Metamath Proof Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  isxmet2d Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem isxmet2d 21942
 Description: It is safe to only require the triangle inequality when the values are real (so that we can use the standard addition over the reals), but in this case the nonnegativity constraint cannot be deduced and must be provided separately. (Counterexample: 𝐷(𝑥, 𝑦) = if(𝑥 = 𝑦, 0, -∞) satisfies all hypotheses except nonnegativity.) (Contributed by Mario Carneiro, 20-Aug-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
isxmetd.0 (𝜑𝑋 ∈ V)
isxmetd.1 (𝜑𝐷:(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ*)
isxmet2d.2 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) → 0 ≤ (𝑥𝐷𝑦))
isxmet2d.3 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) → ((𝑥𝐷𝑦) ≤ 0 ↔ 𝑥 = 𝑦))
isxmet2d.4 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋) ∧ ((𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ ∧ (𝑧𝐷𝑦) ∈ ℝ)) → (𝑥𝐷𝑦) ≤ ((𝑧𝐷𝑥) + (𝑧𝐷𝑦)))
Assertion
Ref Expression
isxmet2d (𝜑𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋))
Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝑧,𝐷   𝜑,𝑥,𝑦,𝑧   𝑥,𝑋,𝑦,𝑧

Proof of Theorem isxmet2d
StepHypRef Expression
1 isxmetd.0 . 2 (𝜑𝑋 ∈ V)
2 isxmetd.1 . 2 (𝜑𝐷:(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ*)
32fovrnda 6703 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) → (𝑥𝐷𝑦) ∈ ℝ*)
4 0xr 9965 . . . 4 0 ∈ ℝ*
5 xrletri3 11861 . . . 4 (((𝑥𝐷𝑦) ∈ ℝ* ∧ 0 ∈ ℝ*) → ((𝑥𝐷𝑦) = 0 ↔ ((𝑥𝐷𝑦) ≤ 0 ∧ 0 ≤ (𝑥𝐷𝑦))))
63, 4, 5sylancl 693 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) → ((𝑥𝐷𝑦) = 0 ↔ ((𝑥𝐷𝑦) ≤ 0 ∧ 0 ≤ (𝑥𝐷𝑦))))
7 isxmet2d.2 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) → 0 ≤ (𝑥𝐷𝑦))
87biantrud 527 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) → ((𝑥𝐷𝑦) ≤ 0 ↔ ((𝑥𝐷𝑦) ≤ 0 ∧ 0 ≤ (𝑥𝐷𝑦))))
9 isxmet2d.3 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) → ((𝑥𝐷𝑦) ≤ 0 ↔ 𝑥 = 𝑦))
106, 8, 93bitr2d 295 . 2 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) → ((𝑥𝐷𝑦) = 0 ↔ 𝑥 = 𝑦))
11 isxmet2d.4 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋) ∧ ((𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ ∧ (𝑧𝐷𝑦) ∈ ℝ)) → (𝑥𝐷𝑦) ≤ ((𝑧𝐷𝑥) + (𝑧𝐷𝑦)))
12113expa 1257 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) ∧ ((𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ ∧ (𝑧𝐷𝑦) ∈ ℝ)) → (𝑥𝐷𝑦) ≤ ((𝑧𝐷𝑥) + (𝑧𝐷𝑦)))
13 rexadd 11937 . . . . . . 7 (((𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ ∧ (𝑧𝐷𝑦) ∈ ℝ) → ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 (𝑧𝐷𝑦)) = ((𝑧𝐷𝑥) + (𝑧𝐷𝑦)))
1413adantl 481 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) ∧ ((𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ ∧ (𝑧𝐷𝑦) ∈ ℝ)) → ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 (𝑧𝐷𝑦)) = ((𝑧𝐷𝑥) + (𝑧𝐷𝑦)))
1512, 14breqtrrd 4611 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) ∧ ((𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ ∧ (𝑧𝐷𝑦) ∈ ℝ)) → (𝑥𝐷𝑦) ≤ ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 (𝑧𝐷𝑦)))
1615anassrs 678 . . . 4 ((((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) ∧ (𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ) ∧ (𝑧𝐷𝑦) ∈ ℝ) → (𝑥𝐷𝑦) ≤ ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 (𝑧𝐷𝑦)))
1733adantr3 1215 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) → (𝑥𝐷𝑦) ∈ ℝ*)
18 pnfge 11840 . . . . . . 7 ((𝑥𝐷𝑦) ∈ ℝ* → (𝑥𝐷𝑦) ≤ +∞)
1917, 18syl 17 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) → (𝑥𝐷𝑦) ≤ +∞)
2019ad2antrr 758 . . . . 5 ((((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) ∧ (𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ) ∧ (𝑧𝐷𝑦) = +∞) → (𝑥𝐷𝑦) ≤ +∞)
21 oveq2 6557 . . . . . 6 ((𝑧𝐷𝑦) = +∞ → ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 (𝑧𝐷𝑦)) = ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 +∞))
22 ffn 5958 . . . . . . . . . . . 12 (𝐷:(𝑋 × 𝑋)⟶ℝ*𝐷 Fn (𝑋 × 𝑋))
232, 22syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐷 Fn (𝑋 × 𝑋))
24 elxrge0 12152 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥𝐷𝑦) ∈ (0[,]+∞) ↔ ((𝑥𝐷𝑦) ∈ ℝ* ∧ 0 ≤ (𝑥𝐷𝑦)))
253, 7, 24sylanbrc 695 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋)) → (𝑥𝐷𝑦) ∈ (0[,]+∞))
2625ralrimivva 2954 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → ∀𝑥𝑋𝑦𝑋 (𝑥𝐷𝑦) ∈ (0[,]+∞))
27 ffnov 6662 . . . . . . . . . . 11 (𝐷:(𝑋 × 𝑋)⟶(0[,]+∞) ↔ (𝐷 Fn (𝑋 × 𝑋) ∧ ∀𝑥𝑋𝑦𝑋 (𝑥𝐷𝑦) ∈ (0[,]+∞)))
2823, 26, 27sylanbrc 695 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐷:(𝑋 × 𝑋)⟶(0[,]+∞))
2928adantr 480 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) → 𝐷:(𝑋 × 𝑋)⟶(0[,]+∞))
30 simpr3 1062 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) → 𝑧𝑋)
31 simpr1 1060 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) → 𝑥𝑋)
3229, 30, 31fovrnd 6704 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) → (𝑧𝐷𝑥) ∈ (0[,]+∞))
33 elxrge0 12152 . . . . . . . . 9 ((𝑧𝐷𝑥) ∈ (0[,]+∞) ↔ ((𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ* ∧ 0 ≤ (𝑧𝐷𝑥)))
3433simplbi 475 . . . . . . . 8 ((𝑧𝐷𝑥) ∈ (0[,]+∞) → (𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ*)
3532, 34syl 17 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) → (𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ*)
36 renemnf 9967 . . . . . . 7 ((𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ → (𝑧𝐷𝑥) ≠ -∞)
37 xaddpnf1 11931 . . . . . . 7 (((𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ* ∧ (𝑧𝐷𝑥) ≠ -∞) → ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 +∞) = +∞)
3835, 36, 37syl2an 493 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) ∧ (𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ) → ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 +∞) = +∞)
3921, 38sylan9eqr 2666 . . . . 5 ((((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) ∧ (𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ) ∧ (𝑧𝐷𝑦) = +∞) → ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 (𝑧𝐷𝑦)) = +∞)
4020, 39breqtrrd 4611 . . . 4 ((((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) ∧ (𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ) ∧ (𝑧𝐷𝑦) = +∞) → (𝑥𝐷𝑦) ≤ ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 (𝑧𝐷𝑦)))
41 simpr2 1061 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) → 𝑦𝑋)
4229, 30, 41fovrnd 6704 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) → (𝑧𝐷𝑦) ∈ (0[,]+∞))
43 elxrge0 12152 . . . . . . . . . . 11 ((𝑧𝐷𝑦) ∈ (0[,]+∞) ↔ ((𝑧𝐷𝑦) ∈ ℝ* ∧ 0 ≤ (𝑧𝐷𝑦)))
4443simplbi 475 . . . . . . . . . 10 ((𝑧𝐷𝑦) ∈ (0[,]+∞) → (𝑧𝐷𝑦) ∈ ℝ*)
4542, 44syl 17 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) → (𝑧𝐷𝑦) ∈ ℝ*)
4643simprbi 479 . . . . . . . . . 10 ((𝑧𝐷𝑦) ∈ (0[,]+∞) → 0 ≤ (𝑧𝐷𝑦))
4742, 46syl 17 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) → 0 ≤ (𝑧𝐷𝑦))
48 ge0nemnf 11878 . . . . . . . . 9 (((𝑧𝐷𝑦) ∈ ℝ* ∧ 0 ≤ (𝑧𝐷𝑦)) → (𝑧𝐷𝑦) ≠ -∞)
4945, 47, 48syl2anc 691 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) → (𝑧𝐷𝑦) ≠ -∞)
5049a1d 25 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) → (¬ (𝑥𝐷𝑦) ≤ ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 (𝑧𝐷𝑦)) → (𝑧𝐷𝑦) ≠ -∞))
5150necon4bd 2802 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) → ((𝑧𝐷𝑦) = -∞ → (𝑥𝐷𝑦) ≤ ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 (𝑧𝐷𝑦))))
5251adantr 480 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) ∧ (𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ) → ((𝑧𝐷𝑦) = -∞ → (𝑥𝐷𝑦) ≤ ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 (𝑧𝐷𝑦))))
5352imp 444 . . . 4 ((((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) ∧ (𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ) ∧ (𝑧𝐷𝑦) = -∞) → (𝑥𝐷𝑦) ≤ ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 (𝑧𝐷𝑦)))
5445adantr 480 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) ∧ (𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ) → (𝑧𝐷𝑦) ∈ ℝ*)
55 elxr 11826 . . . . 5 ((𝑧𝐷𝑦) ∈ ℝ* ↔ ((𝑧𝐷𝑦) ∈ ℝ ∨ (𝑧𝐷𝑦) = +∞ ∨ (𝑧𝐷𝑦) = -∞))
5654, 55sylib 207 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) ∧ (𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ) → ((𝑧𝐷𝑦) ∈ ℝ ∨ (𝑧𝐷𝑦) = +∞ ∨ (𝑧𝐷𝑦) = -∞))
5716, 40, 53, 56mpjao3dan 1387 . . 3 (((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) ∧ (𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ) → (𝑥𝐷𝑦) ≤ ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 (𝑧𝐷𝑦)))
5819adantr 480 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) ∧ (𝑧𝐷𝑥) = +∞) → (𝑥𝐷𝑦) ≤ +∞)
59 oveq1 6556 . . . . 5 ((𝑧𝐷𝑥) = +∞ → ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 (𝑧𝐷𝑦)) = (+∞ +𝑒 (𝑧𝐷𝑦)))
60 xaddpnf2 11932 . . . . . 6 (((𝑧𝐷𝑦) ∈ ℝ* ∧ (𝑧𝐷𝑦) ≠ -∞) → (+∞ +𝑒 (𝑧𝐷𝑦)) = +∞)
6145, 49, 60syl2anc 691 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) → (+∞ +𝑒 (𝑧𝐷𝑦)) = +∞)
6259, 61sylan9eqr 2666 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) ∧ (𝑧𝐷𝑥) = +∞) → ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 (𝑧𝐷𝑦)) = +∞)
6358, 62breqtrrd 4611 . . 3 (((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) ∧ (𝑧𝐷𝑥) = +∞) → (𝑥𝐷𝑦) ≤ ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 (𝑧𝐷𝑦)))
6433simprbi 479 . . . . . . . 8 ((𝑧𝐷𝑥) ∈ (0[,]+∞) → 0 ≤ (𝑧𝐷𝑥))
6532, 64syl 17 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) → 0 ≤ (𝑧𝐷𝑥))
66 ge0nemnf 11878 . . . . . . 7 (((𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ* ∧ 0 ≤ (𝑧𝐷𝑥)) → (𝑧𝐷𝑥) ≠ -∞)
6735, 65, 66syl2anc 691 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) → (𝑧𝐷𝑥) ≠ -∞)
6867a1d 25 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) → (¬ (𝑥𝐷𝑦) ≤ ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 (𝑧𝐷𝑦)) → (𝑧𝐷𝑥) ≠ -∞))
6968necon4bd 2802 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) → ((𝑧𝐷𝑥) = -∞ → (𝑥𝐷𝑦) ≤ ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 (𝑧𝐷𝑦))))
7069imp 444 . . 3 (((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) ∧ (𝑧𝐷𝑥) = -∞) → (𝑥𝐷𝑦) ≤ ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 (𝑧𝐷𝑦)))
71 elxr 11826 . . . 4 ((𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ* ↔ ((𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ ∨ (𝑧𝐷𝑥) = +∞ ∨ (𝑧𝐷𝑥) = -∞))
7235, 71sylib 207 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) → ((𝑧𝐷𝑥) ∈ ℝ ∨ (𝑧𝐷𝑥) = +∞ ∨ (𝑧𝐷𝑥) = -∞))
7357, 63, 70, 72mpjao3dan 1387 . 2 ((𝜑 ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋𝑧𝑋)) → (𝑥𝐷𝑦) ≤ ((𝑧𝐷𝑥) +𝑒 (𝑧𝐷𝑦)))
741, 2, 10, 73isxmetd 21941 1 (𝜑𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 195   ∧ wa 383   ∨ w3o 1030   ∧ w3a 1031   = wceq 1475   ∈ wcel 1977   ≠ wne 2780  ∀wral 2896  Vcvv 3173   class class class wbr 4583   × cxp 5036   Fn wfn 5799  ⟶wf 5800  ‘cfv 5804  (class class class)co 6549  ℝcr 9814  0cc0 9815   + caddc 9818  +∞cpnf 9950  -∞cmnf 9951  ℝ*cxr 9952   ≤ cle 9954   +𝑒 cxad 11820  [,]cicc 12049  ∞Metcxmt 19552 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1713  ax-4 1728  ax-5 1827  ax-6 1875  ax-7 1922  ax-8 1979  ax-9 1986  ax-10 2006  ax-11 2021  ax-12 2034  ax-13 2234  ax-ext 2590  ax-sep 4709  ax-nul 4717  ax-pow 4769  ax-pr 4833  ax-un 6847  ax-cnex 9871  ax-resscn 9872  ax-1cn 9873  ax-icn 9874  ax-addcl 9875  ax-addrcl 9876  ax-mulcl 9877  ax-mulrcl 9878  ax-i2m1 9883  ax-1ne0 9884  ax-rnegex 9886  ax-rrecex 9887  ax-cnre 9888  ax-pre-lttri 9889  ax-pre-lttrn 9890 This theorem depends on definitions:  df-bi 196  df-or 384  df-an 385  df-3or 1032  df-3an 1033  df-tru 1478  df-ex 1696  df-nf 1701  df-sb 1868  df-eu 2462  df-mo 2463  df-clab 2597  df-cleq 2603  df-clel 2606  df-nfc 2740  df-ne 2782  df-nel 2783  df-ral 2901  df-rex 2902  df-rab 2905  df-v 3175  df-sbc 3403  df-csb 3500  df-dif 3543  df-un 3545  df-in 3547  df-ss 3554  df-nul 3875  df-if 4037  df-pw 4110  df-sn 4126  df-pr 4128  df-op 4132  df-uni 4373  df-iun 4457  df-br 4584  df-opab 4644  df-mpt 4645  df-id 4953  df-po 4959  df-so 4960  df-xp 5044  df-rel 5045  df-cnv 5046  df-co 5047  df-dm 5048  df-rn 5049  df-res 5050  df-ima 5051  df-iota 5768  df-fun 5806  df-fn 5807  df-f 5808  df-f1 5809  df-fo 5810  df-f1o 5811  df-fv 5812  df-ov 6552  df-oprab 6553  df-mpt2 6554  df-er 7629  df-map 7746  df-en 7842  df-dom 7843  df-sdom 7844  df-pnf 9955  df-mnf 9956  df-xr 9957  df-ltxr 9958  df-le 9959  df-xadd 11823  df-icc 12053  df-xmet 19560 This theorem is referenced by:  prdsxmetlem  21983  xrsxmet  22420
 Copyright terms: Public domain W3C validator