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Theorem metequiv2 20065
Description: If there is a sequence of radii approaching zero for which the balls of both metrics coincide, then the generated topologies are equivalent. (Contributed by Mario Carneiro, 26-Aug-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
metequiv.3  |-  J  =  ( MetOpen `  C )
metequiv.4  |-  K  =  ( MetOpen `  D )
Assertion
Ref Expression
metequiv2  |-  ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X
) )  ->  ( A. x  e.  X  A. r  e.  RR+  E. s  e.  RR+  ( s  <_ 
r  /\  ( x
( ball `  C )
s )  =  ( x ( ball `  D
) s ) )  ->  J  =  K ) )
Distinct variable groups:    s, r, x, C    J, r, s, x    K, r, s, x    D, r, s, x    X, r, s, x

Proof of Theorem metequiv2
StepHypRef Expression
1 simprrr 764 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X ) )  /\  x  e.  X )  /\  ( ( r  e.  RR+  /\  s  e.  RR+ )  /\  ( s  <_ 
r  /\  ( x
( ball `  C )
s )  =  ( x ( ball `  D
) s ) ) ) )  ->  (
x ( ball `  C
) s )  =  ( x ( ball `  D ) s ) )
2 simplll 757 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X ) )  /\  x  e.  X )  /\  ( ( r  e.  RR+  /\  s  e.  RR+ )  /\  ( s  <_ 
r  /\  ( x
( ball `  C )
s )  =  ( x ( ball `  D
) s ) ) ) )  ->  C  e.  ( *Met `  X ) )
3 simplr 754 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X ) )  /\  x  e.  X )  /\  ( ( r  e.  RR+  /\  s  e.  RR+ )  /\  ( s  <_ 
r  /\  ( x
( ball `  C )
s )  =  ( x ( ball `  D
) s ) ) ) )  ->  x  e.  X )
4 simprlr 762 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X ) )  /\  x  e.  X )  /\  ( ( r  e.  RR+  /\  s  e.  RR+ )  /\  ( s  <_ 
r  /\  ( x
( ball `  C )
s )  =  ( x ( ball `  D
) s ) ) ) )  ->  s  e.  RR+ )
54rpxrd 11020 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X ) )  /\  x  e.  X )  /\  ( ( r  e.  RR+  /\  s  e.  RR+ )  /\  ( s  <_ 
r  /\  ( x
( ball `  C )
s )  =  ( x ( ball `  D
) s ) ) ) )  ->  s  e.  RR* )
6 simprll 761 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X ) )  /\  x  e.  X )  /\  ( ( r  e.  RR+  /\  s  e.  RR+ )  /\  ( s  <_ 
r  /\  ( x
( ball `  C )
s )  =  ( x ( ball `  D
) s ) ) ) )  ->  r  e.  RR+ )
76rpxrd 11020 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X ) )  /\  x  e.  X )  /\  ( ( r  e.  RR+  /\  s  e.  RR+ )  /\  ( s  <_ 
r  /\  ( x
( ball `  C )
s )  =  ( x ( ball `  D
) s ) ) ) )  ->  r  e.  RR* )
8 simprrl 763 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X ) )  /\  x  e.  X )  /\  ( ( r  e.  RR+  /\  s  e.  RR+ )  /\  ( s  <_ 
r  /\  ( x
( ball `  C )
s )  =  ( x ( ball `  D
) s ) ) ) )  ->  s  <_  r )
9 ssbl 19978 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( C  e.  ( *Met `  X
)  /\  x  e.  X )  /\  (
s  e.  RR*  /\  r  e.  RR* )  /\  s  <_  r )  ->  (
x ( ball `  C
) s )  C_  ( x ( ball `  C ) r ) )
102, 3, 5, 7, 8, 9syl221anc 1229 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X ) )  /\  x  e.  X )  /\  ( ( r  e.  RR+  /\  s  e.  RR+ )  /\  ( s  <_ 
r  /\  ( x
( ball `  C )
s )  =  ( x ( ball `  D
) s ) ) ) )  ->  (
x ( ball `  C
) s )  C_  ( x ( ball `  C ) r ) )
111, 10eqsstr3d 3386 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X ) )  /\  x  e.  X )  /\  ( ( r  e.  RR+  /\  s  e.  RR+ )  /\  ( s  <_ 
r  /\  ( x
( ball `  C )
s )  =  ( x ( ball `  D
) s ) ) ) )  ->  (
x ( ball `  D
) s )  C_  ( x ( ball `  C ) r ) )
12 simpllr 758 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X ) )  /\  x  e.  X )  /\  ( ( r  e.  RR+  /\  s  e.  RR+ )  /\  ( s  <_ 
r  /\  ( x
( ball `  C )
s )  =  ( x ( ball `  D
) s ) ) ) )  ->  D  e.  ( *Met `  X ) )
13 ssbl 19978 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( D  e.  ( *Met `  X
)  /\  x  e.  X )  /\  (
s  e.  RR*  /\  r  e.  RR* )  /\  s  <_  r )  ->  (
x ( ball `  D
) s )  C_  ( x ( ball `  D ) r ) )
1412, 3, 5, 7, 8, 13syl221anc 1229 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X ) )  /\  x  e.  X )  /\  ( ( r  e.  RR+  /\  s  e.  RR+ )  /\  ( s  <_ 
r  /\  ( x
( ball `  C )
s )  =  ( x ( ball `  D
) s ) ) ) )  ->  (
x ( ball `  D
) s )  C_  ( x ( ball `  D ) r ) )
151, 14eqsstrd 3385 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X ) )  /\  x  e.  X )  /\  ( ( r  e.  RR+  /\  s  e.  RR+ )  /\  ( s  <_ 
r  /\  ( x
( ball `  C )
s )  =  ( x ( ball `  D
) s ) ) ) )  ->  (
x ( ball `  C
) s )  C_  ( x ( ball `  D ) r ) )
1611, 15jca 532 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X ) )  /\  x  e.  X )  /\  ( ( r  e.  RR+  /\  s  e.  RR+ )  /\  ( s  <_ 
r  /\  ( x
( ball `  C )
s )  =  ( x ( ball `  D
) s ) ) ) )  ->  (
( x ( ball `  D ) s ) 
C_  ( x (
ball `  C )
r )  /\  (
x ( ball `  C
) s )  C_  ( x ( ball `  D ) r ) ) )
1716expr 615 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X ) )  /\  x  e.  X )  /\  ( r  e.  RR+  /\  s  e.  RR+ )
)  ->  ( (
s  <_  r  /\  ( x ( ball `  C ) s )  =  ( x (
ball `  D )
s ) )  -> 
( ( x (
ball `  D )
s )  C_  (
x ( ball `  C
) r )  /\  ( x ( ball `  C ) s ) 
C_  ( x (
ball `  D )
r ) ) ) )
1817anassrs 648 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X ) )  /\  x  e.  X )  /\  r  e.  RR+ )  /\  s  e.  RR+ )  ->  ( ( s  <_ 
r  /\  ( x
( ball `  C )
s )  =  ( x ( ball `  D
) s ) )  ->  ( ( x ( ball `  D
) s )  C_  ( x ( ball `  C ) r )  /\  ( x (
ball `  C )
s )  C_  (
x ( ball `  D
) r ) ) ) )
1918reximdva 2823 . . . . . 6  |-  ( ( ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X ) )  /\  x  e.  X )  /\  r  e.  RR+ )  ->  ( E. s  e.  RR+  ( s  <_  r  /\  ( x ( ball `  C ) s )  =  ( x (
ball `  D )
s ) )  ->  E. s  e.  RR+  (
( x ( ball `  D ) s ) 
C_  ( x (
ball `  C )
r )  /\  (
x ( ball `  C
) s )  C_  ( x ( ball `  D ) r ) ) ) )
20 r19.40 2866 . . . . . 6  |-  ( E. s  e.  RR+  (
( x ( ball `  D ) s ) 
C_  ( x (
ball `  C )
r )  /\  (
x ( ball `  C
) s )  C_  ( x ( ball `  D ) r ) )  ->  ( E. s  e.  RR+  ( x ( ball `  D
) s )  C_  ( x ( ball `  C ) r )  /\  E. s  e.  RR+  ( x ( ball `  C ) s ) 
C_  ( x (
ball `  D )
r ) ) )
2119, 20syl6 33 . . . . 5  |-  ( ( ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X ) )  /\  x  e.  X )  /\  r  e.  RR+ )  ->  ( E. s  e.  RR+  ( s  <_  r  /\  ( x ( ball `  C ) s )  =  ( x (
ball `  D )
s ) )  -> 
( E. s  e.  RR+  ( x ( ball `  D ) s ) 
C_  ( x (
ball `  C )
r )  /\  E. s  e.  RR+  ( x ( ball `  C
) s )  C_  ( x ( ball `  D ) r ) ) ) )
2221ralimdva 2789 . . . 4  |-  ( ( ( C  e.  ( *Met `  X
)  /\  D  e.  ( *Met `  X
) )  /\  x  e.  X )  ->  ( A. r  e.  RR+  E. s  e.  RR+  ( s  <_ 
r  /\  ( x
( ball `  C )
s )  =  ( x ( ball `  D
) s ) )  ->  A. r  e.  RR+  ( E. s  e.  RR+  ( x ( ball `  D ) s ) 
C_  ( x (
ball `  C )
r )  /\  E. s  e.  RR+  ( x ( ball `  C
) s )  C_  ( x ( ball `  D ) r ) ) ) )
23 r19.26 2844 . . . 4  |-  ( A. r  e.  RR+  ( E. s  e.  RR+  (
x ( ball `  D
) s )  C_  ( x ( ball `  C ) r )  /\  E. s  e.  RR+  ( x ( ball `  C ) s ) 
C_  ( x (
ball `  D )
r ) )  <->  ( A. r  e.  RR+  E. s  e.  RR+  ( x (
ball `  D )
s )  C_  (
x ( ball `  C
) r )  /\  A. r  e.  RR+  E. s  e.  RR+  ( x (
ball `  C )
s )  C_  (
x ( ball `  D
) r ) ) )
2422, 23syl6ib 226 . . 3  |-  ( ( ( C  e.  ( *Met `  X
)  /\  D  e.  ( *Met `  X
) )  /\  x  e.  X )  ->  ( A. r  e.  RR+  E. s  e.  RR+  ( s  <_ 
r  /\  ( x
( ball `  C )
s )  =  ( x ( ball `  D
) s ) )  ->  ( A. r  e.  RR+  E. s  e.  RR+  ( x ( ball `  D ) s ) 
C_  ( x (
ball `  C )
r )  /\  A. r  e.  RR+  E. s  e.  RR+  ( x (
ball `  C )
s )  C_  (
x ( ball `  D
) r ) ) ) )
2524ralimdva 2789 . 2  |-  ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X
) )  ->  ( A. x  e.  X  A. r  e.  RR+  E. s  e.  RR+  ( s  <_ 
r  /\  ( x
( ball `  C )
s )  =  ( x ( ball `  D
) s ) )  ->  A. x  e.  X  ( A. r  e.  RR+  E. s  e.  RR+  (
x ( ball `  D
) s )  C_  ( x ( ball `  C ) r )  /\  A. r  e.  RR+  E. s  e.  RR+  ( x ( ball `  C ) s ) 
C_  ( x (
ball `  D )
r ) ) ) )
26 metequiv.3 . . 3  |-  J  =  ( MetOpen `  C )
27 metequiv.4 . . 3  |-  K  =  ( MetOpen `  D )
2826, 27metequiv 20064 . 2  |-  ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X
) )  ->  ( J  =  K  <->  A. x  e.  X  ( A. r  e.  RR+  E. s  e.  RR+  ( x (
ball `  D )
s )  C_  (
x ( ball `  C
) r )  /\  A. r  e.  RR+  E. s  e.  RR+  ( x (
ball `  C )
s )  C_  (
x ( ball `  D
) r ) ) ) )
2925, 28sylibrd 234 1  |-  ( ( C  e.  ( *Met `  X )  /\  D  e.  ( *Met `  X
) )  ->  ( A. x  e.  X  A. r  e.  RR+  E. s  e.  RR+  ( s  <_ 
r  /\  ( x
( ball `  C )
s )  =  ( x ( ball `  D
) s ) )  ->  J  =  K ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 369    = wceq 1369    e. wcel 1756   A.wral 2710   E.wrex 2711    C_ wss 3323   class class class wbr 4287   ` cfv 5413  (class class class)co 6086   RR*cxr 9409    <_ cle 9411   RR+crp 10983   *Metcxmt 17781   ballcbl 17783   MetOpencmopn 17786
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 2419  ax-sep 4408  ax-nul 4416  ax-pow 4465  ax-pr 4526  ax-un 6367  ax-cnex 9330  ax-resscn 9331  ax-1cn 9332  ax-icn 9333  ax-addcl 9334  ax-addrcl 9335  ax-mulcl 9336  ax-mulrcl 9337  ax-mulcom 9338  ax-addass 9339  ax-mulass 9340  ax-distr 9341  ax-i2m1 9342  ax-1ne0 9343  ax-1rid 9344  ax-rnegex 9345  ax-rrecex 9346  ax-cnre 9347  ax-pre-lttri 9348  ax-pre-lttrn 9349  ax-pre-ltadd 9350  ax-pre-mulgt0 9351  ax-pre-sup 9352
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 2256  df-mo 2257  df-clab 2425  df-cleq 2431  df-clel 2434  df-nfc 2563  df-ne 2603  df-nel 2604  df-ral 2715  df-rex 2716  df-reu 2717  df-rmo 2718  df-rab 2719  df-v 2969  df-sbc 3182  df-csb 3284  df-dif 3326  df-un 3328  df-in 3330  df-ss 3337  df-pss 3339  df-nul 3633  df-if 3787  df-pw 3857  df-sn 3873  df-pr 3875  df-tp 3877  df-op 3879  df-uni 4087  df-iun 4168  df-br 4288  df-opab 4346  df-mpt 4347  df-tr 4381  df-eprel 4627  df-id 4631  df-po 4636  df-so 4637  df-fr 4674  df-we 4676  df-ord 4717  df-on 4718  df-lim 4719  df-suc 4720  df-xp 4841  df-rel 4842  df-cnv 4843  df-co 4844  df-dm 4845  df-rn 4846  df-res 4847  df-ima 4848  df-iota 5376  df-fun 5415  df-fn 5416  df-f 5417  df-f1 5418  df-fo 5419  df-f1o 5420  df-fv 5421  df-riota 6047  df-ov 6089  df-oprab 6090  df-mpt2 6091  df-om 6472  df-1st 6572  df-2nd 6573  df-recs 6824  df-rdg 6858  df-er 7093  df-map 7208  df-en 7303  df-dom 7304  df-sdom 7305  df-sup 7683  df-pnf 9412  df-mnf 9413  df-xr 9414  df-ltxr 9415  df-le 9416  df-sub 9589  df-neg 9590  df-div 9986  df-nn 10315  df-2 10372  df-n0 10572  df-z 10639  df-uz 10854  df-q 10946  df-rp 10984  df-xneg 11081  df-xadd 11082  df-xmul 11083  df-topgen 14374  df-psmet 17789  df-xmet 17790  df-bl 17792  df-mopn 17793  df-bases 18485
This theorem is referenced by:  stdbdmopn  20073
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