Theorem isclo 23281

Description: A set 𝐴 is clopen iff for every point 𝑥 in the space there is a neighborhood 𝑦 such that all the points in 𝑦 are in 𝐴 iff 𝑥 is. (Contributed by Mario Carneiro, 10-Mar-2015.)

Hypothesis

Ref	Expression
isclo.1	⊢ 𝑋 = ∪ 𝐽

Assertion

Ref	Expression
isclo	⊢ ((𝐽 ∈ Top ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋) → (𝐴 ∈ (𝐽 ∩ (Clsd‘𝐽)) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴))))

Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝑧,𝐴   𝑥,𝐽,𝑦,𝑧   𝑥,𝑋,𝑦,𝑧

Proof of Theorem isclo

Step	Hyp	Ref	Expression
1		elin 3924	. 2 ⊢ (𝐴 ∈ (𝐽 ∩ (Clsd‘𝐽)) ↔ (𝐴 ∈ 𝐽 ∧ 𝐴 ∈ (Clsd‘𝐽)))
2		isclo.1	. . . . 5 ⊢ 𝑋 = ∪ 𝐽
3	2	iscld2 23222	. . . 4 ⊢ ((𝐽 ∈ Top ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋) → (𝐴 ∈ (Clsd‘𝐽) ↔ (𝑋 ∖ 𝐴) ∈ 𝐽))
4	3	anbi2d 642	. . 3 ⊢ ((𝐽 ∈ Top ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋) → ((𝐴 ∈ 𝐽 ∧ 𝐴 ∈ (Clsd‘𝐽)) ↔ (𝐴 ∈ 𝐽 ∧ (𝑋 ∖ 𝐴) ∈ 𝐽)))
5		eltop2 23169	. . . . . 6 ⊢ (𝐽 ∈ Top → (𝐴 ∈ 𝐽 ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ 𝑦 ⊆ 𝐴)))
6		dfss3 3929	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑦 ⊆ 𝐴 ↔ ∀𝑧 ∈ 𝑦 𝑧 ∈ 𝐴)
7		pm5.501 369	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐴 → (𝑧 ∈ 𝐴 ↔ (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴)))
8	7	ralbidv 3191	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐴 → (∀𝑧 ∈ 𝑦 𝑧 ∈ 𝐴 ↔ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴)))
9	6, 8	bitrid 286	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐴 → (𝑦 ⊆ 𝐴 ↔ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴)))
10	9	anbi2d 642	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐴 → ((𝑥 ∈ 𝑦 ∧ 𝑦 ⊆ 𝐴) ↔ (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴))))
11	10	rexbidv 3192	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐴 → (∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ 𝑦 ⊆ 𝐴) ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴))))
12	11	ralbiia 3112	. . . . . 6 ⊢ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ 𝑦 ⊆ 𝐴) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴)))
13	5, 12	bitrdi 290	. . . . 5 ⊢ (𝐽 ∈ Top → (𝐴 ∈ 𝐽 ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴))))
14		eltop2 23169	. . . . . 6 ⊢ (𝐽 ∈ Top → ((𝑋 ∖ 𝐴) ∈ 𝐽 ↔ ∀𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ 𝑦 ⊆ (𝑋 ∖ 𝐴))))
15		dfss3 3929	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑦 ⊆ (𝑋 ∖ 𝐴) ↔ ∀𝑧 ∈ 𝑦 𝑧 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴))
16		id 23	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑦)
17		simpr 490	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴) ∧ 𝑦 ∈ 𝐽) → 𝑦 ∈ 𝐽)
18		elunii 4882	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝑧 ∈ 𝑦 ∧ 𝑦 ∈ 𝐽) → 𝑧 ∈ ∪ 𝐽)
19	16, 17, 18	syl2anr 609	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴) ∧ 𝑦 ∈ 𝐽) ∧ 𝑧 ∈ 𝑦) → 𝑧 ∈ ∪ 𝐽)
20	19, 2	eleqtrrdi 2877	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴) ∧ 𝑦 ∈ 𝐽) ∧ 𝑧 ∈ 𝑦) → 𝑧 ∈ 𝑋)
21		eldif 3918	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑧 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴) ↔ (𝑧 ∈ 𝑋 ∧ ¬ 𝑧 ∈ 𝐴))
22	21	baib 545	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑧 ∈ 𝑋 → (𝑧 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴) ↔ ¬ 𝑧 ∈ 𝐴))
23	20, 22	syl 18	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴) ∧ 𝑦 ∈ 𝐽) ∧ 𝑧 ∈ 𝑦) → (𝑧 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴) ↔ ¬ 𝑧 ∈ 𝐴))
24		eldifn 4089	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴) → ¬ 𝑥 ∈ 𝐴)
25		nbn2 373	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (¬ 𝑥 ∈ 𝐴 → (¬ 𝑧 ∈ 𝐴 ↔ (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴)))
26	24, 25	syl 18	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴) → (¬ 𝑧 ∈ 𝐴 ↔ (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴)))
27	26	ad2antrr 739	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴) ∧ 𝑦 ∈ 𝐽) ∧ 𝑧 ∈ 𝑦) → (¬ 𝑧 ∈ 𝐴 ↔ (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴)))
28	23, 27	bitrd 282	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴) ∧ 𝑦 ∈ 𝐽) ∧ 𝑧 ∈ 𝑦) → (𝑧 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴) ↔ (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴)))
29	28	ralbidva 3189	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴) ∧ 𝑦 ∈ 𝐽) → (∀𝑧 ∈ 𝑦 𝑧 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴) ↔ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴)))
30	15, 29	bitrid 286	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴) ∧ 𝑦 ∈ 𝐽) → (𝑦 ⊆ (𝑋 ∖ 𝐴) ↔ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴)))
31	30	anbi2d 642	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴) ∧ 𝑦 ∈ 𝐽) → ((𝑥 ∈ 𝑦 ∧ 𝑦 ⊆ (𝑋 ∖ 𝐴)) ↔ (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴))))
32	31	rexbidva 3190	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴) → (∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ 𝑦 ⊆ (𝑋 ∖ 𝐴)) ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴))))
33	32	ralbiia 3112	. . . . . 6 ⊢ (∀𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ 𝑦 ⊆ (𝑋 ∖ 𝐴)) ↔ ∀𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴)))
34	14, 33	bitrdi 290	. . . . 5 ⊢ (𝐽 ∈ Top → ((𝑋 ∖ 𝐴) ∈ 𝐽 ↔ ∀𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴))))
35	13, 34	anbi12d 644	. . . 4 ⊢ (𝐽 ∈ Top → ((𝐴 ∈ 𝐽 ∧ (𝑋 ∖ 𝐴) ∈ 𝐽) ↔ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴)) ∧ ∀𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴)))))
36	35	adantr 486	. . 3 ⊢ ((𝐽 ∈ Top ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋) → ((𝐴 ∈ 𝐽 ∧ (𝑋 ∖ 𝐴) ∈ 𝐽) ↔ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴)) ∧ ∀𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴)))))
37		ralunb 4153	. . . 4 ⊢ (∀𝑥 ∈ (𝐴 ∪ (𝑋 ∖ 𝐴))∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴)) ↔ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴)) ∧ ∀𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴))))
38		undif 4448	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ⊆ 𝑋 ↔ (𝐴 ∪ (𝑋 ∖ 𝐴)) = 𝑋)
39	38	bilani 510	. . . . 5 ⊢ ((𝐽 ∈ Top ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋) → (𝐴 ∪ (𝑋 ∖ 𝐴)) = 𝑋)
40	39	raleqdv 3326	. . . 4 ⊢ ((𝐽 ∈ Top ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋) → (∀𝑥 ∈ (𝐴 ∪ (𝑋 ∖ 𝐴))∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴)) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴))))
41	37, 40	bitr3id 288	. . 3 ⊢ ((𝐽 ∈ Top ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋) → ((∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴)) ∧ ∀𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴))) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴))))
42	4, 36, 41	3bitrd 308	. 2 ⊢ ((𝐽 ∈ Top ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋) → ((𝐴 ∈ 𝐽 ∧ 𝐴 ∈ (Clsd‘𝐽)) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴))))
43	1, 42	bitrid 286	1 ⊢ ((𝐽 ∈ Top ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋) → (𝐴 ∈ (𝐽 ∩ (Clsd‘𝐽)) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝑋 ∃𝑦 ∈ 𝐽 (𝑥 ∈ 𝑦 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑦 (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑧 ∈ 𝐴))))

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2146  ∀wral 3082  ∃wrex 3092   ∖ cdif 3905   ∪ cun 3906   ∩ cin 3907   ⊆ wss 3908  ∪ cuni 4877  ‘cfv 6543  Topctop 23087  Clsdccld 23210

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2148  ax-9 2156  ax-10 2179  ax-11 2195  ax-12 2216  ax-ext 2738  ax-sep 5262  ax-nul 5274  ax-pow 5341  ax-pr 5409  ax-un 7745

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2570  df-eu 2600  df-clab 2745  df-cleq 2758  df-clel 2841  df-nfc 2915  df-ne 2962  df-ral 3083  df-rex 3093  df-rab 3420  df-v 3460  df-dif 3911  df-un 3913  df-in 3915  df-ss 3925  df-nul 4290  df-if 4493  df-pw 4569  df-sn 4595  df-pr 4597  df-op 4601  df-uni 4878  df-br 5115  df-opab 5179  df-mpt 5198  df-id 5561  df-xp 5672  df-rel 5673  df-cnv 5674  df-co 5675  df-dm 5676  df-iota 6499  df-fun 6545  df-fv 6551  df-topgen 17521  df-top 23088  df-cld 23213

This theorem is used by:  isclo2  23282  cvmliftmolem2  35795  cvmlift2lem12  35827