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Theorem prdsmet

Description: The product metric is a metric when the index set is finite. (Contributed by Mario Carneiro, 20-Aug-2015)

Ref Expression
Hypotheses prdsmet.y ⊒Y=S⨉𝑠x∈I⟼R
prdsmet.b ⊒B=BaseY
prdsmet.v ⊒V=BaseR
prdsmet.e ⊒E=dist⁑Rβ†ΎVΓ—V
prdsmet.d ⊒D=dist⁑Y
prdsmet.s βŠ’Ο†β†’S∈W
prdsmet.i βŠ’Ο†β†’I∈Fin
prdsmet.r βŠ’Ο†βˆ§x∈Iβ†’R∈Z
prdsmet.m βŠ’Ο†βˆ§x∈Iβ†’E∈Met⁑V
Assertion prdsmet βŠ’Ο†β†’D∈Met⁑B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 prdsmet.y ⊒Y=S⨉𝑠x∈I⟼R
2 prdsmet.b ⊒B=BaseY
3 prdsmet.v ⊒V=BaseR
4 prdsmet.e ⊒E=dist⁑Rβ†ΎVΓ—V
5 prdsmet.d ⊒D=dist⁑Y
6 prdsmet.s βŠ’Ο†β†’S∈W
7 prdsmet.i βŠ’Ο†β†’I∈Fin
8 prdsmet.r βŠ’Ο†βˆ§x∈Iβ†’R∈Z
9 prdsmet.m βŠ’Ο†βˆ§x∈Iβ†’E∈Met⁑V
10 metxmet ⊒E∈Met⁑Vβ†’E∈∞Met⁑V
11 9 10 syl βŠ’Ο†βˆ§x∈Iβ†’E∈∞Met⁑V
12 1 2 3 4 5 6 7 8 11 prdsxmet βŠ’Ο†β†’D∈∞Met⁑B
13 1 2 3 4 5 6 7 8 11 prdsdsf βŠ’Ο†β†’D:BΓ—B⟢0+∞
14 13 ffnd βŠ’Ο†β†’DFnBΓ—B
15 6 adantr βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’S∈W
16 7 adantr βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’I∈Fin
17 8 ralrimiva βŠ’Ο†β†’βˆ€x∈IR∈Z
18 17 adantr βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’βˆ€x∈IR∈Z
19 simprl βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’f∈B
20 simprr βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’g∈B
21 1 2 15 16 18 19 20 3 4 5 prdsdsval3 βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’fDg=supran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑xβˆͺ0ℝ*<
22 1 2 15 16 18 3 19 prdsbascl βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’βˆ€x∈If⁑x∈V
23 1 2 15 16 18 3 20 prdsbascl βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’βˆ€x∈Ig⁑x∈V
24 r19.26 βŠ’βˆ€x∈If⁑x∈V∧g⁑x∈Vβ†”βˆ€x∈If⁑x∈Vβˆ§βˆ€x∈Ig⁑x∈V
25 metcl ⊒E∈Met⁑V∧f⁑x∈V∧g⁑x∈Vβ†’f⁑xEg⁑xβˆˆβ„
26 25 3expib ⊒E∈Met⁑Vβ†’f⁑x∈V∧g⁑x∈Vβ†’f⁑xEg⁑xβˆˆβ„
27 9 26 syl βŠ’Ο†βˆ§x∈Iβ†’f⁑x∈V∧g⁑x∈Vβ†’f⁑xEg⁑xβˆˆβ„
28 27 ralimdva βŠ’Ο†β†’βˆ€x∈If⁑x∈V∧g⁑x∈Vβ†’βˆ€x∈If⁑xEg⁑xβˆˆβ„
29 28 adantr βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’βˆ€x∈If⁑x∈V∧g⁑x∈Vβ†’βˆ€x∈If⁑xEg⁑xβˆˆβ„
30 24 29 syl5bir βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’βˆ€x∈If⁑x∈Vβˆ§βˆ€x∈Ig⁑x∈Vβ†’βˆ€x∈If⁑xEg⁑xβˆˆβ„
31 22 23 30 mp2and βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’βˆ€x∈If⁑xEg⁑xβˆˆβ„
32 eqid ⊒x∈I⟼f⁑xEg⁑x=x∈I⟼f⁑xEg⁑x
33 32 fmpt βŠ’βˆ€x∈If⁑xEg⁑xβˆˆβ„β†”x∈I⟼f⁑xEg⁑x:IβŸΆβ„
34 31 33 sylib βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’x∈I⟼f⁑xEg⁑x:IβŸΆβ„
35 34 frnd βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’ran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑xβŠ†β„
36 0red βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’0βˆˆβ„
37 36 snssd βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’0βŠ†β„
38 35 37 unssd βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’ran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑xβˆͺ0βŠ†β„
39 xrltso ⊒<Orℝ*
40 39 a1i βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’<Orℝ*
41 mptfi ⊒I∈Finβ†’x∈I⟼f⁑xEg⁑x∈Fin
42 rnfi ⊒x∈I⟼f⁑xEg⁑x∈Finβ†’ran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑x∈Fin
43 16 41 42 3syl βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’ran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑x∈Fin
44 snfi ⊒0∈Fin
45 unfi ⊒ran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑x∈Fin∧0∈Finβ†’ran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑xβˆͺ0∈Fin
46 43 44 45 sylancl βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’ran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑xβˆͺ0∈Fin
47 ssun2 ⊒0βŠ†ran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑xβˆͺ0
48 c0ex ⊒0∈V
49 48 snss ⊒0∈ran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑xβˆͺ0↔0βŠ†ran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑xβˆͺ0
50 47 49 mpbir ⊒0∈ran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑xβˆͺ0
51 ne0i ⊒0∈ran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑xβˆͺ0β†’ran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑xβˆͺ0β‰ βˆ…
52 50 51 mp1i βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’ran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑xβˆͺ0β‰ βˆ…
53 ressxr βŠ’β„βŠ†β„*
54 38 53 sstrdi βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’ran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑xβˆͺ0βŠ†β„*
55 fisupcl ⊒<Orℝ*∧ran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑xβˆͺ0∈Fin∧ran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑xβˆͺ0β‰ βˆ…βˆ§ran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑xβˆͺ0βŠ†β„*β†’supran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑xβˆͺ0ℝ*<∈ran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑xβˆͺ0
56 40 46 52 54 55 syl13anc βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’supran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑xβˆͺ0ℝ*<∈ran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑xβˆͺ0
57 38 56 sseldd βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’supran⁑x∈I⟼f⁑xEg⁑xβˆͺ0ℝ*<βˆˆβ„
58 21 57 eqeltrd βŠ’Ο†βˆ§f∈B∧g∈Bβ†’fDgβˆˆβ„
59 58 ralrimivva βŠ’Ο†β†’βˆ€f∈Bβˆ€g∈BfDgβˆˆβ„
60 ffnov ⊒D:BΓ—BβŸΆβ„β†”DFnBΓ—Bβˆ§βˆ€f∈Bβˆ€g∈BfDgβˆˆβ„
61 14 59 60 sylanbrc βŠ’Ο†β†’D:BΓ—BβŸΆβ„
62 ismet2 ⊒D∈Met⁑B↔D∈∞Met⁑B∧D:BΓ—BβŸΆβ„
63 12 61 62 sylanbrc βŠ’Ο†β†’D∈Met⁑B