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Theorem cnconn 22908
Description: Connectedness is respected by a continuous onto map. (Contributed by Jeff Hankins, 12-Jul-2009.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 10-Mar-2015.)
Hypothesis
Ref Expression
cnconn.2 𝑌 = 𝐾
Assertion
Ref Expression
cnconn ((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) → 𝐾 ∈ Conn)

Proof of Theorem cnconn
Dummy variable 𝑥 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 cntop2 22727 . . 3 (𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾) → 𝐾 ∈ Top)
213ad2ant3 1136 . 2 ((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) → 𝐾 ∈ Top)
3 df-ne 2942 . . . . . . 7 (𝑥 ≠ ∅ ↔ ¬ 𝑥 = ∅)
4 eqid 2733 . . . . . . . . . . . 12 𝐽 = 𝐽
5 simpl1 1192 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → 𝐽 ∈ Conn)
6 simpl3 1194 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → 𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾))
7 simprl 770 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → 𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)))
87elin1d 4197 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → 𝑥𝐾)
9 cnima 22751 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾) ∧ 𝑥𝐾) → (𝐹𝑥) ∈ 𝐽)
106, 8, 9syl2anc 585 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → (𝐹𝑥) ∈ 𝐽)
11 elssuni 4940 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑥𝐾𝑥 𝐾)
128, 11syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → 𝑥 𝐾)
13 cnconn.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 𝑌 = 𝐾
1412, 13sseqtrrdi 4032 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → 𝑥𝑌)
15 simpl2 1193 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → 𝐹:𝑋onto𝑌)
16 forn 6805 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝐹:𝑋onto𝑌 → ran 𝐹 = 𝑌)
1715, 16syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → ran 𝐹 = 𝑌)
1814, 17sseqtrrd 4022 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → 𝑥 ⊆ ran 𝐹)
19 df-rn 5686 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ran 𝐹 = dom 𝐹
2018, 19sseqtrdi 4031 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → 𝑥 ⊆ dom 𝐹)
21 sseqin2 4214 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑥 ⊆ dom 𝐹 ↔ (dom 𝐹𝑥) = 𝑥)
2220, 21sylib 217 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → (dom 𝐹𝑥) = 𝑥)
23 simprr 772 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → 𝑥 ≠ ∅)
2422, 23eqnetrd 3009 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → (dom 𝐹𝑥) ≠ ∅)
25 imadisj 6076 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐹𝑥) = ∅ ↔ (dom 𝐹𝑥) = ∅)
2625necon3bii 2994 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐹𝑥) ≠ ∅ ↔ (dom 𝐹𝑥) ≠ ∅)
2724, 26sylibr 233 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → (𝐹𝑥) ≠ ∅)
287elin2d 4198 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → 𝑥 ∈ (Clsd‘𝐾))
29 cnclima 22754 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾) ∧ 𝑥 ∈ (Clsd‘𝐾)) → (𝐹𝑥) ∈ (Clsd‘𝐽))
306, 28, 29syl2anc 585 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → (𝐹𝑥) ∈ (Clsd‘𝐽))
314, 5, 10, 27, 30connclo 22901 . . . . . . . . . . 11 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → (𝐹𝑥) = 𝐽)
324, 13cnf 22732 . . . . . . . . . . . 12 (𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾) → 𝐹: 𝐽𝑌)
33 fdm 6723 . . . . . . . . . . . 12 (𝐹: 𝐽𝑌 → dom 𝐹 = 𝐽)
346, 32, 333syl 18 . . . . . . . . . . 11 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → dom 𝐹 = 𝐽)
35 fof 6802 . . . . . . . . . . . 12 (𝐹:𝑋onto𝑌𝐹:𝑋𝑌)
36 fdm 6723 . . . . . . . . . . . 12 (𝐹:𝑋𝑌 → dom 𝐹 = 𝑋)
3715, 35, 363syl 18 . . . . . . . . . . 11 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → dom 𝐹 = 𝑋)
3831, 34, 373eqtr2d 2779 . . . . . . . . . 10 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → (𝐹𝑥) = 𝑋)
3938imaeq2d 6057 . . . . . . . . 9 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → (𝐹 “ (𝐹𝑥)) = (𝐹𝑋))
40 foimacnv 6847 . . . . . . . . . 10 ((𝐹:𝑋onto𝑌𝑥𝑌) → (𝐹 “ (𝐹𝑥)) = 𝑥)
4115, 14, 40syl2anc 585 . . . . . . . . 9 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → (𝐹 “ (𝐹𝑥)) = 𝑥)
42 foima 6807 . . . . . . . . . 10 (𝐹:𝑋onto𝑌 → (𝐹𝑋) = 𝑌)
4315, 42syl 17 . . . . . . . . 9 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → (𝐹𝑋) = 𝑌)
4439, 41, 433eqtr3d 2781 . . . . . . . 8 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ∧ 𝑥 ≠ ∅)) → 𝑥 = 𝑌)
4544expr 458 . . . . . . 7 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ 𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾))) → (𝑥 ≠ ∅ → 𝑥 = 𝑌))
463, 45biimtrrid 242 . . . . . 6 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ 𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾))) → (¬ 𝑥 = ∅ → 𝑥 = 𝑌))
4746orrd 862 . . . . 5 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ 𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾))) → (𝑥 = ∅ ∨ 𝑥 = 𝑌))
48 vex 3479 . . . . . 6 𝑥 ∈ V
4948elpr 4650 . . . . 5 (𝑥 ∈ {∅, 𝑌} ↔ (𝑥 = ∅ ∨ 𝑥 = 𝑌))
5047, 49sylibr 233 . . . 4 (((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) ∧ 𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾))) → 𝑥 ∈ {∅, 𝑌})
5150ex 414 . . 3 ((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) → (𝑥 ∈ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) → 𝑥 ∈ {∅, 𝑌}))
5251ssrdv 3987 . 2 ((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) → (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ⊆ {∅, 𝑌})
5313isconn2 22900 . 2 (𝐾 ∈ Conn ↔ (𝐾 ∈ Top ∧ (𝐾 ∩ (Clsd‘𝐾)) ⊆ {∅, 𝑌}))
542, 52, 53sylanbrc 584 1 ((𝐽 ∈ Conn ∧ 𝐹:𝑋onto𝑌𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) → 𝐾 ∈ Conn)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wa 397  wo 846  w3a 1088   = wceq 1542  wcel 2107  wne 2941  cin 3946  wss 3947  c0 4321  {cpr 4629   cuni 4907  ccnv 5674  dom cdm 5675  ran crn 5676  cima 5678  wf 6536  ontowfo 6538  cfv 6540  (class class class)co 7404  Topctop 22377  Clsdccld 22502   Cn ccn 22710  Conncconn 22897
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2138  ax-11 2155  ax-12 2172  ax-ext 2704  ax-sep 5298  ax-nul 5305  ax-pow 5362  ax-pr 5426  ax-un 7720
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 398  df-or 847  df-3an 1090  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2069  df-mo 2535  df-eu 2564  df-clab 2711  df-cleq 2725  df-clel 2811  df-nfc 2886  df-ne 2942  df-ral 3063  df-rex 3072  df-rab 3434  df-v 3477  df-sbc 3777  df-dif 3950  df-un 3952  df-in 3954  df-ss 3964  df-nul 4322  df-if 4528  df-pw 4603  df-sn 4628  df-pr 4630  df-op 4634  df-uni 4908  df-br 5148  df-opab 5210  df-mpt 5231  df-id 5573  df-xp 5681  df-rel 5682  df-cnv 5683  df-co 5684  df-dm 5685  df-rn 5686  df-res 5687  df-ima 5688  df-iota 6492  df-fun 6542  df-fn 6543  df-f 6544  df-fo 6546  df-fv 6548  df-ov 7407  df-oprab 7408  df-mpo 7409  df-map 8818  df-top 22378  df-topon 22395  df-cld 22505  df-cn 22713  df-conn 22898
This theorem is referenced by:  connima  22911  conncn  22912  qtopconn  23195  connhmph  23275  ivthALT  35158
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