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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 : 𝑌 –1-1-onto→ 𝑋 )
5 f1of ⊢ ( ◡ 𝐹 : 𝑌 –1-1-onto→ 𝑋 → ◡ 𝐹 : 𝑌 ⟶ 𝑋 )
6 3 4 5 3syl ⊢ ( ( 𝑀 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑁 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝐹 ∈ ( 𝑀 Ismty 𝑁 ) ) → ◡ 𝐹 : 𝑌 ⟶ 𝑋 )
7 6 ffvelcdmda ⊢ ( ( ( 𝑀 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑁 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝐹 ∈ ( 𝑀 Ismty 𝑁 ) ) ∧ 𝑦 ∈ 𝑌 ) → ( ◡ 𝐹 ‘ 𝑦 ) ∈ 𝑋 )
8 oveq1 ⊢ ( 𝑥 = ( ◡ 𝐹 ‘ 𝑦 ) → ( 𝑥 ( ball ‘ 𝑀 ) 𝑟 ) = ( ( ◡ 𝐹 ‘ 𝑦 ) ( ball ‘ 𝑀 ) 𝑟 ) )
9 8 eqeq2d ⊢ ( 𝑥 = ( ◡ 𝐹 ‘ 𝑦 ) → ( 𝑋 = ( 𝑥 ( ball ‘ 𝑀 ) 𝑟 ) ↔ 𝑋 = ( ( ◡ 𝐹 ‘ 𝑦 ) ( ball ‘ 𝑀 ) 𝑟 ) ) )
10 9 rexbidv ⊢ ( 𝑥 = ( ◡ 𝐹 ‘ 𝑦 ) → ( ∃ 𝑟 ∈ ℝ+ 𝑋 = ( 𝑥 ( ball ‘ 𝑀 ) 𝑟 ) ↔ ∃ 𝑟 ∈ ℝ+ 𝑋 = ( ( ◡ 𝐹 ‘ 𝑦 ) ( ball ‘ 𝑀 ) 𝑟 ) ) )
11 10 rspcv ⊢ ( ( ◡ 𝐹 ‘ 𝑦 ) ∈ 𝑋 → ( ∀ 𝑥 ∈ 𝑋 ∃ 𝑟 ∈ ℝ+ 𝑋 = ( 𝑥 ( ball ‘ 𝑀 ) 𝑟 ) → ∃ 𝑟 ∈ ℝ+ 𝑋 = ( ( ◡ 𝐹 ‘ 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 ‘ 𝑦 ) ( ball ‘ 𝑀 ) 𝑟 ) ) )
13 imaeq2 ⊢ ( 𝑋 = ( ( ◡ 𝐹 ‘ 𝑦 ) ( ball ‘ 𝑀 ) 𝑟 ) → ( 𝐹 “ 𝑋 ) = ( 𝐹 “ ( ( ◡ 𝐹 ‘ 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 ‘ 𝑦 ) ∈ 𝑋 ∧ 𝑟 ∈ ℝ* ) )
21 ismtyima ⊢ ( ( ( 𝑀 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑁 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝐹 ∈ ( 𝑀 Ismty 𝑁 ) ) ∧ ( ( ◡ 𝐹 ‘ 𝑦 ) ∈ 𝑋 ∧ 𝑟 ∈ ℝ* ) ) → ( 𝐹 “ ( ( ◡ 𝐹 ‘ 𝑦 ) ( ball ‘ 𝑀 ) 𝑟 ) ) = ( ( 𝐹 ‘ ( ◡ 𝐹 ‘ 𝑦 ) ) ( ball ‘ 𝑁 ) 𝑟 ) )
22 20 21 syldan ⊢ ( ( ( 𝑀 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑁 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝐹 ∈ ( 𝑀 Ismty 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑦 ∈ 𝑌 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+ ) ) → ( 𝐹 “ ( ( ◡ 𝐹 ‘ 𝑦 ) ( ball ‘ 𝑀 ) 𝑟 ) ) = ( ( 𝐹 ‘ ( ◡ 𝐹 ‘ 𝑦 ) ) ( ball ‘ 𝑁 ) 𝑟 ) )
23 simpl ⊢ ( ( 𝑦 ∈ 𝑌 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+ ) → 𝑦 ∈ 𝑌 )
24 f1ocnvfv2 ⊢ ( ( 𝐹 : 𝑋 –1-1-onto→ 𝑌 ∧ 𝑦 ∈ 𝑌 ) → ( 𝐹 ‘ ( ◡ 𝐹 ‘ 𝑦 ) ) = 𝑦 )
25 3 23 24 syl2an ⊢ ( ( ( 𝑀 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑁 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝐹 ∈ ( 𝑀 Ismty 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑦 ∈ 𝑌 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+ ) ) → ( 𝐹 ‘ ( ◡ 𝐹 ‘ 𝑦 ) ) = 𝑦 )
26 25 oveq1d ⊢ ( ( ( 𝑀 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑁 ∈ ( ∞Met ‘ 𝑌 ) ∧ 𝐹 ∈ ( 𝑀 Ismty 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑦 ∈ 𝑌 ∧ 𝑟 ∈ ℝ+ ) ) → ( ( 𝐹 ‘ ( ◡ 𝐹 ‘ 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 ‘ 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 ‘ 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 ‘ 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 ‘ 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 ‘ 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 ) ) )