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Theorem qndenserrnopnlem

Description: n-dimensional rational numbers are dense in the space of n-dimensional real numbers, with respect to the n-dimensional standard topology. (Contributed by Glauco Siliprandi, 24-Dec-2020)

Ref Expression
Hypotheses qndenserrnopnlem.i ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐼 ∈ Fin )
qndenserrnopnlem.j ⊒ 𝐽 = ( TopOpen β€˜ ( ℝ^ β€˜ 𝐼 ) )
qndenserrnopnlem.v ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝑉 ∈ 𝐽 )
qndenserrnopnlem.x ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝑋 ∈ 𝑉 )
qndenserrnopnlem.d ⊒ 𝐷 = ( dist β€˜ ( ℝ^ β€˜ 𝐼 ) )
Assertion qndenserrnopnlem ( πœ‘ β†’ βˆƒ 𝑦 ∈ ( β„š ↑m 𝐼 ) 𝑦 ∈ 𝑉 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 qndenserrnopnlem.i ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐼 ∈ Fin )
2 qndenserrnopnlem.j ⊒ 𝐽 = ( TopOpen β€˜ ( ℝ^ β€˜ 𝐼 ) )
3 qndenserrnopnlem.v ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝑉 ∈ 𝐽 )
4 qndenserrnopnlem.x ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝑋 ∈ 𝑉 )
5 qndenserrnopnlem.d ⊒ 𝐷 = ( dist β€˜ ( ℝ^ β€˜ 𝐼 ) )
6 5 rrxmetfi ⊒ ( 𝐼 ∈ Fin β†’ 𝐷 ∈ ( Met β€˜ ( ℝ ↑m 𝐼 ) ) )
7 1 6 syl ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐷 ∈ ( Met β€˜ ( ℝ ↑m 𝐼 ) ) )
8 metxmet ⊒ ( 𝐷 ∈ ( Met β€˜ ( ℝ ↑m 𝐼 ) ) β†’ 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ ( ℝ ↑m 𝐼 ) ) )
9 7 8 syl ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ ( ℝ ↑m 𝐼 ) ) )
10 3 2 eleqtrdi ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝑉 ∈ ( TopOpen β€˜ ( ℝ^ β€˜ 𝐼 ) ) )
11 1 rrxtopnfi ⊒ ( πœ‘ β†’ ( TopOpen β€˜ ( ℝ^ β€˜ 𝐼 ) ) = ( MetOpen β€˜ ( 𝑓 ∈ ( ℝ ↑m 𝐼 ) , 𝑔 ∈ ( ℝ ↑m 𝐼 ) ↦ ( √ β€˜ Ξ£ π‘˜ ∈ 𝐼 ( ( ( 𝑓 β€˜ π‘˜ ) βˆ’ ( 𝑔 β€˜ π‘˜ ) ) ↑ 2 ) ) ) ) )
12 5 a1i ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐷 = ( dist β€˜ ( ℝ^ β€˜ 𝐼 ) ) )
13 eqid ⊒ ( ℝ^ β€˜ 𝐼 ) = ( ℝ^ β€˜ 𝐼 )
14 eqid ⊒ ( ℝ ↑m 𝐼 ) = ( ℝ ↑m 𝐼 )
15 13 14 rrxdsfi ⊒ ( 𝐼 ∈ Fin β†’ ( dist β€˜ ( ℝ^ β€˜ 𝐼 ) ) = ( 𝑓 ∈ ( ℝ ↑m 𝐼 ) , 𝑔 ∈ ( ℝ ↑m 𝐼 ) ↦ ( √ β€˜ Ξ£ π‘˜ ∈ 𝐼 ( ( ( 𝑓 β€˜ π‘˜ ) βˆ’ ( 𝑔 β€˜ π‘˜ ) ) ↑ 2 ) ) ) )
16 1 15 syl ⊒ ( πœ‘ β†’ ( dist β€˜ ( ℝ^ β€˜ 𝐼 ) ) = ( 𝑓 ∈ ( ℝ ↑m 𝐼 ) , 𝑔 ∈ ( ℝ ↑m 𝐼 ) ↦ ( √ β€˜ Ξ£ π‘˜ ∈ 𝐼 ( ( ( 𝑓 β€˜ π‘˜ ) βˆ’ ( 𝑔 β€˜ π‘˜ ) ) ↑ 2 ) ) ) )
17 12 16 eqtr2d ⊒ ( πœ‘ β†’ ( 𝑓 ∈ ( ℝ ↑m 𝐼 ) , 𝑔 ∈ ( ℝ ↑m 𝐼 ) ↦ ( √ β€˜ Ξ£ π‘˜ ∈ 𝐼 ( ( ( 𝑓 β€˜ π‘˜ ) βˆ’ ( 𝑔 β€˜ π‘˜ ) ) ↑ 2 ) ) ) = 𝐷 )
18 17 fveq2d ⊒ ( πœ‘ β†’ ( MetOpen β€˜ ( 𝑓 ∈ ( ℝ ↑m 𝐼 ) , 𝑔 ∈ ( ℝ ↑m 𝐼 ) ↦ ( √ β€˜ Ξ£ π‘˜ ∈ 𝐼 ( ( ( 𝑓 β€˜ π‘˜ ) βˆ’ ( 𝑔 β€˜ π‘˜ ) ) ↑ 2 ) ) ) ) = ( MetOpen β€˜ 𝐷 ) )
19 11 18 eqtrd ⊒ ( πœ‘ β†’ ( TopOpen β€˜ ( ℝ^ β€˜ 𝐼 ) ) = ( MetOpen β€˜ 𝐷 ) )
20 10 19 eleqtrd ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝑉 ∈ ( MetOpen β€˜ 𝐷 ) )
21 eqid ⊒ ( MetOpen β€˜ 𝐷 ) = ( MetOpen β€˜ 𝐷 )
22 21 mopni2 ⊒ ( ( 𝐷 ∈ ( ∞Met β€˜ ( ℝ ↑m 𝐼 ) ) ∧ 𝑉 ∈ ( MetOpen β€˜ 𝐷 ) ∧ 𝑋 ∈ 𝑉 ) β†’ βˆƒ 𝑒 ∈ ℝ+ ( 𝑋 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑒 ) βŠ† 𝑉 )
23 9 20 4 22 syl3anc ⊒ ( πœ‘ β†’ βˆƒ 𝑒 ∈ ℝ+ ( 𝑋 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑒 ) βŠ† 𝑉 )
24 1 3ad2ant1 ⊒ ( ( πœ‘ ∧ 𝑒 ∈ ℝ+ ∧ ( 𝑋 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑒 ) βŠ† 𝑉 ) β†’ 𝐼 ∈ Fin )
25 rrxtps ⊒ ( 𝐼 ∈ Fin β†’ ( ℝ^ β€˜ 𝐼 ) ∈ TopSp )
26 1 25 syl ⊒ ( πœ‘ β†’ ( ℝ^ β€˜ 𝐼 ) ∈ TopSp )
27 eqid ⊒ ( Base β€˜ ( ℝ^ β€˜ 𝐼 ) ) = ( Base β€˜ ( ℝ^ β€˜ 𝐼 ) )
28 27 2 istps ⊒ ( ( ℝ^ β€˜ 𝐼 ) ∈ TopSp ↔ 𝐽 ∈ ( TopOn β€˜ ( Base β€˜ ( ℝ^ β€˜ 𝐼 ) ) ) )
29 26 28 sylib ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐽 ∈ ( TopOn β€˜ ( Base β€˜ ( ℝ^ β€˜ 𝐼 ) ) ) )
30 1 13 27 rrxbasefi ⊒ ( πœ‘ β†’ ( Base β€˜ ( ℝ^ β€˜ 𝐼 ) ) = ( ℝ ↑m 𝐼 ) )
31 30 fveq2d ⊒ ( πœ‘ β†’ ( TopOn β€˜ ( Base β€˜ ( ℝ^ β€˜ 𝐼 ) ) ) = ( TopOn β€˜ ( ℝ ↑m 𝐼 ) ) )
32 29 31 eleqtrd ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝐽 ∈ ( TopOn β€˜ ( ℝ ↑m 𝐼 ) ) )
33 toponss ⊒ ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn β€˜ ( ℝ ↑m 𝐼 ) ) ∧ 𝑉 ∈ 𝐽 ) β†’ 𝑉 βŠ† ( ℝ ↑m 𝐼 ) )
34 32 3 33 syl2anc ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝑉 βŠ† ( ℝ ↑m 𝐼 ) )
35 34 4 sseldd ⊒ ( πœ‘ β†’ 𝑋 ∈ ( ℝ ↑m 𝐼 ) )
36 35 3ad2ant1 ⊒ ( ( πœ‘ ∧ 𝑒 ∈ ℝ+ ∧ ( 𝑋 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑒 ) βŠ† 𝑉 ) β†’ 𝑋 ∈ ( ℝ ↑m 𝐼 ) )
37 simp2 ⊒ ( ( πœ‘ ∧ 𝑒 ∈ ℝ+ ∧ ( 𝑋 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑒 ) βŠ† 𝑉 ) β†’ 𝑒 ∈ ℝ+ )
38 24 36 5 37 qndenserrnbl ⊒ ( ( πœ‘ ∧ 𝑒 ∈ ℝ+ ∧ ( 𝑋 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑒 ) βŠ† 𝑉 ) β†’ βˆƒ 𝑦 ∈ ( β„š ↑m 𝐼 ) 𝑦 ∈ ( 𝑋 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑒 ) )
39 ssel ⊒ ( ( 𝑋 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑒 ) βŠ† 𝑉 β†’ ( 𝑦 ∈ ( 𝑋 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑒 ) β†’ 𝑦 ∈ 𝑉 ) )
40 39 adantr ⊒ ( ( ( 𝑋 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑒 ) βŠ† 𝑉 ∧ 𝑦 ∈ ( β„š ↑m 𝐼 ) ) β†’ ( 𝑦 ∈ ( 𝑋 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑒 ) β†’ 𝑦 ∈ 𝑉 ) )
41 40 3ad2antl3 ⊒ ( ( ( πœ‘ ∧ 𝑒 ∈ ℝ+ ∧ ( 𝑋 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑒 ) βŠ† 𝑉 ) ∧ 𝑦 ∈ ( β„š ↑m 𝐼 ) ) β†’ ( 𝑦 ∈ ( 𝑋 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑒 ) β†’ 𝑦 ∈ 𝑉 ) )
42 41 reximdva ⊒ ( ( πœ‘ ∧ 𝑒 ∈ ℝ+ ∧ ( 𝑋 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑒 ) βŠ† 𝑉 ) β†’ ( βˆƒ 𝑦 ∈ ( β„š ↑m 𝐼 ) 𝑦 ∈ ( 𝑋 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑒 ) β†’ βˆƒ 𝑦 ∈ ( β„š ↑m 𝐼 ) 𝑦 ∈ 𝑉 ) )
43 38 42 mpd ⊒ ( ( πœ‘ ∧ 𝑒 ∈ ℝ+ ∧ ( 𝑋 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑒 ) βŠ† 𝑉 ) β†’ βˆƒ 𝑦 ∈ ( β„š ↑m 𝐼 ) 𝑦 ∈ 𝑉 )
44 43 3exp ⊒ ( πœ‘ β†’ ( 𝑒 ∈ ℝ+ β†’ ( ( 𝑋 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑒 ) βŠ† 𝑉 β†’ βˆƒ 𝑦 ∈ ( β„š ↑m 𝐼 ) 𝑦 ∈ 𝑉 ) ) )
45 44 rexlimdv ⊒ ( πœ‘ β†’ ( βˆƒ 𝑒 ∈ ℝ+ ( 𝑋 ( ball β€˜ 𝐷 ) 𝑒 ) βŠ† 𝑉 β†’ βˆƒ 𝑦 ∈ ( β„š ↑m 𝐼 ) 𝑦 ∈ 𝑉 ) )
46 23 45 mpd ⊒ ( πœ‘ β†’ βˆƒ 𝑦 ∈ ( β„š ↑m 𝐼 ) 𝑦 ∈ 𝑉 )