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

Theorem lmflf 21619
Description: The topological limit relation on functions can be written in terms of the filter limit along the filter generated by the upper integer sets. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Oct-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
lmflf.1 𝑍 = (ℤ𝑀)
lmflf.2 𝐿 = (𝑍filGen(ℤ𝑍))
Assertion
Ref Expression
lmflf ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → (𝐹(⇝𝑡𝐽)𝑃𝑃 ∈ ((𝐽 fLimf 𝐿)‘𝐹)))

Proof of Theorem lmflf
Dummy variables 𝑗 𝑘 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 uzf 11566 . . . . . . . 8 :ℤ⟶𝒫 ℤ
2 ffn 5958 . . . . . . . 8 (ℤ:ℤ⟶𝒫 ℤ → ℤ Fn ℤ)
31, 2ax-mp 5 . . . . . . 7 Fn ℤ
4 lmflf.1 . . . . . . . 8 𝑍 = (ℤ𝑀)
5 uzssz 11583 . . . . . . . 8 (ℤ𝑀) ⊆ ℤ
64, 5eqsstri 3598 . . . . . . 7 𝑍 ⊆ ℤ
7 imaeq2 5381 . . . . . . . . 9 (𝑦 = (ℤ𝑗) → (𝐹𝑦) = (𝐹 “ (ℤ𝑗)))
87sseq1d 3595 . . . . . . . 8 (𝑦 = (ℤ𝑗) → ((𝐹𝑦) ⊆ 𝑥 ↔ (𝐹 “ (ℤ𝑗)) ⊆ 𝑥))
98rexima 6401 . . . . . . 7 ((ℤ Fn ℤ ∧ 𝑍 ⊆ ℤ) → (∃𝑦 ∈ (ℤ𝑍)(𝐹𝑦) ⊆ 𝑥 ↔ ∃𝑗𝑍 (𝐹 “ (ℤ𝑗)) ⊆ 𝑥))
103, 6, 9mp2an 704 . . . . . 6 (∃𝑦 ∈ (ℤ𝑍)(𝐹𝑦) ⊆ 𝑥 ↔ ∃𝑗𝑍 (𝐹 “ (ℤ𝑗)) ⊆ 𝑥)
11 simpl3 1059 . . . . . . . . 9 (((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) ∧ 𝑗𝑍) → 𝐹:𝑍𝑋)
12 ffun 5961 . . . . . . . . 9 (𝐹:𝑍𝑋 → Fun 𝐹)
1311, 12syl 17 . . . . . . . 8 (((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) ∧ 𝑗𝑍) → Fun 𝐹)
14 uzss 11584 . . . . . . . . . . 11 (𝑗 ∈ (ℤ𝑀) → (ℤ𝑗) ⊆ (ℤ𝑀))
1514, 4eleq2s 2706 . . . . . . . . . 10 (𝑗𝑍 → (ℤ𝑗) ⊆ (ℤ𝑀))
1615adantl 481 . . . . . . . . 9 (((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) ∧ 𝑗𝑍) → (ℤ𝑗) ⊆ (ℤ𝑀))
17 fdm 5964 . . . . . . . . . . 11 (𝐹:𝑍𝑋 → dom 𝐹 = 𝑍)
1811, 17syl 17 . . . . . . . . . 10 (((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) ∧ 𝑗𝑍) → dom 𝐹 = 𝑍)
1918, 4syl6eq 2660 . . . . . . . . 9 (((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) ∧ 𝑗𝑍) → dom 𝐹 = (ℤ𝑀))
2016, 19sseqtr4d 3605 . . . . . . . 8 (((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) ∧ 𝑗𝑍) → (ℤ𝑗) ⊆ dom 𝐹)
21 funimass4 6157 . . . . . . . 8 ((Fun 𝐹 ∧ (ℤ𝑗) ⊆ dom 𝐹) → ((𝐹 “ (ℤ𝑗)) ⊆ 𝑥 ↔ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥))
2213, 20, 21syl2anc 691 . . . . . . 7 (((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) ∧ 𝑗𝑍) → ((𝐹 “ (ℤ𝑗)) ⊆ 𝑥 ↔ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥))
2322rexbidva 3031 . . . . . 6 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → (∃𝑗𝑍 (𝐹 “ (ℤ𝑗)) ⊆ 𝑥 ↔ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥))
2410, 23syl5rbb 272 . . . . 5 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → (∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥 ↔ ∃𝑦 ∈ (ℤ𝑍)(𝐹𝑦) ⊆ 𝑥))
2524imbi2d 329 . . . 4 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → ((𝑃𝑥 → ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥) ↔ (𝑃𝑥 → ∃𝑦 ∈ (ℤ𝑍)(𝐹𝑦) ⊆ 𝑥)))
2625ralbidv 2969 . . 3 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → (∀𝑥𝐽 (𝑃𝑥 → ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥) ↔ ∀𝑥𝐽 (𝑃𝑥 → ∃𝑦 ∈ (ℤ𝑍)(𝐹𝑦) ⊆ 𝑥)))
2726anbi2d 736 . 2 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → ((𝑃𝑋 ∧ ∀𝑥𝐽 (𝑃𝑥 → ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥)) ↔ (𝑃𝑋 ∧ ∀𝑥𝐽 (𝑃𝑥 → ∃𝑦 ∈ (ℤ𝑍)(𝐹𝑦) ⊆ 𝑥))))
28 simp1 1054 . . 3 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → 𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋))
29 simp2 1055 . . 3 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → 𝑀 ∈ ℤ)
30 simp3 1056 . . 3 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → 𝐹:𝑍𝑋)
31 eqidd 2611 . . 3 (((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) ∧ 𝑘𝑍) → (𝐹𝑘) = (𝐹𝑘))
3228, 4, 29, 30, 31lmbrf 20874 . 2 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → (𝐹(⇝𝑡𝐽)𝑃 ↔ (𝑃𝑋 ∧ ∀𝑥𝐽 (𝑃𝑥 → ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)(𝐹𝑘) ∈ 𝑥))))
334uzfbas 21512 . . 3 (𝑀 ∈ ℤ → (ℤ𝑍) ∈ (fBas‘𝑍))
34 lmflf.2 . . . 4 𝐿 = (𝑍filGen(ℤ𝑍))
3534flffbas 21609 . . 3 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ (ℤ𝑍) ∈ (fBas‘𝑍) ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → (𝑃 ∈ ((𝐽 fLimf 𝐿)‘𝐹) ↔ (𝑃𝑋 ∧ ∀𝑥𝐽 (𝑃𝑥 → ∃𝑦 ∈ (ℤ𝑍)(𝐹𝑦) ⊆ 𝑥))))
3633, 35syl3an2 1352 . 2 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → (𝑃 ∈ ((𝐽 fLimf 𝐿)‘𝐹) ↔ (𝑃𝑋 ∧ ∀𝑥𝐽 (𝑃𝑥 → ∃𝑦 ∈ (ℤ𝑍)(𝐹𝑦) ⊆ 𝑥))))
3727, 32, 363bitr4d 299 1 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹:𝑍𝑋) → (𝐹(⇝𝑡𝐽)𝑃𝑃 ∈ ((𝐽 fLimf 𝐿)‘𝐹)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 195  wa 383  w3a 1031   = wceq 1475  wcel 1977  wral 2896  wrex 2897  wss 3540  𝒫 cpw 4108   class class class wbr 4583  dom cdm 5038  cima 5041  Fun wfun 5798   Fn wfn 5799  wf 5800  cfv 5804  (class class class)co 6549  cz 11254  cuz 11563  fBascfbas 19555  filGencfg 19556  TopOnctopon 20518  𝑡clm 20840   fLimf cflf 21549
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-rep 4699  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-mulcom 9879  ax-addass 9880  ax-mulass 9881  ax-distr 9882  ax-i2m1 9883  ax-1ne0 9884  ax-1rid 9885  ax-rnegex 9886  ax-rrecex 9887  ax-cnre 9888  ax-pre-lttri 9889  ax-pre-lttrn 9890  ax-pre-ltadd 9891  ax-pre-mulgt0 9892
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-reu 2903  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-pss 3556  df-nul 3875  df-if 4037  df-pw 4110  df-sn 4126  df-pr 4128  df-tp 4130  df-op 4132  df-uni 4373  df-iun 4457  df-br 4584  df-opab 4644  df-mpt 4645  df-tr 4681  df-eprel 4949  df-id 4953  df-po 4959  df-so 4960  df-fr 4997  df-we 4999  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-pred 5597  df-ord 5643  df-on 5644  df-lim 5645  df-suc 5646  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-riota 6511  df-ov 6552  df-oprab 6553  df-mpt2 6554  df-om 6958  df-1st 7059  df-2nd 7060  df-wrecs 7294  df-recs 7355  df-rdg 7393  df-er 7629  df-map 7746  df-pm 7747  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-sub 10147  df-neg 10148  df-nn 10898  df-z 11255  df-uz 11564  df-rest 15906  df-fbas 19564  df-fg 19565  df-top 20521  df-topon 20523  df-ntr 20634  df-nei 20712  df-lm 20843  df-fil 21460  df-fm 21552  df-flim 21553  df-flf 21554
This theorem is referenced by:  cmetcaulem  22894
  Copyright terms: Public domain W3C validator