Theorem lpbl 22308

Description: Every ball around a limit point 𝑃 of a subset 𝑆 includes a member of 𝑆 (even if 𝑃 ∉ 𝑆). (Contributed by NM, 9-Nov-2007.) (Revised by Mario Carneiro, 23-Dec-2013.)

Hypothesis

Ref	Expression
mopni.1	⊢ 𝐽 = (MetOpen‘𝐷)

Assertion

Ref	Expression
lpbl	⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋 ∧ 𝑃 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)) ∧ 𝑅 ∈ ℝ+) → ∃𝑥 ∈ 𝑆 𝑥 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑅))

Distinct variable groups:   𝑥,𝐷   𝑥,𝐽   𝑥,𝑅   𝑥,𝑆   𝑥,𝑃   𝑥,𝑋

Proof of Theorem lpbl

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simpl1 1064	. . . 4 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋 ∧ 𝑃 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)) ∧ 𝑅 ∈ ℝ+) → 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋))
2		mopni.1	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝐽 = (MetOpen‘𝐷)
3	2	mopntop 22245	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝐽 ∈ Top)
4	1, 3	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋 ∧ 𝑃 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)) ∧ 𝑅 ∈ ℝ+) → 𝐽 ∈ Top)
5		simpl2 1065	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋 ∧ 𝑃 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)) ∧ 𝑅 ∈ ℝ+) → 𝑆 ⊆ 𝑋)
6	2	mopnuni 22246	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝑋 = ∪ 𝐽)
7	1, 6	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋 ∧ 𝑃 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)) ∧ 𝑅 ∈ ℝ+) → 𝑋 = ∪ 𝐽)
8	5, 7	sseqtrd 3641	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋 ∧ 𝑃 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)) ∧ 𝑅 ∈ ℝ+) → 𝑆 ⊆ ∪ 𝐽)
9		eqid 2622	. . . . . . . 8 ⊢ ∪ 𝐽 = ∪ 𝐽
10	9	lpss 20946	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐽 ∈ Top ∧ 𝑆 ⊆ ∪ 𝐽) → ((limPt‘𝐽)‘𝑆) ⊆ ∪ 𝐽)
11	4, 8, 10	syl2anc 693	. . . . . 6 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋 ∧ 𝑃 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)) ∧ 𝑅 ∈ ℝ+) → ((limPt‘𝐽)‘𝑆) ⊆ ∪ 𝐽)
12		simpl3 1066	. . . . . 6 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋 ∧ 𝑃 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)) ∧ 𝑅 ∈ ℝ+) → 𝑃 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆))
13	11, 12	sseldd 3604	. . . . 5 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋 ∧ 𝑃 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)) ∧ 𝑅 ∈ ℝ+) → 𝑃 ∈ ∪ 𝐽)
14	13, 7	eleqtrrd 2704	. . . 4 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋 ∧ 𝑃 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)) ∧ 𝑅 ∈ ℝ+) → 𝑃 ∈ 𝑋)
15		simpr 477	. . . 4 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋 ∧ 𝑃 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)) ∧ 𝑅 ∈ ℝ+) → 𝑅 ∈ ℝ+)
16	2	blnei 22307	. . . 4 ⊢ ((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑃 ∈ 𝑋 ∧ 𝑅 ∈ ℝ+) → (𝑃(ball‘𝐷)𝑅) ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑃}))
17	1, 14, 15, 16	syl3anc 1326	. . 3 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋 ∧ 𝑃 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)) ∧ 𝑅 ∈ ℝ+) → (𝑃(ball‘𝐷)𝑅) ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑃}))
18	9	islp2 20949	. . . . 5 ⊢ ((𝐽 ∈ Top ∧ 𝑆 ⊆ ∪ 𝐽 ∧ 𝑃 ∈ ∪ 𝐽) → (𝑃 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆) ↔ ∀𝑥 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑃})(𝑥 ∩ (𝑆 ∖ {𝑃})) ≠ ∅))
19	4, 8, 13, 18	syl3anc 1326	. . . 4 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋 ∧ 𝑃 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)) ∧ 𝑅 ∈ ℝ+) → (𝑃 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆) ↔ ∀𝑥 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑃})(𝑥 ∩ (𝑆 ∖ {𝑃})) ≠ ∅))
20	12, 19	mpbid 222	. . 3 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋 ∧ 𝑃 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)) ∧ 𝑅 ∈ ℝ+) → ∀𝑥 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑃})(𝑥 ∩ (𝑆 ∖ {𝑃})) ≠ ∅)
21		ineq1 3807	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = (𝑃(ball‘𝐷)𝑅) → (𝑥 ∩ (𝑆 ∖ {𝑃})) = ((𝑃(ball‘𝐷)𝑅) ∩ (𝑆 ∖ {𝑃})))
22	21	neeq1d 2853	. . . 4 ⊢ (𝑥 = (𝑃(ball‘𝐷)𝑅) → ((𝑥 ∩ (𝑆 ∖ {𝑃})) ≠ ∅ ↔ ((𝑃(ball‘𝐷)𝑅) ∩ (𝑆 ∖ {𝑃})) ≠ ∅))
23	22	rspcva 3307	. . 3 ⊢ (((𝑃(ball‘𝐷)𝑅) ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑃}) ∧ ∀𝑥 ∈ ((nei‘𝐽)‘{𝑃})(𝑥 ∩ (𝑆 ∖ {𝑃})) ≠ ∅) → ((𝑃(ball‘𝐷)𝑅) ∩ (𝑆 ∖ {𝑃})) ≠ ∅)
24	17, 20, 23	syl2anc 693	. 2 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋 ∧ 𝑃 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)) ∧ 𝑅 ∈ ℝ+) → ((𝑃(ball‘𝐷)𝑅) ∩ (𝑆 ∖ {𝑃})) ≠ ∅)
25		elin 3796	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ ((𝑃(ball‘𝐷)𝑅) ∩ (𝑆 ∖ {𝑃})) ↔ (𝑥 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑅) ∧ 𝑥 ∈ (𝑆 ∖ {𝑃})))
26		eldifi 3732	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ (𝑆 ∖ {𝑃}) → 𝑥 ∈ 𝑆)
27	26	anim2i 593	. . . . . 6 ⊢ ((𝑥 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑅) ∧ 𝑥 ∈ (𝑆 ∖ {𝑃})) → (𝑥 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑅) ∧ 𝑥 ∈ 𝑆))
28	27	ancomd 467	. . . . 5 ⊢ ((𝑥 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑅) ∧ 𝑥 ∈ (𝑆 ∖ {𝑃})) → (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑥 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑅)))
29	25, 28	sylbi 207	. . . 4 ⊢ (𝑥 ∈ ((𝑃(ball‘𝐷)𝑅) ∩ (𝑆 ∖ {𝑃})) → (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑥 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑅)))
30	29	eximi 1762	. . 3 ⊢ (∃𝑥 𝑥 ∈ ((𝑃(ball‘𝐷)𝑅) ∩ (𝑆 ∖ {𝑃})) → ∃𝑥(𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑥 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑅)))
31		n0 3931	. . 3 ⊢ (((𝑃(ball‘𝐷)𝑅) ∩ (𝑆 ∖ {𝑃})) ≠ ∅ ↔ ∃𝑥 𝑥 ∈ ((𝑃(ball‘𝐷)𝑅) ∩ (𝑆 ∖ {𝑃})))
32		df-rex 2918	. . 3 ⊢ (∃𝑥 ∈ 𝑆 𝑥 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑅) ↔ ∃𝑥(𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑥 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑅)))
33	30, 31, 32	3imtr4i 281	. 2 ⊢ (((𝑃(ball‘𝐷)𝑅) ∩ (𝑆 ∖ {𝑃})) ≠ ∅ → ∃𝑥 ∈ 𝑆 𝑥 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑅))
34	24, 33	syl 17	1 ⊢ (((𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) ∧ 𝑆 ⊆ 𝑋 ∧ 𝑃 ∈ ((limPt‘𝐽)‘𝑆)) ∧ 𝑅 ∈ ℝ+) → ∃𝑥 ∈ 𝑆 𝑥 ∈ (𝑃(ball‘𝐷)𝑅))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 196   ∧ wa 384   ∧ w3a 1037   = wceq 1483  ∃wex 1704   ∈ wcel 1990   ≠ wne 2794  ∀wral 2912  ∃wrex 2913   ∖ cdif 3571   ∩ cin 3573   ⊆ wss 3574  ∅c0 3915  {csn 4177  ∪ cuni 4436  ‘cfv 5888  (class class class)co 6650  ℝ⁺crp 11832  ∞Metcxmt 19731  ballcbl 19733  MetOpencmopn 19736  Topctop 20698  neicnei 20901  limPtclp 20938

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1722  ax-4 1737  ax-5 1839  ax-6 1888  ax-7 1935  ax-8 1992  ax-9 1999  ax-10 2019  ax-11 2034  ax-12 2047  ax-13 2246  ax-ext 2602  ax-rep 4771  ax-sep 4781  ax-nul 4789  ax-pow 4843  ax-pr 4906  ax-un 6949  ax-cnex 9992  ax-resscn 9993  ax-1cn 9994  ax-icn 9995  ax-addcl 9996  ax-addrcl 9997  ax-mulcl 9998  ax-mulrcl 9999  ax-mulcom 10000  ax-addass 10001  ax-mulass 10002  ax-distr 10003  ax-i2m1 10004  ax-1ne0 10005  ax-1rid 10006  ax-rnegex 10007  ax-rrecex 10008  ax-cnre 10009  ax-pre-lttri 10010  ax-pre-lttrn 10011  ax-pre-ltadd 10012  ax-pre-mulgt0 10013  ax-pre-sup 10014

This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1038  df-3an 1039  df-tru 1486  df-ex 1705  df-nf 1710  df-sb 1881  df-eu 2474  df-mo 2475  df-clab 2609  df-cleq 2615  df-clel 2618  df-nfc 2753  df-ne 2795  df-nel 2898  df-ral 2917  df-rex 2918  df-reu 2919  df-rmo 2920  df-rab 2921  df-v 3202  df-sbc 3436  df-csb 3534  df-dif 3577  df-un 3579  df-in 3581  df-ss 3588  df-pss 3590  df-nul 3916  df-if 4087  df-pw 4160  df-sn 4178  df-pr 4180  df-tp 4182  df-op 4184  df-uni 4437  df-int 4476  df-iun 4522  df-iin 4523  df-br 4654  df-opab 4713  df-mpt 4730  df-tr 4753  df-id 5024  df-eprel 5029  df-po 5035  df-so 5036  df-fr 5073  df-we 5075  df-xp 5120  df-rel 5121  df-cnv 5122  df-co 5123  df-dm 5124  df-rn 5125  df-res 5126  df-ima 5127  df-pred 5680  df-ord 5726  df-on 5727  df-lim 5728  df-suc 5729  df-iota 5851  df-fun 5890  df-fn 5891  df-f 5892  df-f1 5893  df-fo 5894  df-f1o 5895  df-fv 5896  df-riota 6611  df-ov 6653  df-oprab 6654  df-mpt2 6655  df-om 7066  df-1st 7168  df-2nd 7169  df-wrecs 7407  df-recs 7468  df-rdg 7506  df-er 7742  df-map 7859  df-en 7956  df-dom 7957  df-sdom 7958  df-sup 8348  df-inf 8349  df-pnf 10076  df-mnf 10077  df-xr 10078  df-ltxr 10079  df-le 10080  df-sub 10268  df-neg 10269  df-div 10685  df-nn 11021  df-2 11079  df-n0 11293  df-z 11378  df-uz 11688  df-q 11789  df-rp 11833  df-xneg 11946  df-xadd 11947  df-xmul 11948  df-topgen 16104  df-psmet 19738  df-xmet 19739  df-bl 19741  df-mopn 19742  df-top 20699  df-topon 20716  df-bases 20750  df-cld 20823  df-ntr 20824  df-cls 20825  df-nei 20902  df-lp 20940

This theorem is referenced by:  limcrecl  39861