MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  dscopn Structured version   Unicode version

Theorem dscopn 18621
Description: The discrete metric generates the discrete topology. In particular, the discrete topology is metrizable. (Contributed by Mario Carneiro, 29-Jan-2014.)
Hypothesis
Ref Expression
dscmet.1  |-  D  =  ( x  e.  X ,  y  e.  X  |->  if ( x  =  y ,  0 ,  1 ) )
Assertion
Ref Expression
dscopn  |-  ( X  e.  V  ->  ( MetOpen
`  D )  =  ~P X )
Distinct variable group:    x, y, X
Allowed substitution hints:    D( x, y)    V( x, y)

Proof of Theorem dscopn
Dummy variables  v  u  w are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 dscmet.1 . . . . . . 7  |-  D  =  ( x  e.  X ,  y  e.  X  |->  if ( x  =  y ,  0 ,  1 ) )
21dscmet 18620 . . . . . 6  |-  ( X  e.  V  ->  D  e.  ( Met `  X
) )
3 metxmet 18364 . . . . . 6  |-  ( D  e.  ( Met `  X
)  ->  D  e.  ( * Met `  X
) )
42, 3syl 16 . . . . 5  |-  ( X  e.  V  ->  D  e.  ( * Met `  X
) )
5 eqid 2436 . . . . . 6  |-  ( MetOpen `  D )  =  (
MetOpen `  D )
65elmopn 18472 . . . . 5  |-  ( D  e.  ( * Met `  X )  ->  (
u  e.  ( MetOpen `  D )  <->  ( u  C_  X  /\  A. v  e.  u  E. w  e.  ran  ( ball `  D
) ( v  e.  w  /\  w  C_  u ) ) ) )
74, 6syl 16 . . . 4  |-  ( X  e.  V  ->  (
u  e.  ( MetOpen `  D )  <->  ( u  C_  X  /\  A. v  e.  u  E. w  e.  ran  ( ball `  D
) ( v  e.  w  /\  w  C_  u ) ) ) )
8 simpll 731 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( X  e.  V  /\  u  C_  X )  /\  v  e.  u
)  ->  X  e.  V )
9 ssel2 3343 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( u  C_  X  /\  v  e.  u )  ->  v  e.  X )
109adantll 695 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( X  e.  V  /\  u  C_  X )  /\  v  e.  u
)  ->  v  e.  X )
118, 10jca 519 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( X  e.  V  /\  u  C_  X )  /\  v  e.  u
)  ->  ( X  e.  V  /\  v  e.  X ) )
12 elsn 3829 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( w  e.  { v }  <-> 
w  =  v )
13 eleq1a 2505 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( v  e.  X  ->  (
w  =  v  ->  w  e.  X )
)
14 simpl 444 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( w  e.  X  /\  ( v D w )  <  1 )  ->  w  e.  X
)
1514a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( v  e.  X  ->  (
( w  e.  X  /\  ( v D w )  <  1 )  ->  w  e.  X
) )
16 eqeq12 2448 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21  |-  ( ( x  =  v  /\  y  =  w )  ->  ( x  =  y  <-> 
v  =  w ) )
1716ifbid 3757 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( ( x  =  v  /\  y  =  w )  ->  if ( x  =  y ,  0 ,  1 )  =  if ( v  =  w ,  0 ,  1 ) )
18 0re 9091 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22  |-  0  e.  RR
19 1re 9090 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22  |-  1  e.  RR
2018, 19keepel 3796 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21  |-  if ( v  =  w ,  0 ,  1 )  e.  RR
2120elexi 2965 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  if ( v  =  w ,  0 ,  1 )  e.  _V
2217, 1, 21ovmpt2a 6204 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( v  e.  X  /\  w  e.  X )  ->  ( v D w )  =  if ( v  =  w ,  0 ,  1 ) )
2322breq1d 4222 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( v  e.  X  /\  w  e.  X )  ->  ( ( v D w )  <  1  <->  if ( v  =  w ,  0 ,  1 )  <  1 ) )
2419ltnri 9182 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22  |-  -.  1  <  1
25 iffalse 3746 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23  |-  ( -.  v  =  w  ->  if ( v  =  w ,  0 ,  1 )  =  1 )
2625breq1d 4222 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22  |-  ( -.  v  =  w  -> 
( if ( v  =  w ,  0 ,  1 )  <  1  <->  1  <  1
) )
2724, 26mtbiri 295 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21  |-  ( -.  v  =  w  ->  -.  if ( v  =  w ,  0 ,  1 )  <  1
)
2827con4i 124 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( if ( v  =  w ,  0 ,  1 )  <  1  -> 
v  =  w )
29 iftrue 3745 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21  |-  ( v  =  w  ->  if ( v  =  w ,  0 ,  1 )  =  0 )
30 0lt1 9550 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21  |-  0  <  1
3129, 30syl6eqbr 4249 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( v  =  w  ->  if ( v  =  w ,  0 ,  1 )  <  1 )
3228, 31impbii 181 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( if ( v  =  w ,  0 ,  1 )  <  1  <->  v  =  w )
33 equcom 1692 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( v  =  w  <->  w  =  v )
3432, 33bitri 241 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( if ( v  =  w ,  0 ,  1 )  <  1  <->  w  =  v )
3523, 34syl6rbb 254 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( v  e.  X  /\  w  e.  X )  ->  ( w  =  v  <-> 
( v D w )  <  1 ) )
36 simpr 448 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( v  e.  X  /\  w  e.  X )  ->  w  e.  X )
3736biantrurd 495 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( v  e.  X  /\  w  e.  X )  ->  ( ( v D w )  <  1  <->  ( w  e.  X  /\  ( v D w )  <  1 ) ) )
3835, 37bitrd 245 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( v  e.  X  /\  w  e.  X )  ->  ( w  =  v  <-> 
( w  e.  X  /\  ( v D w )  <  1 ) ) )
3938ex 424 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( v  e.  X  ->  (
w  e.  X  -> 
( w  =  v  <-> 
( w  e.  X  /\  ( v D w )  <  1 ) ) ) )
4013, 15, 39pm5.21ndd 344 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( v  e.  X  ->  (
w  =  v  <->  ( w  e.  X  /\  (
v D w )  <  1 ) ) )
4140adantl 453 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( X  e.  V  /\  v  e.  X )  ->  ( w  =  v  <-> 
( w  e.  X  /\  ( v D w )  <  1 ) ) )
42 1rp 10616 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  1  e.  RR+
43 rpxr 10619 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( 1  e.  RR+  ->  1  e. 
RR* )
4442, 43ax-mp 8 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  1  e.  RR*
45 elbl 18418 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  v  e.  X  /\  1  e.  RR* )  ->  ( w  e.  ( v ( ball `  D
) 1 )  <->  ( w  e.  X  /\  (
v D w )  <  1 ) ) )
4644, 45mp3an3 1268 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  v  e.  X
)  ->  ( w  e.  ( v ( ball `  D ) 1 )  <-> 
( w  e.  X  /\  ( v D w )  <  1 ) ) )
474, 46sylan 458 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( X  e.  V  /\  v  e.  X )  ->  ( w  e.  ( v ( ball `  D
) 1 )  <->  ( w  e.  X  /\  (
v D w )  <  1 ) ) )
4841, 47bitr4d 248 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( X  e.  V  /\  v  e.  X )  ->  ( w  =  v  <-> 
w  e.  ( v ( ball `  D
) 1 ) ) )
4912, 48syl5bb 249 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( X  e.  V  /\  v  e.  X )  ->  ( w  e.  {
v }  <->  w  e.  ( v ( ball `  D ) 1 ) ) )
5049eqrdv 2434 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( X  e.  V  /\  v  e.  X )  ->  { v }  =  ( v ( ball `  D ) 1 ) )
51 blelrn 18447 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  v  e.  X  /\  1  e.  RR* )  ->  ( v ( ball `  D ) 1 )  e.  ran  ( ball `  D ) )
5244, 51mp3an3 1268 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( D  e.  ( * Met `  X )  /\  v  e.  X
)  ->  ( v
( ball `  D )
1 )  e.  ran  ( ball `  D )
)
534, 52sylan 458 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( X  e.  V  /\  v  e.  X )  ->  ( v ( ball `  D ) 1 )  e.  ran  ( ball `  D ) )
5450, 53eqeltrd 2510 . . . . . . . . 9  |-  ( ( X  e.  V  /\  v  e.  X )  ->  { v }  e.  ran  ( ball `  D
) )
55 snssi 3942 . . . . . . . . . 10  |-  ( v  e.  u  ->  { v }  C_  u )
56 vex 2959 . . . . . . . . . . 11  |-  v  e. 
_V
5756snid 3841 . . . . . . . . . 10  |-  v  e. 
{ v }
5855, 57jctil 524 . . . . . . . . 9  |-  ( v  e.  u  ->  (
v  e.  { v }  /\  { v }  C_  u )
)
59 eleq2 2497 . . . . . . . . . . 11  |-  ( w  =  { v }  ->  ( v  e.  w  <->  v  e.  {
v } ) )
60 sseq1 3369 . . . . . . . . . . 11  |-  ( w  =  { v }  ->  ( w  C_  u 
<->  { v }  C_  u ) )
6159, 60anbi12d 692 . . . . . . . . . 10  |-  ( w  =  { v }  ->  ( ( v  e.  w  /\  w  C_  u )  <->  ( v  e.  { v }  /\  { v }  C_  u
) ) )
6261rspcev 3052 . . . . . . . . 9  |-  ( ( { v }  e.  ran  ( ball `  D
)  /\  ( v  e.  { v }  /\  { v }  C_  u
) )  ->  E. w  e.  ran  ( ball `  D
) ( v  e.  w  /\  w  C_  u ) )
6354, 58, 62syl2an 464 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( X  e.  V  /\  v  e.  X
)  /\  v  e.  u )  ->  E. w  e.  ran  ( ball `  D
) ( v  e.  w  /\  w  C_  u ) )
6411, 63sylancom 649 . . . . . . 7  |-  ( ( ( X  e.  V  /\  u  C_  X )  /\  v  e.  u
)  ->  E. w  e.  ran  ( ball `  D
) ( v  e.  w  /\  w  C_  u ) )
6564ralrimiva 2789 . . . . . 6  |-  ( ( X  e.  V  /\  u  C_  X )  ->  A. v  e.  u  E. w  e.  ran  ( ball `  D )
( v  e.  w  /\  w  C_  u ) )
6665ex 424 . . . . 5  |-  ( X  e.  V  ->  (
u  C_  X  ->  A. v  e.  u  E. w  e.  ran  ( ball `  D ) ( v  e.  w  /\  w  C_  u ) ) )
6766pm4.71d 616 . . . 4  |-  ( X  e.  V  ->  (
u  C_  X  <->  ( u  C_  X  /\  A. v  e.  u  E. w  e.  ran  ( ball `  D
) ( v  e.  w  /\  w  C_  u ) ) ) )
687, 67bitr4d 248 . . 3  |-  ( X  e.  V  ->  (
u  e.  ( MetOpen `  D )  <->  u  C_  X
) )
69 vex 2959 . . . 4  |-  u  e. 
_V
7069elpw 3805 . . 3  |-  ( u  e.  ~P X  <->  u  C_  X
)
7168, 70syl6bbr 255 . 2  |-  ( X  e.  V  ->  (
u  e.  ( MetOpen `  D )  <->  u  e.  ~P X ) )
7271eqrdv 2434 1  |-  ( X  e.  V  ->  ( MetOpen
`  D )  =  ~P X )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 177    /\ wa 359    = wceq 1652    e. wcel 1725   A.wral 2705   E.wrex 2706    C_ wss 3320   ifcif 3739   ~Pcpw 3799   {csn 3814   class class class wbr 4212   ran crn 4879   ` cfv 5454  (class class class)co 6081    e. cmpt2 6083   RRcr 8989   0cc0 8990   1c1 8991   RR*cxr 9119    < clt 9120   RR+crp 10612   * Metcxmt 16686   Metcme 16687   ballcbl 16688   MetOpencmopn 16691
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1555  ax-5 1566  ax-17 1626  ax-9 1666  ax-8 1687  ax-13 1727  ax-14 1729  ax-6 1744  ax-7 1749  ax-11 1761  ax-12 1950  ax-ext 2417  ax-sep 4330  ax-nul 4338  ax-pow 4377  ax-pr 4403  ax-un 4701  ax-cnex 9046  ax-resscn 9047  ax-1cn 9048  ax-icn 9049  ax-addcl 9050  ax-addrcl 9051  ax-mulcl 9052  ax-mulrcl 9053  ax-mulcom 9054  ax-addass 9055  ax-mulass 9056  ax-distr 9057  ax-i2m1 9058  ax-1ne0 9059  ax-1rid 9060  ax-rnegex 9061  ax-rrecex 9062  ax-cnre 9063  ax-pre-lttri 9064  ax-pre-lttrn 9065  ax-pre-ltadd 9066  ax-pre-mulgt0 9067  ax-pre-sup 9068
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1328  df-ex 1551  df-nf 1554  df-sb 1659  df-eu 2285  df-mo 2286  df-clab 2423  df-cleq 2429  df-clel 2432  df-nfc 2561  df-ne 2601  df-nel 2602  df-ral 2710  df-rex 2711  df-reu 2712  df-rmo 2713  df-rab 2714  df-v 2958  df-sbc 3162  df-csb 3252  df-dif 3323  df-un 3325  df-in 3327  df-ss 3334  df-pss 3336  df-nul 3629  df-if 3740  df-pw 3801  df-sn 3820  df-pr 3821  df-tp 3822  df-op 3823  df-uni 4016  df-iun 4095  df-br 4213  df-opab 4267  df-mpt 4268  df-tr 4303  df-eprel 4494  df-id 4498  df-po 4503  df-so 4504  df-fr 4541  df-we 4543  df-ord 4584  df-on 4585  df-lim 4586  df-suc 4587  df-om 4846  df-xp 4884  df-rel 4885  df-cnv 4886  df-co 4887  df-dm 4888  df-rn 4889  df-res 4890  df-ima 4891  df-iota 5418  df-fun 5456  df-fn 5457  df-f 5458  df-f1 5459  df-fo 5460  df-f1o 5461  df-fv 5462  df-ov 6084  df-oprab 6085  df-mpt2 6086  df-1st 6349  df-2nd 6350  df-riota 6549  df-recs 6633  df-rdg 6668  df-er 6905  df-map 7020  df-en 7110  df-dom 7111  df-sdom 7112  df-sup 7446  df-pnf 9122  df-mnf 9123  df-xr 9124  df-ltxr 9125  df-le 9126  df-sub 9293  df-neg 9294  df-div 9678  df-nn 10001  df-2 10058  df-n0 10222  df-z 10283  df-uz 10489  df-q 10575  df-rp 10613  df-xneg 10710  df-xadd 10711  df-xmul 10712  df-topgen 13667  df-psmet 16694  df-xmet 16695  df-met 16696  df-bl 16697  df-mopn 16698  df-bases 16965
  Copyright terms: Public domain W3C validator