MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  elcls3 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem elcls3 21081
Description: Membership in a closure in terms of the members of a basis. Theorem 6.5(b) of [Munkres] p. 95. (Contributed by NM, 26-Feb-2007.) (Revised by Mario Carneiro, 3-Sep-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
elcls3.1 (𝜑𝐽 = (topGen‘𝐵))
elcls3.2 (𝜑𝑋 = 𝐽)
elcls3.3 (𝜑𝐵 ∈ TopBases)
elcls3.4 (𝜑𝑆𝑋)
elcls3.5 (𝜑𝑃𝑋)
Assertion
Ref Expression
elcls3 (𝜑 → (𝑃 ∈ ((cls‘𝐽)‘𝑆) ↔ ∀𝑥𝐵 (𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅)))
Distinct variable groups:   𝑥,𝐵   𝑥,𝑃   𝑥,𝑆
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥)   𝐽(𝑥)   𝑋(𝑥)

Proof of Theorem elcls3
Dummy variables 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 elcls3.1 . . . 4 (𝜑𝐽 = (topGen‘𝐵))
2 elcls3.3 . . . . 5 (𝜑𝐵 ∈ TopBases)
3 tgcl 20967 . . . . 5 (𝐵 ∈ TopBases → (topGen‘𝐵) ∈ Top)
42, 3syl 17 . . . 4 (𝜑 → (topGen‘𝐵) ∈ Top)
51, 4eqeltrd 2831 . . 3 (𝜑𝐽 ∈ Top)
6 elcls3.4 . . . 4 (𝜑𝑆𝑋)
7 elcls3.2 . . . 4 (𝜑𝑋 = 𝐽)
86, 7sseqtrd 3774 . . 3 (𝜑𝑆 𝐽)
9 elcls3.5 . . . 4 (𝜑𝑃𝑋)
109, 7eleqtrd 2833 . . 3 (𝜑𝑃 𝐽)
11 eqid 2752 . . . 4 𝐽 = 𝐽
1211elcls 21071 . . 3 ((𝐽 ∈ Top ∧ 𝑆 𝐽𝑃 𝐽) → (𝑃 ∈ ((cls‘𝐽)‘𝑆) ↔ ∀𝑦𝐽 (𝑃𝑦 → (𝑦𝑆) ≠ ∅)))
135, 8, 10, 12syl3anc 1473 . 2 (𝜑 → (𝑃 ∈ ((cls‘𝐽)‘𝑆) ↔ ∀𝑦𝐽 (𝑃𝑦 → (𝑦𝑆) ≠ ∅)))
14 bastg 20964 . . . . . . . . 9 (𝐵 ∈ TopBases → 𝐵 ⊆ (topGen‘𝐵))
152, 14syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑𝐵 ⊆ (topGen‘𝐵))
1615, 1sseqtr4d 3775 . . . . . . 7 (𝜑𝐵𝐽)
1716sseld 3735 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑦𝐵𝑦𝐽))
1817imim1d 82 . . . . 5 (𝜑 → ((𝑦𝐽 → (𝑃𝑦 → (𝑦𝑆) ≠ ∅)) → (𝑦𝐵 → (𝑃𝑦 → (𝑦𝑆) ≠ ∅))))
1918ralimdv2 3091 . . . 4 (𝜑 → (∀𝑦𝐽 (𝑃𝑦 → (𝑦𝑆) ≠ ∅) → ∀𝑦𝐵 (𝑃𝑦 → (𝑦𝑆) ≠ ∅)))
20 eleq2w 2815 . . . . . 6 (𝑦 = 𝑥 → (𝑃𝑦𝑃𝑥))
21 ineq1 3942 . . . . . . 7 (𝑦 = 𝑥 → (𝑦𝑆) = (𝑥𝑆))
2221neeq1d 2983 . . . . . 6 (𝑦 = 𝑥 → ((𝑦𝑆) ≠ ∅ ↔ (𝑥𝑆) ≠ ∅))
2320, 22imbi12d 333 . . . . 5 (𝑦 = 𝑥 → ((𝑃𝑦 → (𝑦𝑆) ≠ ∅) ↔ (𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅)))
2423cbvralv 3302 . . . 4 (∀𝑦𝐵 (𝑃𝑦 → (𝑦𝑆) ≠ ∅) ↔ ∀𝑥𝐵 (𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅))
2519, 24syl6ib 241 . . 3 (𝜑 → (∀𝑦𝐽 (𝑃𝑦 → (𝑦𝑆) ≠ ∅) → ∀𝑥𝐵 (𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅)))
26 simprl 811 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐵 (𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅)) ∧ (𝑦𝐽𝑃𝑦)) → 𝑦𝐽)
271ad2antrr 764 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐵 (𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅)) ∧ (𝑦𝐽𝑃𝑦)) → 𝐽 = (topGen‘𝐵))
2826, 27eleqtrd 2833 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐵 (𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅)) ∧ (𝑦𝐽𝑃𝑦)) → 𝑦 ∈ (topGen‘𝐵))
29 simprr 813 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐵 (𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅)) ∧ (𝑦𝐽𝑃𝑦)) → 𝑃𝑦)
30 tg2 20963 . . . . . . 7 ((𝑦 ∈ (topGen‘𝐵) ∧ 𝑃𝑦) → ∃𝑧𝐵 (𝑃𝑧𝑧𝑦))
3128, 29, 30syl2anc 696 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐵 (𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅)) ∧ (𝑦𝐽𝑃𝑦)) → ∃𝑧𝐵 (𝑃𝑧𝑧𝑦))
32 eleq2w 2815 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 = 𝑧 → (𝑃𝑥𝑃𝑧))
33 ineq1 3942 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑥 = 𝑧 → (𝑥𝑆) = (𝑧𝑆))
3433neeq1d 2983 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 = 𝑧 → ((𝑥𝑆) ≠ ∅ ↔ (𝑧𝑆) ≠ ∅))
3532, 34imbi12d 333 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 = 𝑧 → ((𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅) ↔ (𝑃𝑧 → (𝑧𝑆) ≠ ∅)))
3635rspccva 3440 . . . . . . . . . . . 12 ((∀𝑥𝐵 (𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅) ∧ 𝑧𝐵) → (𝑃𝑧 → (𝑧𝑆) ≠ ∅))
3736imp 444 . . . . . . . . . . 11 (((∀𝑥𝐵 (𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅) ∧ 𝑧𝐵) ∧ 𝑃𝑧) → (𝑧𝑆) ≠ ∅)
38 ssdisj 4162 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑧𝑦 ∧ (𝑦𝑆) = ∅) → (𝑧𝑆) = ∅)
3938ex 449 . . . . . . . . . . . 12 (𝑧𝑦 → ((𝑦𝑆) = ∅ → (𝑧𝑆) = ∅))
4039necon3d 2945 . . . . . . . . . . 11 (𝑧𝑦 → ((𝑧𝑆) ≠ ∅ → (𝑦𝑆) ≠ ∅))
4137, 40syl5com 31 . . . . . . . . . 10 (((∀𝑥𝐵 (𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅) ∧ 𝑧𝐵) ∧ 𝑃𝑧) → (𝑧𝑦 → (𝑦𝑆) ≠ ∅))
4241exp31 631 . . . . . . . . 9 (∀𝑥𝐵 (𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅) → (𝑧𝐵 → (𝑃𝑧 → (𝑧𝑦 → (𝑦𝑆) ≠ ∅))))
4342imp4a 615 . . . . . . . 8 (∀𝑥𝐵 (𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅) → (𝑧𝐵 → ((𝑃𝑧𝑧𝑦) → (𝑦𝑆) ≠ ∅)))
4443rexlimdv 3160 . . . . . . 7 (∀𝑥𝐵 (𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅) → (∃𝑧𝐵 (𝑃𝑧𝑧𝑦) → (𝑦𝑆) ≠ ∅))
4544ad2antlr 765 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐵 (𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅)) ∧ (𝑦𝐽𝑃𝑦)) → (∃𝑧𝐵 (𝑃𝑧𝑧𝑦) → (𝑦𝑆) ≠ ∅))
4631, 45mpd 15 . . . . 5 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐵 (𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅)) ∧ (𝑦𝐽𝑃𝑦)) → (𝑦𝑆) ≠ ∅)
4746exp43 641 . . . 4 (𝜑 → (∀𝑥𝐵 (𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅) → (𝑦𝐽 → (𝑃𝑦 → (𝑦𝑆) ≠ ∅))))
4847ralrimdv 3098 . . 3 (𝜑 → (∀𝑥𝐵 (𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅) → ∀𝑦𝐽 (𝑃𝑦 → (𝑦𝑆) ≠ ∅)))
4925, 48impbid 202 . 2 (𝜑 → (∀𝑦𝐽 (𝑃𝑦 → (𝑦𝑆) ≠ ∅) ↔ ∀𝑥𝐵 (𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅)))
5013, 49bitrd 268 1 (𝜑 → (𝑃 ∈ ((cls‘𝐽)‘𝑆) ↔ ∀𝑥𝐵 (𝑃𝑥 → (𝑥𝑆) ≠ ∅)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 383   = wceq 1624  wcel 2131  wne 2924  wral 3042  wrex 3043  cin 3706  wss 3707  c0 4050   cuni 4580  cfv 6041  topGenctg 16292  Topctop 20892  TopBasesctb 20943  clsccl 21016
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1863  ax-4 1878  ax-5 1980  ax-6 2046  ax-7 2082  ax-8 2133  ax-9 2140  ax-10 2160  ax-11 2175  ax-12 2188  ax-13 2383  ax-ext 2732  ax-rep 4915  ax-sep 4925  ax-nul 4933  ax-pow 4984  ax-pr 5047  ax-un 7106
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3an 1074  df-tru 1627  df-ex 1846  df-nf 1851  df-sb 2039  df-eu 2603  df-mo 2604  df-clab 2739  df-cleq 2745  df-clel 2748  df-nfc 2883  df-ne 2925  df-ral 3047  df-rex 3048  df-reu 3049  df-rab 3051  df-v 3334  df-sbc 3569  df-csb 3667  df-dif 3710  df-un 3712  df-in 3714  df-ss 3721  df-nul 4051  df-if 4223  df-pw 4296  df-sn 4314  df-pr 4316  df-op 4320  df-uni 4581  df-int 4620  df-iun 4666  df-iin 4667  df-br 4797  df-opab 4857  df-mpt 4874  df-id 5166  df-xp 5264  df-rel 5265  df-cnv 5266  df-co 5267  df-dm 5268  df-rn 5269  df-res 5270  df-ima 5271  df-iota 6004  df-fun 6043  df-fn 6044  df-f 6045  df-f1 6046  df-fo 6047  df-f1o 6048  df-fv 6049  df-topgen 16298  df-top 20893  df-bases 20944  df-cld 21017  df-ntr 21018  df-cls 21019
This theorem is referenced by:  2ndcsep  21456  ptclsg  21612  qdensere  22766
  Copyright terms: Public domain W3C validator