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

Theorem ustfilxp 21768
Description: A uniform structure on a nonempty base is a filter. Remark 3 of [BourbakiTop1] p. II.2. (Contributed by Thierry Arnoux, 15-Nov-2017.)
Assertion
Ref Expression
ustfilxp ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → 𝑈 ∈ (Fil‘(𝑋 × 𝑋)))

Proof of Theorem ustfilxp
Dummy variables 𝑣 𝑤 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 elfvex 6116 . . . . . . 7 (𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋) → 𝑋 ∈ V)
2 isust 21759 . . . . . . 7 (𝑋 ∈ V → (𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋) ↔ (𝑈 ⊆ 𝒫 (𝑋 × 𝑋) ∧ (𝑋 × 𝑋) ∈ 𝑈 ∧ ∀𝑣𝑈 (∀𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)(𝑣𝑤𝑤𝑈) ∧ ∀𝑤𝑈 (𝑣𝑤) ∈ 𝑈 ∧ (( I ↾ 𝑋) ⊆ 𝑣𝑣𝑈 ∧ ∃𝑤𝑈 (𝑤𝑤) ⊆ 𝑣)))))
31, 2syl 17 . . . . . 6 (𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋) → (𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋) ↔ (𝑈 ⊆ 𝒫 (𝑋 × 𝑋) ∧ (𝑋 × 𝑋) ∈ 𝑈 ∧ ∀𝑣𝑈 (∀𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)(𝑣𝑤𝑤𝑈) ∧ ∀𝑤𝑈 (𝑣𝑤) ∈ 𝑈 ∧ (( I ↾ 𝑋) ⊆ 𝑣𝑣𝑈 ∧ ∃𝑤𝑈 (𝑤𝑤) ⊆ 𝑣)))))
43ibi 254 . . . . 5 (𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋) → (𝑈 ⊆ 𝒫 (𝑋 × 𝑋) ∧ (𝑋 × 𝑋) ∈ 𝑈 ∧ ∀𝑣𝑈 (∀𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)(𝑣𝑤𝑤𝑈) ∧ ∀𝑤𝑈 (𝑣𝑤) ∈ 𝑈 ∧ (( I ↾ 𝑋) ⊆ 𝑣𝑣𝑈 ∧ ∃𝑤𝑈 (𝑤𝑤) ⊆ 𝑣))))
54adantl 480 . . . 4 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → (𝑈 ⊆ 𝒫 (𝑋 × 𝑋) ∧ (𝑋 × 𝑋) ∈ 𝑈 ∧ ∀𝑣𝑈 (∀𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)(𝑣𝑤𝑤𝑈) ∧ ∀𝑤𝑈 (𝑣𝑤) ∈ 𝑈 ∧ (( I ↾ 𝑋) ⊆ 𝑣𝑣𝑈 ∧ ∃𝑤𝑈 (𝑤𝑤) ⊆ 𝑣))))
65simp1d 1065 . . 3 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → 𝑈 ⊆ 𝒫 (𝑋 × 𝑋))
75simp2d 1066 . . . . 5 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → (𝑋 × 𝑋) ∈ 𝑈)
8 ne0i 3879 . . . . 5 ((𝑋 × 𝑋) ∈ 𝑈𝑈 ≠ ∅)
97, 8syl 17 . . . 4 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → 𝑈 ≠ ∅)
105simp3d 1067 . . . . . . . . . 10 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → ∀𝑣𝑈 (∀𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)(𝑣𝑤𝑤𝑈) ∧ ∀𝑤𝑈 (𝑣𝑤) ∈ 𝑈 ∧ (( I ↾ 𝑋) ⊆ 𝑣𝑣𝑈 ∧ ∃𝑤𝑈 (𝑤𝑤) ⊆ 𝑣)))
1110r19.21bi 2915 . . . . . . . . 9 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) → (∀𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)(𝑣𝑤𝑤𝑈) ∧ ∀𝑤𝑈 (𝑣𝑤) ∈ 𝑈 ∧ (( I ↾ 𝑋) ⊆ 𝑣𝑣𝑈 ∧ ∃𝑤𝑈 (𝑤𝑤) ⊆ 𝑣)))
1211simp3d 1067 . . . . . . . 8 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) → (( I ↾ 𝑋) ⊆ 𝑣𝑣𝑈 ∧ ∃𝑤𝑈 (𝑤𝑤) ⊆ 𝑣))
1312simp1d 1065 . . . . . . 7 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) → ( I ↾ 𝑋) ⊆ 𝑣)
14 vex 3175 . . . . . . . . . . . . 13 𝑤 ∈ V
15 opelresi 5315 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑤 ∈ V → (⟨𝑤, 𝑤⟩ ∈ ( I ↾ 𝑋) ↔ 𝑤𝑋))
1614, 15ax-mp 5 . . . . . . . . . . . 12 (⟨𝑤, 𝑤⟩ ∈ ( I ↾ 𝑋) ↔ 𝑤𝑋)
1716biimpri 216 . . . . . . . . . . 11 (𝑤𝑋 → ⟨𝑤, 𝑤⟩ ∈ ( I ↾ 𝑋))
1817rgen 2905 . . . . . . . . . 10 𝑤𝑋𝑤, 𝑤⟩ ∈ ( I ↾ 𝑋)
19 r19.2z 4011 . . . . . . . . . 10 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ ∀𝑤𝑋𝑤, 𝑤⟩ ∈ ( I ↾ 𝑋)) → ∃𝑤𝑋𝑤, 𝑤⟩ ∈ ( I ↾ 𝑋))
2018, 19mpan2 702 . . . . . . . . 9 (𝑋 ≠ ∅ → ∃𝑤𝑋𝑤, 𝑤⟩ ∈ ( I ↾ 𝑋))
2120ad2antrr 757 . . . . . . . 8 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) → ∃𝑤𝑋𝑤, 𝑤⟩ ∈ ( I ↾ 𝑋))
22 ne0i 3879 . . . . . . . . 9 (⟨𝑤, 𝑤⟩ ∈ ( I ↾ 𝑋) → ( I ↾ 𝑋) ≠ ∅)
2322rexlimivw 3010 . . . . . . . 8 (∃𝑤𝑋𝑤, 𝑤⟩ ∈ ( I ↾ 𝑋) → ( I ↾ 𝑋) ≠ ∅)
2421, 23syl 17 . . . . . . 7 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) → ( I ↾ 𝑋) ≠ ∅)
25 ssn0 3927 . . . . . . 7 ((( I ↾ 𝑋) ⊆ 𝑣 ∧ ( I ↾ 𝑋) ≠ ∅) → 𝑣 ≠ ∅)
2613, 24, 25syl2anc 690 . . . . . 6 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) → 𝑣 ≠ ∅)
2726nelrdva 3383 . . . . 5 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → ¬ ∅ ∈ 𝑈)
28 df-nel 2782 . . . . 5 (∅ ∉ 𝑈 ↔ ¬ ∅ ∈ 𝑈)
2927, 28sylibr 222 . . . 4 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → ∅ ∉ 𝑈)
3011simp2d 1066 . . . . . . . . 9 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) → ∀𝑤𝑈 (𝑣𝑤) ∈ 𝑈)
3130r19.21bi 2915 . . . . . . . 8 ((((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) ∧ 𝑤𝑈) → (𝑣𝑤) ∈ 𝑈)
3214inex2 4723 . . . . . . . . . 10 (𝑣𝑤) ∈ V
3332pwid 4121 . . . . . . . . 9 (𝑣𝑤) ∈ 𝒫 (𝑣𝑤)
3433a1i 11 . . . . . . . 8 ((((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) ∧ 𝑤𝑈) → (𝑣𝑤) ∈ 𝒫 (𝑣𝑤))
3531, 34elind 3759 . . . . . . 7 ((((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) ∧ 𝑤𝑈) → (𝑣𝑤) ∈ (𝑈 ∩ 𝒫 (𝑣𝑤)))
36 ne0i 3879 . . . . . . 7 ((𝑣𝑤) ∈ (𝑈 ∩ 𝒫 (𝑣𝑤)) → (𝑈 ∩ 𝒫 (𝑣𝑤)) ≠ ∅)
3735, 36syl 17 . . . . . 6 ((((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) ∧ 𝑤𝑈) → (𝑈 ∩ 𝒫 (𝑣𝑤)) ≠ ∅)
3837ralrimiva 2948 . . . . 5 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) → ∀𝑤𝑈 (𝑈 ∩ 𝒫 (𝑣𝑤)) ≠ ∅)
3938ralrimiva 2948 . . . 4 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → ∀𝑣𝑈𝑤𝑈 (𝑈 ∩ 𝒫 (𝑣𝑤)) ≠ ∅)
409, 29, 393jca 1234 . . 3 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → (𝑈 ≠ ∅ ∧ ∅ ∉ 𝑈 ∧ ∀𝑣𝑈𝑤𝑈 (𝑈 ∩ 𝒫 (𝑣𝑤)) ≠ ∅))
41 xpexg 6835 . . . . . 6 ((𝑋 ∈ V ∧ 𝑋 ∈ V) → (𝑋 × 𝑋) ∈ V)
421, 1, 41syl2anc 690 . . . . 5 (𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋) → (𝑋 × 𝑋) ∈ V)
43 isfbas 21385 . . . . 5 ((𝑋 × 𝑋) ∈ V → (𝑈 ∈ (fBas‘(𝑋 × 𝑋)) ↔ (𝑈 ⊆ 𝒫 (𝑋 × 𝑋) ∧ (𝑈 ≠ ∅ ∧ ∅ ∉ 𝑈 ∧ ∀𝑣𝑈𝑤𝑈 (𝑈 ∩ 𝒫 (𝑣𝑤)) ≠ ∅))))
4442, 43syl 17 . . . 4 (𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋) → (𝑈 ∈ (fBas‘(𝑋 × 𝑋)) ↔ (𝑈 ⊆ 𝒫 (𝑋 × 𝑋) ∧ (𝑈 ≠ ∅ ∧ ∅ ∉ 𝑈 ∧ ∀𝑣𝑈𝑤𝑈 (𝑈 ∩ 𝒫 (𝑣𝑤)) ≠ ∅))))
4544adantl 480 . . 3 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → (𝑈 ∈ (fBas‘(𝑋 × 𝑋)) ↔ (𝑈 ⊆ 𝒫 (𝑋 × 𝑋) ∧ (𝑈 ≠ ∅ ∧ ∅ ∉ 𝑈 ∧ ∀𝑣𝑈𝑤𝑈 (𝑈 ∩ 𝒫 (𝑣𝑤)) ≠ ∅))))
466, 40, 45mpbir2and 958 . 2 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → 𝑈 ∈ (fBas‘(𝑋 × 𝑋)))
47 n0 3889 . . . . 5 ((𝑈 ∩ 𝒫 𝑤) ≠ ∅ ↔ ∃𝑣 𝑣 ∈ (𝑈 ∩ 𝒫 𝑤))
48 elin 3757 . . . . . . 7 (𝑣 ∈ (𝑈 ∩ 𝒫 𝑤) ↔ (𝑣𝑈𝑣 ∈ 𝒫 𝑤))
49 selpw 4114 . . . . . . . 8 (𝑣 ∈ 𝒫 𝑤𝑣𝑤)
5049anbi2i 725 . . . . . . 7 ((𝑣𝑈𝑣 ∈ 𝒫 𝑤) ↔ (𝑣𝑈𝑣𝑤))
5148, 50bitri 262 . . . . . 6 (𝑣 ∈ (𝑈 ∩ 𝒫 𝑤) ↔ (𝑣𝑈𝑣𝑤))
5251exbii 1763 . . . . 5 (∃𝑣 𝑣 ∈ (𝑈 ∩ 𝒫 𝑤) ↔ ∃𝑣(𝑣𝑈𝑣𝑤))
5347, 52bitri 262 . . . 4 ((𝑈 ∩ 𝒫 𝑤) ≠ ∅ ↔ ∃𝑣(𝑣𝑈𝑣𝑤))
5411simp1d 1065 . . . . . . . 8 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) → ∀𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)(𝑣𝑤𝑤𝑈))
5554r19.21bi 2915 . . . . . . 7 ((((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) ∧ 𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)) → (𝑣𝑤𝑤𝑈))
5655an32s 841 . . . . . 6 ((((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) → (𝑣𝑤𝑤𝑈))
5756expimpd 626 . . . . 5 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)) → ((𝑣𝑈𝑣𝑤) → 𝑤𝑈))
5857exlimdv 1847 . . . 4 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)) → (∃𝑣(𝑣𝑈𝑣𝑤) → 𝑤𝑈))
5953, 58syl5bi 230 . . 3 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)) → ((𝑈 ∩ 𝒫 𝑤) ≠ ∅ → 𝑤𝑈))
6059ralrimiva 2948 . 2 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → ∀𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)((𝑈 ∩ 𝒫 𝑤) ≠ ∅ → 𝑤𝑈))
61 isfil 21403 . 2 (𝑈 ∈ (Fil‘(𝑋 × 𝑋)) ↔ (𝑈 ∈ (fBas‘(𝑋 × 𝑋)) ∧ ∀𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)((𝑈 ∩ 𝒫 𝑤) ≠ ∅ → 𝑤𝑈)))
6246, 60, 61sylanbrc 694 1 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → 𝑈 ∈ (Fil‘(𝑋 × 𝑋)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 194  wa 382  w3a 1030  wex 1694  wcel 1976  wne 2779  wnel 2780  wral 2895  wrex 2896  Vcvv 3172  cin 3538  wss 3539  c0 3873  𝒫 cpw 4107  cop 4130   I cid 4938   × cxp 5026  ccnv 5027  cres 5030  ccom 5032  cfv 5790  fBascfbas 19501  Filcfil 21401  UnifOncust 21755
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1712  ax-4 1727  ax-5 1826  ax-6 1874  ax-7 1921  ax-8 1978  ax-9 1985  ax-10 2005  ax-11 2020  ax-12 2032  ax-13 2232  ax-ext 2589  ax-sep 4703  ax-nul 4712  ax-pow 4764  ax-pr 4828  ax-un 6824
This theorem depends on definitions:  df-bi 195  df-or 383  df-an 384  df-3an 1032  df-tru 1477  df-ex 1695  df-nf 1700  df-sb 1867  df-eu 2461  df-mo 2462  df-clab 2596  df-cleq 2602  df-clel 2605  df-nfc 2739  df-ne 2781  df-nel 2782  df-ral 2900  df-rex 2901  df-rab 2904  df-v 3174  df-sbc 3402  df-csb 3499  df-dif 3542  df-un 3544  df-in 3546  df-ss 3553  df-nul 3874  df-if 4036  df-pw 4109  df-sn 4125  df-pr 4127  df-op 4131  df-uni 4367  df-br 4578  df-opab 4638  df-mpt 4639  df-id 4943  df-xp 5034  df-rel 5035  df-cnv 5036  df-co 5037  df-dm 5038  df-rn 5039  df-res 5040  df-ima 5041  df-iota 5754  df-fun 5792  df-fv 5798  df-fbas 19510  df-fil 21402  df-ust 21756
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator