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Theorem zdis

Description: The integers are a discrete set in the topology on CC . (Contributed by Mario Carneiro, 19-Sep-2015)

Ref Expression
Hypothesis recld2.1 𝐽 = ( TopOpen ‘ ℂfld )
Assertion zdis ( 𝐽t ℤ ) = 𝒫 ℤ

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 recld2.1 𝐽 = ( TopOpen ‘ ℂfld )
2 restsspw ( 𝐽t ℤ ) ⊆ 𝒫 ℤ
3 elpwi ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ → 𝑥 ⊆ ℤ )
4 3 sselda ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) → 𝑦 ∈ ℤ )
5 4 zcnd ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) → 𝑦 ∈ ℂ )
6 cnxmet ( abs ∘ − ) ∈ ( ∞Met ‘ ℂ )
7 1xr 1 ∈ ℝ*
8 1 cnfldtopn 𝐽 = ( MetOpen ‘ ( abs ∘ − ) )
9 8 blopn ( ( ( abs ∘ − ) ∈ ( ∞Met ‘ ℂ ) ∧ 𝑦 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℝ* ) → ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∈ 𝐽 )
10 6 7 9 mp3an13 ( 𝑦 ∈ ℂ → ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∈ 𝐽 )
11 1 cnfldtop 𝐽 ∈ Top
12 zex ℤ ∈ V
13 elrestr ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ ℤ ∈ V ∧ ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∈ 𝐽 ) → ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ∈ ( 𝐽t ℤ ) )
14 11 12 13 mp3an12 ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∈ 𝐽 → ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ∈ ( 𝐽t ℤ ) )
15 5 10 14 3syl ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) → ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ∈ ( 𝐽t ℤ ) )
16 1rp 1 ∈ ℝ+
17 blcntr ( ( ( abs ∘ − ) ∈ ( ∞Met ‘ ℂ ) ∧ 𝑦 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℝ+ ) → 𝑦 ∈ ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) )
18 6 16 17 mp3an13 ( 𝑦 ∈ ℂ → 𝑦 ∈ ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) )
19 5 18 syl ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) → 𝑦 ∈ ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) )
20 19 4 elind ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) → 𝑦 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) )
21 5 adantr ( ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) ∧ 𝑧 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ) → 𝑦 ∈ ℂ )
22 simpr ( ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) ∧ 𝑧 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ) → 𝑧 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) )
23 22 elin2d ( ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) ∧ 𝑧 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ) → 𝑧 ∈ ℤ )
24 23 zcnd ( ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) ∧ 𝑧 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ) → 𝑧 ∈ ℂ )
25 4 adantr ( ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) ∧ 𝑧 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ) → 𝑦 ∈ ℤ )
26 25 23 zsubcld ( ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) ∧ 𝑧 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ) → ( 𝑦𝑧 ) ∈ ℤ )
27 26 zcnd ( ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) ∧ 𝑧 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ) → ( 𝑦𝑧 ) ∈ ℂ )
28 eqid ( abs ∘ − ) = ( abs ∘ − )
29 28 cnmetdval ( ( 𝑦 ∈ ℂ ∧ 𝑧 ∈ ℂ ) → ( 𝑦 ( abs ∘ − ) 𝑧 ) = ( abs ‘ ( 𝑦𝑧 ) ) )
30 21 24 29 syl2anc ( ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) ∧ 𝑧 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ) → ( 𝑦 ( abs ∘ − ) 𝑧 ) = ( abs ‘ ( 𝑦𝑧 ) ) )
31 22 elin1d ( ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) ∧ 𝑧 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ) → 𝑧 ∈ ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) )
32 elbl2 ( ( ( ( abs ∘ − ) ∈ ( ∞Met ‘ ℂ ) ∧ 1 ∈ ℝ* ) ∧ ( 𝑦 ∈ ℂ ∧ 𝑧 ∈ ℂ ) ) → ( 𝑧 ∈ ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ↔ ( 𝑦 ( abs ∘ − ) 𝑧 ) < 1 ) )
33 6 7 32 mpanl12 ( ( 𝑦 ∈ ℂ ∧ 𝑧 ∈ ℂ ) → ( 𝑧 ∈ ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ↔ ( 𝑦 ( abs ∘ − ) 𝑧 ) < 1 ) )
34 21 24 33 syl2anc ( ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) ∧ 𝑧 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ) → ( 𝑧 ∈ ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ↔ ( 𝑦 ( abs ∘ − ) 𝑧 ) < 1 ) )
35 31 34 mpbid ( ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) ∧ 𝑧 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ) → ( 𝑦 ( abs ∘ − ) 𝑧 ) < 1 )
36 30 35 eqbrtrrd ( ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) ∧ 𝑧 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ) → ( abs ‘ ( 𝑦𝑧 ) ) < 1 )
37 nn0abscl ( ( 𝑦𝑧 ) ∈ ℤ → ( abs ‘ ( 𝑦𝑧 ) ) ∈ ℕ0 )
38 nn0lt10b ( ( abs ‘ ( 𝑦𝑧 ) ) ∈ ℕ0 → ( ( abs ‘ ( 𝑦𝑧 ) ) < 1 ↔ ( abs ‘ ( 𝑦𝑧 ) ) = 0 ) )
39 26 37 38 3syl ( ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) ∧ 𝑧 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ) → ( ( abs ‘ ( 𝑦𝑧 ) ) < 1 ↔ ( abs ‘ ( 𝑦𝑧 ) ) = 0 ) )
40 36 39 mpbid ( ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) ∧ 𝑧 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ) → ( abs ‘ ( 𝑦𝑧 ) ) = 0 )
41 27 40 abs00d ( ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) ∧ 𝑧 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ) → ( 𝑦𝑧 ) = 0 )
42 21 24 41 subeq0d ( ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) ∧ 𝑧 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ) → 𝑦 = 𝑧 )
43 simplr ( ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) ∧ 𝑧 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ) → 𝑦𝑥 )
44 42 43 eqeltrrd ( ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) ∧ 𝑧 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ) → 𝑧𝑥 )
45 44 ex ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) → ( 𝑧 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) → 𝑧𝑥 ) )
46 45 ssrdv ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) → ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ⊆ 𝑥 )
47 eleq2 ( 𝑧 = ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) → ( 𝑦𝑧𝑦 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ) )
48 sseq1 ( 𝑧 = ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) → ( 𝑧𝑥 ↔ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ⊆ 𝑥 ) )
49 47 48 anbi12d ( 𝑧 = ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) → ( ( 𝑦𝑧𝑧𝑥 ) ↔ ( 𝑦 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ∧ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ⊆ 𝑥 ) ) )
50 49 rspcev ( ( ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ∈ ( 𝐽t ℤ ) ∧ ( 𝑦 ∈ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ∧ ( ( 𝑦 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) 1 ) ∩ ℤ ) ⊆ 𝑥 ) ) → ∃ 𝑧 ∈ ( 𝐽t ℤ ) ( 𝑦𝑧𝑧𝑥 ) )
51 15 20 46 50 syl12anc ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ ∧ 𝑦𝑥 ) → ∃ 𝑧 ∈ ( 𝐽t ℤ ) ( 𝑦𝑧𝑧𝑥 ) )
52 51 ralrimiva ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ → ∀ 𝑦𝑥𝑧 ∈ ( 𝐽t ℤ ) ( 𝑦𝑧𝑧𝑥 ) )
53 resttop ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ ℤ ∈ V ) → ( 𝐽t ℤ ) ∈ Top )
54 11 12 53 mp2an ( 𝐽t ℤ ) ∈ Top
55 eltop2 ( ( 𝐽t ℤ ) ∈ Top → ( 𝑥 ∈ ( 𝐽t ℤ ) ↔ ∀ 𝑦𝑥𝑧 ∈ ( 𝐽t ℤ ) ( 𝑦𝑧𝑧𝑥 ) ) )
56 54 55 ax-mp ( 𝑥 ∈ ( 𝐽t ℤ ) ↔ ∀ 𝑦𝑥𝑧 ∈ ( 𝐽t ℤ ) ( 𝑦𝑧𝑧𝑥 ) )
57 52 56 sylibr ( 𝑥 ∈ 𝒫 ℤ → 𝑥 ∈ ( 𝐽t ℤ ) )
58 57 ssriv 𝒫 ℤ ⊆ ( 𝐽t ℤ )
59 2 58 eqssi ( 𝐽t ℤ ) = 𝒫 ℤ