 𝐷
10 cmetmet ( ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) → ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( Met ‘ 𝑌 ) )
11 metdmdm ( ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( Met ‘ 𝑌 ) → 𝑌 = dom dom ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) )
12 10 11 syl ( ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) → 𝑌 = dom dom ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) )
13 metdmdm ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) → 𝑋 = dom dom 𝐷 )
14 sseq12 ( ( 𝑌 = dom dom ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∧ 𝑋 = dom dom 𝐷 ) → ( 𝑌𝑋 ↔ dom dom ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ⊆ dom dom 𝐷 ) )
15 12 13 14 syl2anr ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) → ( 𝑌𝑋 ↔ dom dom ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ⊆ dom dom 𝐷 ) )
16 9 15 mpbiri ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) → 𝑌𝑋 )
17 flimcls ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑌𝑋 ) → ( 𝑥 ∈ ( ( cls ‘ 𝐽 ) ‘ 𝑌 ) ↔ ∃ 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) )
18 5 16 17 syl2anc ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) → ( 𝑥 ∈ ( ( cls ‘ 𝐽 ) ‘ 𝑌 ) ↔ ∃ 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) )
19 simprrr ( ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) ∧ ( 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) ) → 𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) )
20 3 adantr ( ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) ∧ ( 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) ) → 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) )
21 1 methaus ( 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) → 𝐽 ∈ Haus )
22 hausflimi ( 𝐽 ∈ Haus → ∃* 𝑥 𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) )
23 20 21 22 3syl ( ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) ∧ ( 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) ) → ∃* 𝑥 𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) )
24 20 4 syl ( ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) ∧ ( 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) ) → 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) )
25 simprl ( ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) ∧ ( 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) ) → 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) )
26 simprrl ( ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) ∧ ( 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) ) → 𝑌𝑓 )
27 flimrest ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑌𝑓 ) → ( ( 𝐽t 𝑌 ) fLim ( 𝑓t 𝑌 ) ) = ( ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ∩ 𝑌 ) )
28 24 25 26 27 syl3anc ( ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) ∧ ( 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) ) → ( ( 𝐽t 𝑌 ) fLim ( 𝑓t 𝑌 ) ) = ( ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ∩ 𝑌 ) )
29 16 adantr ( ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) ∧ ( 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) ) → 𝑌𝑋 )
30 eqid ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) = ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) )
31 eqid ( MetOpen ‘ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ) = ( MetOpen ‘ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) )
32 30 1 31 metrest ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑌𝑋 ) → ( 𝐽t 𝑌 ) = ( MetOpen ‘ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ) )
33 20 29 32 syl2anc ( ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) ∧ ( 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) ) → ( 𝐽t 𝑌 ) = ( MetOpen ‘ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ) )
34 33 oveq1d ( ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) ∧ ( 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) ) → ( ( 𝐽t 𝑌 ) fLim ( 𝑓t 𝑌 ) ) = ( ( MetOpen ‘ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ) fLim ( 𝑓t 𝑌 ) ) )
35 28 34 eqtr3d ( ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) ∧ ( 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) ) → ( ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ∩ 𝑌 ) = ( ( MetOpen ‘ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ) fLim ( 𝑓t 𝑌 ) ) )
36 simplr ( ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) ∧ ( 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) ) → ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) )
37 1 flimcfil ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) → 𝑓 ∈ ( CauFil ‘ 𝐷 ) )
38 20 19 37 syl2anc ( ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) ∧ ( 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) ) → 𝑓 ∈ ( CauFil ‘ 𝐷 ) )
39 cfilres ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑌𝑓 ) → ( 𝑓 ∈ ( CauFil ‘ 𝐷 ) ↔ ( 𝑓t 𝑌 ) ∈ ( CauFil ‘ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ) ) )
40 20 25 26 39 syl3anc ( ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) ∧ ( 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) ) → ( 𝑓 ∈ ( CauFil ‘ 𝐷 ) ↔ ( 𝑓t 𝑌 ) ∈ ( CauFil ‘ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ) ) )
41 38 40 mpbid ( ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) ∧ ( 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) ) → ( 𝑓t 𝑌 ) ∈ ( CauFil ‘ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ) )
42 31 cmetcvg ( ( ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ∧ ( 𝑓t 𝑌 ) ∈ ( CauFil ‘ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ) ) → ( ( MetOpen ‘ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ) fLim ( 𝑓t 𝑌 ) ) ≠ ∅ )
43 36 41 42 syl2anc ( ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) ∧ ( 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) ) → ( ( MetOpen ‘ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ) fLim ( 𝑓t 𝑌 ) ) ≠ ∅ )
44 35 43 eqnetrd ( ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) ∧ ( 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) ) → ( ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ∩ 𝑌 ) ≠ ∅ )
45 ndisj ( ( ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ∩ 𝑌 ) ≠ ∅ ↔ ∃ 𝑥 ( 𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ∧ 𝑥𝑌 ) )
46 44 45 sylib ( ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) ∧ ( 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) ) → ∃ 𝑥 ( 𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ∧ 𝑥𝑌 ) )
47 mopick ( ( ∃* 𝑥 𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ∧ ∃ 𝑥 ( 𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ∧ 𝑥𝑌 ) ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) → 𝑥𝑌 ) )
48 23 46 47 syl2anc ( ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) ∧ ( 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) → 𝑥𝑌 ) )
49 19 48 mpd ( ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) ∧ ( 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) ) ) → 𝑥𝑌 )
50 49 rexlimdvaa ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) → ( ∃ 𝑓 ∈ ( Fil ‘ 𝑋 ) ( 𝑌𝑓𝑥 ∈ ( 𝐽 fLim 𝑓 ) ) → 𝑥𝑌 ) )
51 18 50 sylbid ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) → ( 𝑥 ∈ ( ( cls ‘ 𝐽 ) ‘ 𝑌 ) → 𝑥𝑌 ) )
52 51 ssrdv ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) → ( ( cls ‘ 𝐽 ) ‘ 𝑌 ) ⊆ 𝑌 )
53 1 mopntop ( 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) → 𝐽 ∈ Top )
54 3 53 syl ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) → 𝐽 ∈ Top )
55 1 mopnuni ( 𝐷 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) → 𝑋 = 𝐽 )
56 3 55 syl ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) → 𝑋 = 𝐽 )
57 16 56 sseqtrd ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) → 𝑌 𝐽 )
58 eqid 𝐽 = 𝐽
59 58 iscld4 ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝑌 𝐽 ) → ( 𝑌 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ↔ ( ( cls ‘ 𝐽 ) ‘ 𝑌 ) ⊆ 𝑌 ) )
60 54 57 59 syl2anc ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) → ( 𝑌 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ↔ ( ( cls ‘ 𝐽 ) ‘ 𝑌 ) ⊆ 𝑌 ) )
61 52 60 mpbird ( ( 𝐷 ∈ ( Met ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐷 ↾ ( 𝑌 × 𝑌 ) ) ∈ ( CMet ‘ 𝑌 ) ) → 𝑌 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) )