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Theorem iscfil3 20782
Description: A filter is Cauchy iff it contains a ball of any chosen size. (Contributed by Mario Carneiro, 15-Oct-2015.)
Assertion
Ref Expression
iscfil3  |-  ( D  e.  ( *Met `  X )  ->  ( F  e.  (CauFil `  D
)  <->  ( F  e.  ( Fil `  X
)  /\  A. r  e.  RR+  E. x  e.  X  ( x (
ball `  D )
r )  e.  F
) ) )
Distinct variable groups:    x, r, F    X, r, x    D, r, x

Proof of Theorem iscfil3
Dummy variables  u  s  v  y are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 cfilfil 20776 . . 3  |-  ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  (CauFil `  D ) )  ->  F  e.  ( Fil `  X ) )
2 cfil3i 20778 . . . . 5  |-  ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  (CauFil `  D )  /\  r  e.  RR+ )  ->  E. x  e.  X  ( x
( ball `  D )
r )  e.  F
)
323expa 1187 . . . 4  |-  ( ( ( D  e.  ( *Met `  X
)  /\  F  e.  (CauFil `  D ) )  /\  r  e.  RR+ )  ->  E. x  e.  X  ( x ( ball `  D ) r )  e.  F )
43ralrimiva 2797 . . 3  |-  ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  (CauFil `  D ) )  ->  A. r  e.  RR+  E. x  e.  X  ( x
( ball `  D )
r )  e.  F
)
51, 4jca 532 . 2  |-  ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  (CauFil `  D ) )  -> 
( F  e.  ( Fil `  X )  /\  A. r  e.  RR+  E. x  e.  X  ( x ( ball `  D ) r )  e.  F ) )
6 simprl 755 . . 3  |-  ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  ( F  e.  ( Fil `  X
)  /\  A. r  e.  RR+  E. x  e.  X  ( x (
ball `  D )
r )  e.  F
) )  ->  F  e.  ( Fil `  X
) )
7 rphalfcl 11013 . . . . . . . 8  |-  ( s  e.  RR+  ->  ( s  /  2 )  e.  RR+ )
87adantl 466 . . . . . . 7  |-  ( ( ( D  e.  ( *Met `  X
)  /\  F  e.  ( Fil `  X ) )  /\  s  e.  RR+ )  ->  ( s  /  2 )  e.  RR+ )
9 oveq2 6097 . . . . . . . . . 10  |-  ( r  =  ( s  / 
2 )  ->  (
x ( ball `  D
) r )  =  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) ) )
109eleq1d 2507 . . . . . . . . 9  |-  ( r  =  ( s  / 
2 )  ->  (
( x ( ball `  D ) r )  e.  F  <->  ( x
( ball `  D )
( s  /  2
) )  e.  F
) )
1110rexbidv 2734 . . . . . . . 8  |-  ( r  =  ( s  / 
2 )  ->  ( E. x  e.  X  ( x ( ball `  D ) r )  e.  F  <->  E. x  e.  X  ( x
( ball `  D )
( s  /  2
) )  e.  F
) )
1211rspcv 3067 . . . . . . 7  |-  ( ( s  /  2 )  e.  RR+  ->  ( A. r  e.  RR+  E. x  e.  X  ( x
( ball `  D )
r )  e.  F  ->  E. x  e.  X  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F ) )
138, 12syl 16 . . . . . 6  |-  ( ( ( D  e.  ( *Met `  X
)  /\  F  e.  ( Fil `  X ) )  /\  s  e.  RR+ )  ->  ( A. r  e.  RR+  E. x  e.  X  ( x
( ball `  D )
r )  e.  F  ->  E. x  e.  X  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F ) )
14 simprr 756 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  ( Fil `  X
) )  /\  s  e.  RR+ )  /\  (
x  e.  X  /\  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F ) )  ->  ( x (
ball `  D )
( s  /  2
) )  e.  F
)
15 simp-4l 765 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  ( Fil `  X
) )  /\  s  e.  RR+ )  /\  (
x  e.  X  /\  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F ) )  /\  ( u  e.  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  /\  v  e.  ( x ( ball `  D
) ( s  / 
2 ) ) ) )  ->  D  e.  ( *Met `  X
) )
16 simplrl 759 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  ( Fil `  X
) )  /\  s  e.  RR+ )  /\  (
x  e.  X  /\  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F ) )  /\  ( u  e.  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  /\  v  e.  ( x ( ball `  D
) ( s  / 
2 ) ) ) )  ->  x  e.  X )
17 simpllr 758 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  ( Fil `  X
) )  /\  s  e.  RR+ )  /\  (
x  e.  X  /\  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F ) )  /\  ( u  e.  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  /\  v  e.  ( x ( ball `  D
) ( s  / 
2 ) ) ) )  ->  s  e.  RR+ )
1817rpred 11025 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  ( Fil `  X
) )  /\  s  e.  RR+ )  /\  (
x  e.  X  /\  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F ) )  /\  ( u  e.  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  /\  v  e.  ( x ( ball `  D
) ( s  / 
2 ) ) ) )  ->  s  e.  RR )
19 simprl 755 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  ( Fil `  X
) )  /\  s  e.  RR+ )  /\  (
x  e.  X  /\  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F ) )  /\  ( u  e.  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  /\  v  e.  ( x ( ball `  D
) ( s  / 
2 ) ) ) )  ->  u  e.  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) ) )
20 blhalf 19978 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( D  e.  ( *Met `  X
)  /\  x  e.  X )  /\  (
s  e.  RR  /\  u  e.  ( x
( ball `  D )
( s  /  2
) ) ) )  ->  ( x (
ball `  D )
( s  /  2
) )  C_  (
u ( ball `  D
) s ) )
2115, 16, 18, 19, 20syl22anc 1219 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  ( Fil `  X
) )  /\  s  e.  RR+ )  /\  (
x  e.  X  /\  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F ) )  /\  ( u  e.  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  /\  v  e.  ( x ( ball `  D
) ( s  / 
2 ) ) ) )  ->  ( x
( ball `  D )
( s  /  2
) )  C_  (
u ( ball `  D
) s ) )
22 simprr 756 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  ( Fil `  X
) )  /\  s  e.  RR+ )  /\  (
x  e.  X  /\  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F ) )  /\  ( u  e.  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  /\  v  e.  ( x ( ball `  D
) ( s  / 
2 ) ) ) )  ->  v  e.  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) ) )
2321, 22sseldd 3355 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  ( Fil `  X
) )  /\  s  e.  RR+ )  /\  (
x  e.  X  /\  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F ) )  /\  ( u  e.  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  /\  v  e.  ( x ( ball `  D
) ( s  / 
2 ) ) ) )  ->  v  e.  ( u ( ball `  D ) s ) )
2417rpxrd 11026 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  ( Fil `  X
) )  /\  s  e.  RR+ )  /\  (
x  e.  X  /\  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F ) )  /\  ( u  e.  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  /\  v  e.  ( x ( ball `  D
) ( s  / 
2 ) ) ) )  ->  s  e.  RR* )
2517, 7syl 16 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  ( Fil `  X
) )  /\  s  e.  RR+ )  /\  (
x  e.  X  /\  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F ) )  /\  ( u  e.  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  /\  v  e.  ( x ( ball `  D
) ( s  / 
2 ) ) ) )  ->  ( s  /  2 )  e.  RR+ )
2625rpxrd 11026 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  ( Fil `  X
) )  /\  s  e.  RR+ )  /\  (
x  e.  X  /\  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F ) )  /\  ( u  e.  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  /\  v  e.  ( x ( ball `  D
) ( s  / 
2 ) ) ) )  ->  ( s  /  2 )  e. 
RR* )
27 blssm 19991 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  x  e.  X  /\  ( s  /  2
)  e.  RR* )  ->  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) ) 
C_  X )
2815, 16, 26, 27syl3anc 1218 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  ( Fil `  X
) )  /\  s  e.  RR+ )  /\  (
x  e.  X  /\  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F ) )  /\  ( u  e.  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  /\  v  e.  ( x ( ball `  D
) ( s  / 
2 ) ) ) )  ->  ( x
( ball `  D )
( s  /  2
) )  C_  X
)
2928, 19sseldd 3355 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  ( Fil `  X
) )  /\  s  e.  RR+ )  /\  (
x  e.  X  /\  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F ) )  /\  ( u  e.  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  /\  v  e.  ( x ( ball `  D
) ( s  / 
2 ) ) ) )  ->  u  e.  X )
3028, 22sseldd 3355 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  ( Fil `  X
) )  /\  s  e.  RR+ )  /\  (
x  e.  X  /\  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F ) )  /\  ( u  e.  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  /\  v  e.  ( x ( ball `  D
) ( s  / 
2 ) ) ) )  ->  v  e.  X )
31 elbl2 19963 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( D  e.  ( *Met `  X
)  /\  s  e.  RR* )  /\  ( u  e.  X  /\  v  e.  X ) )  -> 
( v  e.  ( u ( ball `  D
) s )  <->  ( u D v )  < 
s ) )
3215, 24, 29, 30, 31syl22anc 1219 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  ( Fil `  X
) )  /\  s  e.  RR+ )  /\  (
x  e.  X  /\  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F ) )  /\  ( u  e.  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  /\  v  e.  ( x ( ball `  D
) ( s  / 
2 ) ) ) )  ->  ( v  e.  ( u ( ball `  D ) s )  <-> 
( u D v )  <  s ) )
3323, 32mpbid 210 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  ( Fil `  X
) )  /\  s  e.  RR+ )  /\  (
x  e.  X  /\  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F ) )  /\  ( u  e.  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  /\  v  e.  ( x ( ball `  D
) ( s  / 
2 ) ) ) )  ->  ( u D v )  < 
s )
3433ralrimivva 2806 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  ( Fil `  X
) )  /\  s  e.  RR+ )  /\  (
x  e.  X  /\  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F ) )  ->  A. u  e.  ( x ( ball `  D
) ( s  / 
2 ) ) A. v  e.  ( x
( ball `  D )
( s  /  2
) ) ( u D v )  < 
s )
35 raleq 2915 . . . . . . . . . 10  |-  ( y  =  ( x (
ball `  D )
( s  /  2
) )  ->  ( A. v  e.  y 
( u D v )  <  s  <->  A. v  e.  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) ) ( u D v )  <  s ) )
3635raleqbi1dv 2923 . . . . . . . . 9  |-  ( y  =  ( x (
ball `  D )
( s  /  2
) )  ->  ( A. u  e.  y  A. v  e.  y 
( u D v )  <  s  <->  A. u  e.  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) ) A. v  e.  ( x ( ball `  D
) ( s  / 
2 ) ) ( u D v )  <  s ) )
3736rspcev 3071 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F  /\  A. u  e.  ( x
( ball `  D )
( s  /  2
) ) A. v  e.  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) ) ( u D v )  <  s )  ->  E. y  e.  F  A. u  e.  y  A. v  e.  y 
( u D v )  <  s )
3814, 34, 37syl2anc 661 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  ( Fil `  X
) )  /\  s  e.  RR+ )  /\  (
x  e.  X  /\  ( x ( ball `  D ) ( s  /  2 ) )  e.  F ) )  ->  E. y  e.  F  A. u  e.  y  A. v  e.  y 
( u D v )  <  s )
3938rexlimdvaa 2840 . . . . . 6  |-  ( ( ( D  e.  ( *Met `  X
)  /\  F  e.  ( Fil `  X ) )  /\  s  e.  RR+ )  ->  ( E. x  e.  X  ( x ( ball `  D
) ( s  / 
2 ) )  e.  F  ->  E. y  e.  F  A. u  e.  y  A. v  e.  y  ( u D v )  < 
s ) )
4013, 39syld 44 . . . . 5  |-  ( ( ( D  e.  ( *Met `  X
)  /\  F  e.  ( Fil `  X ) )  /\  s  e.  RR+ )  ->  ( A. r  e.  RR+  E. x  e.  X  ( x
( ball `  D )
r )  e.  F  ->  E. y  e.  F  A. u  e.  y  A. v  e.  y 
( u D v )  <  s ) )
4140ralrimdva 2804 . . . 4  |-  ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  F  e.  ( Fil `  X ) )  ->  ( A. r  e.  RR+  E. x  e.  X  ( x
( ball `  D )
r )  e.  F  ->  A. s  e.  RR+  E. y  e.  F  A. u  e.  y  A. v  e.  y  (
u D v )  <  s ) )
4241impr 619 . . 3  |-  ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  ( F  e.  ( Fil `  X
)  /\  A. r  e.  RR+  E. x  e.  X  ( x (
ball `  D )
r )  e.  F
) )  ->  A. s  e.  RR+  E. y  e.  F  A. u  e.  y  A. v  e.  y  ( u D v )  <  s
)
43 iscfil2 20775 . . . 4  |-  ( D  e.  ( *Met `  X )  ->  ( F  e.  (CauFil `  D
)  <->  ( F  e.  ( Fil `  X
)  /\  A. s  e.  RR+  E. y  e.  F  A. u  e.  y  A. v  e.  y  ( u D v )  <  s
) ) )
4443adantr 465 . . 3  |-  ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  ( F  e.  ( Fil `  X
)  /\  A. r  e.  RR+  E. x  e.  X  ( x (
ball `  D )
r )  e.  F
) )  ->  ( F  e.  (CauFil `  D
)  <->  ( F  e.  ( Fil `  X
)  /\  A. s  e.  RR+  E. y  e.  F  A. u  e.  y  A. v  e.  y  ( u D v )  <  s
) ) )
456, 42, 44mpbir2and 913 . 2  |-  ( ( D  e.  ( *Met `  X )  /\  ( F  e.  ( Fil `  X
)  /\  A. r  e.  RR+  E. x  e.  X  ( x (
ball `  D )
r )  e.  F
) )  ->  F  e.  (CauFil `  D )
)
465, 45impbida 828 1  |-  ( D  e.  ( *Met `  X )  ->  ( F  e.  (CauFil `  D
)  <->  ( F  e.  ( Fil `  X
)  /\  A. r  e.  RR+  E. x  e.  X  ( x (
ball `  D )
r )  e.  F
) ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 184    /\ wa 369    = wceq 1369    e. wcel 1756   A.wral 2713   E.wrex 2714    C_ wss 3326   class class class wbr 4290   ` cfv 5416  (class class class)co 6089   RRcr 9279   RR*cxr 9415    < clt 9416    / cdiv 9991   2c2 10369   RR+crp 10989   *Metcxmt 17799   ballcbl 17801   Filcfil 19416  CauFilccfil 20761
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1591  ax-4 1602  ax-5 1670  ax-6 1708  ax-7 1728  ax-8 1758  ax-9 1760  ax-10 1775  ax-11 1780  ax-12 1792  ax-13 1943  ax-ext 2422  ax-sep 4411  ax-nul 4419  ax-pow 4468  ax-pr 4529  ax-un 6370  ax-cnex 9336  ax-resscn 9337  ax-1cn 9338  ax-icn 9339  ax-addcl 9340  ax-addrcl 9341  ax-mulcl 9342  ax-mulrcl 9343  ax-mulcom 9344  ax-addass 9345  ax-mulass 9346  ax-distr 9347  ax-i2m1 9348  ax-1ne0 9349  ax-1rid 9350  ax-rnegex 9351  ax-rrecex 9352  ax-cnre 9353  ax-pre-lttri 9354  ax-pre-lttrn 9355  ax-pre-ltadd 9356  ax-pre-mulgt0 9357
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3or 966  df-3an 967  df-tru 1372  df-ex 1587  df-nf 1590  df-sb 1701  df-eu 2257  df-mo 2258  df-clab 2428  df-cleq 2434  df-clel 2437  df-nfc 2566  df-ne 2606  df-nel 2607  df-ral 2718  df-rex 2719  df-reu 2720  df-rmo 2721  df-rab 2722  df-v 2972  df-sbc 3185  df-csb 3287  df-dif 3329  df-un 3331  df-in 3333  df-ss 3340  df-nul 3636  df-if 3790  df-pw 3860  df-sn 3876  df-pr 3878  df-op 3882  df-uni 4090  df-iun 4171  df-br 4291  df-opab 4349  df-mpt 4350  df-id 4634  df-po 4639  df-so 4640  df-xp 4844  df-rel 4845  df-cnv 4846  df-co 4847  df-dm 4848  df-rn 4849  df-res 4850  df-ima 4851  df-iota 5379  df-fun 5418  df-fn 5419  df-f 5420  df-f1 5421  df-fo 5422  df-f1o 5423  df-fv 5424  df-riota 6050  df-ov 6092  df-oprab 6093  df-mpt2 6094  df-1st 6575  df-2nd 6576  df-er 7099  df-map 7214  df-en 7309  df-dom 7310  df-sdom 7311  df-pnf 9418  df-mnf 9419  df-xr 9420  df-ltxr 9421  df-le 9422  df-sub 9595  df-neg 9596  df-div 9992  df-2 10378  df-rp 10990  df-xneg 11087  df-xadd 11088  df-xmul 11089  df-ico 11304  df-psmet 17807  df-xmet 17808  df-bl 17810  df-fbas 17812  df-fil 19417  df-cfil 20764
This theorem is referenced by:  equivcfil  20808  flimcfil  20822
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