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Theorem ismtybndlem

Description: Lemma for ismtybnd . (Contributed by Jeff Madsen, 2-Sep-2009) (Proof shortened by Mario Carneiro, 19-Jan-2014)

Ref Expression
Assertion ismtybndlem ⊢ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N → M ∈ Bnd ⁡ X → N ∈ Bnd ⁡ Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 isismty ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y → F ∈ M Ismty N ↔ F : X ⟶ 1-1 onto Y ∧ ∀ z ∈ X ∀ w ∈ X z M w = F ⁡ z N F ⁡ w
2 1 biimp3a ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N → F : X ⟶ 1-1 onto Y ∧ ∀ z ∈ X ∀ w ∈ X z M w = F ⁡ z N F ⁡ w
3 2 simpld ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N → F : X ⟶ 1-1 onto Y
4 f1ocnv ⊢ F : X ⟶ 1-1 onto Y → F -1 : Y ⟶ 1-1 onto X
5 f1of ⊢ F -1 : Y ⟶ 1-1 onto X → F -1 : Y ⟶ X
6 3 4 5 3syl ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N → F -1 : Y ⟶ X
7 6 ffvelcdmda ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ y ∈ Y → F -1 ⁡ y ∈ X
8 oveq1 ⊢ x = F -1 ⁡ y → x ball ⁡ M r = F -1 ⁡ y ball ⁡ M r
9 8 eqeq2d ⊢ x = F -1 ⁡ y → X = x ball ⁡ M r ↔ X = F -1 ⁡ y ball ⁡ M r
10 9 rexbidv ⊢ x = F -1 ⁡ y → ∃ r ∈ ℝ + X = x ball ⁡ M r ↔ ∃ r ∈ ℝ + X = F -1 ⁡ y ball ⁡ M r
11 10 rspcv ⊢ F -1 ⁡ y ∈ X → ∀ x ∈ X ∃ r ∈ ℝ + X = x ball ⁡ M r → ∃ r ∈ ℝ + X = F -1 ⁡ y ball ⁡ M r
12 7 11 syl ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ y ∈ Y → ∀ x ∈ X ∃ r ∈ ℝ + X = x ball ⁡ M r → ∃ r ∈ ℝ + X = F -1 ⁡ y ball ⁡ M r
13 imaeq2 ⊢ X = F -1 ⁡ y ball ⁡ M r → F X = F F -1 ⁡ y ball ⁡ M r
14 f1ofo ⊢ F : X ⟶ 1-1 onto Y → F : X ⟶ onto Y
15 foima ⊢ F : X ⟶ onto Y → F X = Y
16 3 14 15 3syl ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N → F X = Y
17 16 adantr ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → F X = Y
18 rpxr ⊢ r ∈ ℝ + → r ∈ ℝ *
19 18 adantl ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ r ∈ ℝ + → r ∈ ℝ *
20 7 19 anim12dan ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → F -1 ⁡ y ∈ X ∧ r ∈ ℝ *
21 ismtyima ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ F -1 ⁡ y ∈ X ∧ r ∈ ℝ * → F F -1 ⁡ y ball ⁡ M r = F ⁡ F -1 ⁡ y ball ⁡ N r
22 20 21 syldan ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → F F -1 ⁡ y ball ⁡ M r = F ⁡ F -1 ⁡ y ball ⁡ N r
23 simpl ⊢ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → y ∈ Y
24 f1ocnvfv2 ⊢ F : X ⟶ 1-1 onto Y ∧ y ∈ Y → F ⁡ F -1 ⁡ y = y
25 3 23 24 syl2an ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → F ⁡ F -1 ⁡ y = y
26 25 oveq1d ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → F ⁡ F -1 ⁡ y ball ⁡ N r = y ball ⁡ N r
27 22 26 eqtrd ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → F F -1 ⁡ y ball ⁡ M r = y ball ⁡ N r
28 17 27 eqeq12d ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → F X = F F -1 ⁡ y ball ⁡ M r ↔ Y = y ball ⁡ N r
29 13 28 imbitrid ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → X = F -1 ⁡ y ball ⁡ M r → Y = y ball ⁡ N r
30 29 anassrs ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ y ∈ Y ∧ r ∈ ℝ + → X = F -1 ⁡ y ball ⁡ M r → Y = y ball ⁡ N r
31 30 reximdva ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ y ∈ Y → ∃ r ∈ ℝ + X = F -1 ⁡ y ball ⁡ M r → ∃ r ∈ ℝ + Y = y ball ⁡ N r
32 12 31 syld ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ y ∈ Y → ∀ x ∈ X ∃ r ∈ ℝ + X = x ball ⁡ M r → ∃ r ∈ ℝ + Y = y ball ⁡ N r
33 32 ralrimdva ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N → ∀ x ∈ X ∃ r ∈ ℝ + X = x ball ⁡ M r → ∀ y ∈ Y ∃ r ∈ ℝ + Y = y ball ⁡ N r
34 simp2 ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N → N ∈ ∞Met ⁡ Y
35 33 34 jctild ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N → ∀ x ∈ X ∃ r ∈ ℝ + X = x ball ⁡ M r → N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ ∀ y ∈ Y ∃ r ∈ ℝ + Y = y ball ⁡ N r
36 35 3expib ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X → N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N → ∀ x ∈ X ∃ r ∈ ℝ + X = x ball ⁡ M r → N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ ∀ y ∈ Y ∃ r ∈ ℝ + Y = y ball ⁡ N r
37 36 com12 ⊢ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N → M ∈ ∞Met ⁡ X → ∀ x ∈ X ∃ r ∈ ℝ + X = x ball ⁡ M r → N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ ∀ y ∈ Y ∃ r ∈ ℝ + Y = y ball ⁡ N r
38 37 impd ⊢ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N → M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ ∀ x ∈ X ∃ r ∈ ℝ + X = x ball ⁡ M r → N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ ∀ y ∈ Y ∃ r ∈ ℝ + Y = y ball ⁡ N r
39 isbndx ⊢ M ∈ Bnd ⁡ X ↔ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ ∀ x ∈ X ∃ r ∈ ℝ + X = x ball ⁡ M r
40 isbndx ⊢ N ∈ Bnd ⁡ Y ↔ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ ∀ y ∈ Y ∃ r ∈ ℝ + Y = y ball ⁡ N r
41 38 39 40 3imtr4g ⊢ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N → M ∈ Bnd ⁡ X → N ∈ Bnd ⁡ Y