Users' Mathboxes Mathbox for Richard Penner < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  ntrneik4w Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem ntrneik4w 37907
Description: Idempotence of the interior function is equivalent to saying a set is a neighborhood of a point if and only if the interior of the set is a neighborhood of a point. (Contributed by RP, 11-Jul-2021.)
Hypotheses
Ref Expression
ntrnei.o 𝑂 = (𝑖 ∈ V, 𝑗 ∈ V ↦ (𝑘 ∈ (𝒫 𝑗𝑚 𝑖) ↦ (𝑙𝑗 ↦ {𝑚𝑖𝑙 ∈ (𝑘𝑚)})))
ntrnei.f 𝐹 = (𝒫 𝐵𝑂𝐵)
ntrnei.r (𝜑𝐼𝐹𝑁)
Assertion
Ref Expression
ntrneik4w (𝜑 → (∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵(𝐼‘(𝐼𝑠)) = (𝐼𝑠) ↔ ∀𝑥𝐵𝑠 ∈ 𝒫 𝐵(𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥))))
Distinct variable groups:   𝐵,𝑖,𝑗,𝑘,𝑙,𝑚,𝑠,𝑥   𝑘,𝐼,𝑙,𝑚,𝑥   𝜑,𝑖,𝑗,𝑘,𝑙,𝑠,𝑥
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑚)   𝐹(𝑥,𝑖,𝑗,𝑘,𝑚,𝑠,𝑙)   𝐼(𝑖,𝑗,𝑠)   𝑁(𝑥,𝑖,𝑗,𝑘,𝑚,𝑠,𝑙)   𝑂(𝑥,𝑖,𝑗,𝑘,𝑚,𝑠,𝑙)

Proof of Theorem ntrneik4w
StepHypRef Expression
1 dfcleq 2615 . . . . 5 ((𝐼𝑠) = (𝐼‘(𝐼𝑠)) ↔ ∀𝑥(𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))))
2 eqcom 2628 . . . . 5 ((𝐼‘(𝐼𝑠)) = (𝐼𝑠) ↔ (𝐼𝑠) = (𝐼‘(𝐼𝑠)))
3 ralv 3208 . . . . 5 (∀𝑥 ∈ V (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))) ↔ ∀𝑥(𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))))
41, 2, 33bitr4i 292 . . . 4 ((𝐼‘(𝐼𝑠)) = (𝐼𝑠) ↔ ∀𝑥 ∈ V (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))))
5 ssv 3609 . . . . . . 7 𝐵 ⊆ V
65a1i 11 . . . . . 6 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → 𝐵 ⊆ V)
7 vex 3192 . . . . . . . . 9 𝑥 ∈ V
8 eldif 3569 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ (V ∖ 𝐵) ↔ (𝑥 ∈ V ∧ ¬ 𝑥𝐵))
97, 8mpbiran 952 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ (V ∖ 𝐵) ↔ ¬ 𝑥𝐵)
10 ntrnei.o . . . . . . . . . . . . . . . 16 𝑂 = (𝑖 ∈ V, 𝑗 ∈ V ↦ (𝑘 ∈ (𝒫 𝑗𝑚 𝑖) ↦ (𝑙𝑗 ↦ {𝑚𝑖𝑙 ∈ (𝑘𝑚)})))
11 ntrnei.f . . . . . . . . . . . . . . . 16 𝐹 = (𝒫 𝐵𝑂𝐵)
12 ntrnei.r . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑𝐼𝐹𝑁)
1310, 11, 12ntrneiiex 37883 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑𝐼 ∈ (𝒫 𝐵𝑚 𝒫 𝐵))
14 elmapi 7830 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐼 ∈ (𝒫 𝐵𝑚 𝒫 𝐵) → 𝐼:𝒫 𝐵⟶𝒫 𝐵)
1513, 14syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑𝐼:𝒫 𝐵⟶𝒫 𝐵)
1615ffvelrnda 6320 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼𝑠) ∈ 𝒫 𝐵)
1716elpwid 4146 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼𝑠) ⊆ 𝐵)
1817sseld 3586 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) → 𝑥𝐵))
1918con3dimp 457 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ ¬ 𝑥𝐵) → ¬ 𝑥 ∈ (𝐼𝑠))
2015adantr 481 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → 𝐼:𝒫 𝐵⟶𝒫 𝐵)
2120, 16ffvelrnd 6321 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼‘(𝐼𝑠)) ∈ 𝒫 𝐵)
2221elpwid 4146 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼‘(𝐼𝑠)) ⊆ 𝐵)
2322sseld 3586 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠)) → 𝑥𝐵))
2423con3dimp 457 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ ¬ 𝑥𝐵) → ¬ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠)))
2519, 242falsed 366 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ ¬ 𝑥𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))))
2625ex 450 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (¬ 𝑥𝐵 → (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠)))))
279, 26syl5bi 232 . . . . . . 7 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝑥 ∈ (V ∖ 𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠)))))
2827ralrimiv 2960 . . . . . 6 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → ∀𝑥 ∈ (V ∖ 𝐵)(𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))))
296, 28raldifeq 4036 . . . . 5 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑥𝐵 (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))) ↔ ∀𝑥 ∈ V (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠)))))
3012adantr 481 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → 𝐼𝐹𝑁)
3130adantr 481 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → 𝐼𝐹𝑁)
32 simpr 477 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑥𝐵)
33 simplr 791 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵)
3410, 11, 31, 32, 33ntrneiel 37888 . . . . . . 7 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑠 ∈ (𝑁𝑥)))
3516adantr 481 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → (𝐼𝑠) ∈ 𝒫 𝐵)
3610, 11, 31, 32, 35ntrneiel 37888 . . . . . . 7 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠)) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥)))
3734, 36bibi12d 335 . . . . . 6 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))) ↔ (𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥))))
3837ralbidva 2980 . . . . 5 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑥𝐵 (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))) ↔ ∀𝑥𝐵 (𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥))))
3929, 38bitr3d 270 . . . 4 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑥 ∈ V (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))) ↔ ∀𝑥𝐵 (𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥))))
404, 39syl5bb 272 . . 3 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → ((𝐼‘(𝐼𝑠)) = (𝐼𝑠) ↔ ∀𝑥𝐵 (𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥))))
4140ralbidva 2980 . 2 (𝜑 → (∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵(𝐼‘(𝐼𝑠)) = (𝐼𝑠) ↔ ∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵 (𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥))))
42 ralcom 3091 . 2 (∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵 (𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥)) ↔ ∀𝑥𝐵𝑠 ∈ 𝒫 𝐵(𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥)))
4341, 42syl6bb 276 1 (𝜑 → (∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵(𝐼‘(𝐼𝑠)) = (𝐼𝑠) ↔ ∀𝑥𝐵𝑠 ∈ 𝒫 𝐵(𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 196  wa 384  wal 1478   = wceq 1480  wcel 1987  wral 2907  {crab 2911  Vcvv 3189  cdif 3556  wss 3559  𝒫 cpw 4135   class class class wbr 4618  cmpt 4678  wf 5848  cfv 5852  (class class class)co 6610  cmpt2 6612  𝑚 cmap 7809
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1719  ax-4 1734  ax-5 1836  ax-6 1885  ax-7 1932  ax-8 1989  ax-9 1996  ax-10 2016  ax-11 2031  ax-12 2044  ax-13 2245  ax-ext 2601  ax-rep 4736  ax-sep 4746  ax-nul 4754  ax-pow 4808  ax-pr 4872  ax-un 6909
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3an 1038  df-tru 1483  df-ex 1702  df-nf 1707  df-sb 1878  df-eu 2473  df-mo 2474  df-clab 2608  df-cleq 2614  df-clel 2617  df-nfc 2750  df-ne 2791  df-ral 2912  df-rex 2913  df-reu 2914  df-rab 2916  df-v 3191  df-sbc 3422  df-csb 3519  df-dif 3562  df-un 3564  df-in 3566  df-ss 3573  df-nul 3897  df-if 4064  df-pw 4137  df-sn 4154  df-pr 4156  df-op 4160  df-uni 4408  df-iun 4492  df-br 4619  df-opab 4679  df-mpt 4680  df-id 4994  df-xp 5085  df-rel 5086  df-cnv 5087  df-co 5088  df-dm 5089  df-rn 5090  df-res 5091  df-ima 5092  df-iota 5815  df-fun 5854  df-fn 5855  df-f 5856  df-f1 5857  df-fo 5858  df-f1o 5859  df-fv 5860  df-ov 6613  df-oprab 6614  df-mpt2 6615  df-1st 7120  df-2nd 7121  df-map 7811
This theorem is referenced by:  ntrneik4  37908
  Copyright terms: Public domain W3C validator