MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  isfil2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem isfil2 21893
Description: Derive the standard axioms of a filter. (Contributed by Mario Carneiro, 27-Nov-2013.) (Revised by Stefan O'Rear, 2-Aug-2015.)
Assertion
Ref Expression
isfil2 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ↔ ((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹))
Distinct variable groups:   𝑥,𝐹,𝑦   𝑥,𝑋,𝑦

Proof of Theorem isfil2
Dummy variable 𝑧 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 filsspw 21888 . . . 4 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → 𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋)
2 0nelfil 21886 . . . 4 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → ¬ ∅ ∈ 𝐹)
3 filtop 21892 . . . 4 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → 𝑋𝐹)
41, 2, 33jca 1151 . . 3 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → (𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹))
5 elpwi 4372 . . . . 5 (𝑥 ∈ 𝒫 𝑋𝑥𝑋)
6 filss 21890 . . . . . . . . 9 ((𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ (𝑦𝐹𝑥𝑋𝑦𝑥)) → 𝑥𝐹)
763exp2 1456 . . . . . . . 8 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → (𝑦𝐹 → (𝑥𝑋 → (𝑦𝑥𝑥𝐹))))
87com23 86 . . . . . . 7 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → (𝑥𝑋 → (𝑦𝐹 → (𝑦𝑥𝑥𝐹))))
98imp 395 . . . . . 6 ((𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ 𝑥𝑋) → (𝑦𝐹 → (𝑦𝑥𝑥𝐹)))
109rexlimdv 3229 . . . . 5 ((𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ 𝑥𝑋) → (∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹))
115, 10sylan2 582 . . . 4 ((𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ 𝑥 ∈ 𝒫 𝑋) → (∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹))
1211ralrimiva 3165 . . 3 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹))
13 filin 21891 . . . . 5 ((𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ 𝑥𝐹𝑦𝐹) → (𝑥𝑦) ∈ 𝐹)
14133expb 1142 . . . 4 ((𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ (𝑥𝐹𝑦𝐹)) → (𝑥𝑦) ∈ 𝐹)
1514ralrimivva 3170 . . 3 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹)
164, 12, 153jca 1151 . 2 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → ((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹))
17 simp11 1253 . . . 4 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → 𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋)
18 simp13 1255 . . . . . 6 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → 𝑋𝐹)
1918ne0d 4134 . . . . 5 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → 𝐹 ≠ ∅)
20 simp12 1254 . . . . . 6 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → ¬ ∅ ∈ 𝐹)
21 df-nel 3093 . . . . . 6 (∅ ∉ 𝐹 ↔ ¬ ∅ ∈ 𝐹)
2220, 21sylibr 225 . . . . 5 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → ∅ ∉ 𝐹)
23 ssid 3831 . . . . . . . . 9 (𝑥𝑦) ⊆ (𝑥𝑦)
24 sseq1 3834 . . . . . . . . . 10 (𝑧 = (𝑥𝑦) → (𝑧 ⊆ (𝑥𝑦) ↔ (𝑥𝑦) ⊆ (𝑥𝑦)))
2524rspcev 3513 . . . . . . . . 9 (((𝑥𝑦) ∈ 𝐹 ∧ (𝑥𝑦) ⊆ (𝑥𝑦)) → ∃𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦))
2623, 25mpan2 674 . . . . . . . 8 ((𝑥𝑦) ∈ 𝐹 → ∃𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦))
2726ralimi 3151 . . . . . . 7 (∀𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹 → ∀𝑦𝐹𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦))
2827ralimi 3151 . . . . . 6 (∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹 → ∀𝑥𝐹𝑦𝐹𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦))
29283ad2ant3 1158 . . . . 5 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → ∀𝑥𝐹𝑦𝐹𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦))
3019, 22, 293jca 1151 . . . 4 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → (𝐹 ≠ ∅ ∧ ∅ ∉ 𝐹 ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦)))
31 isfbas2 21872 . . . . 5 (𝑋𝐹 → (𝐹 ∈ (fBas‘𝑋) ↔ (𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ (𝐹 ≠ ∅ ∧ ∅ ∉ 𝐹 ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦)))))
3218, 31syl 17 . . . 4 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → (𝐹 ∈ (fBas‘𝑋) ↔ (𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ (𝐹 ≠ ∅ ∧ ∅ ∉ 𝐹 ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦)))))
3317, 30, 32mpbir2and 695 . . 3 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → 𝐹 ∈ (fBas‘𝑋))
34 n0 4143 . . . . . . . 8 ((𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ≠ ∅ ↔ ∃𝑦 𝑦 ∈ (𝐹 ∩ 𝒫 𝑥))
35 elin 4006 . . . . . . . . . 10 (𝑦 ∈ (𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ↔ (𝑦𝐹𝑦 ∈ 𝒫 𝑥))
36 elpwi 4372 . . . . . . . . . . 11 (𝑦 ∈ 𝒫 𝑥𝑦𝑥)
3736anim2i 605 . . . . . . . . . 10 ((𝑦𝐹𝑦 ∈ 𝒫 𝑥) → (𝑦𝐹𝑦𝑥))
3835, 37sylbi 208 . . . . . . . . 9 (𝑦 ∈ (𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) → (𝑦𝐹𝑦𝑥))
3938eximi 1919 . . . . . . . 8 (∃𝑦 𝑦 ∈ (𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) → ∃𝑦(𝑦𝐹𝑦𝑥))
4034, 39sylbi 208 . . . . . . 7 ((𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ≠ ∅ → ∃𝑦(𝑦𝐹𝑦𝑥))
41 df-rex 3113 . . . . . . 7 (∃𝑦𝐹 𝑦𝑥 ↔ ∃𝑦(𝑦𝐹𝑦𝑥))
4240, 41sylibr 225 . . . . . 6 ((𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ≠ ∅ → ∃𝑦𝐹 𝑦𝑥)
4342imim1i 63 . . . . 5 ((∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) → ((𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ≠ ∅ → 𝑥𝐹))
4443ralimi 3151 . . . 4 (∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) → ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋((𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ≠ ∅ → 𝑥𝐹))
45443ad2ant2 1157 . . 3 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋((𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ≠ ∅ → 𝑥𝐹))
46 isfil 21884 . . 3 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ↔ (𝐹 ∈ (fBas‘𝑋) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋((𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ≠ ∅ → 𝑥𝐹)))
4733, 45, 46sylanbrc 574 . 2 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → 𝐹 ∈ (Fil‘𝑋))
4816, 47impbii 200 1 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ↔ ((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 197  wa 384  w3a 1100  wex 1859  wcel 2157  wne 2989  wnel 3092  wral 3107  wrex 3108  cin 3779  wss 3780  c0 4127  𝒫 cpw 4362  cfv 6110  fBascfbas 19961  Filcfil 21882
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1877  ax-4 1894  ax-5 2001  ax-6 2069  ax-7 2105  ax-8 2159  ax-9 2166  ax-10 2186  ax-11 2202  ax-12 2215  ax-13 2422  ax-ext 2795  ax-sep 4988  ax-nul 4996  ax-pow 5048  ax-pr 5109
This theorem depends on definitions:  df-bi 198  df-an 385  df-or 866  df-3an 1102  df-tru 1641  df-ex 1860  df-nf 1864  df-sb 2062  df-mo 2635  df-eu 2642  df-clab 2804  df-cleq 2810  df-clel 2813  df-nfc 2948  df-ne 2990  df-nel 3093  df-ral 3112  df-rex 3113  df-rab 3116  df-v 3404  df-sbc 3645  df-csb 3740  df-dif 3783  df-un 3785  df-in 3787  df-ss 3794  df-nul 4128  df-if 4291  df-pw 4364  df-sn 4382  df-pr 4384  df-op 4388  df-uni 4642  df-br 4856  df-opab 4918  df-mpt 4935  df-id 5232  df-xp 5330  df-rel 5331  df-cnv 5332  df-co 5333  df-dm 5334  df-rn 5335  df-res 5336  df-ima 5337  df-iota 6073  df-fun 6112  df-fv 6118  df-fbas 19970  df-fil 21883
This theorem is referenced by:  isfild  21895  infil  21900  neifil  21917  trfil2  21924
  Copyright terms: Public domain W3C validator