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

Theorem isfil2 22148
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 22143 . . . 4 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → 𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋)
2 0nelfil 22141 . . . 4 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → ¬ ∅ ∈ 𝐹)
3 filtop 22147 . . . 4 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → 𝑋𝐹)
41, 2, 33jca 1121 . . 3 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → (𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹))
5 elpwi 4465 . . . . 5 (𝑥 ∈ 𝒫 𝑋𝑥𝑋)
6 filss 22145 . . . . . . . . 9 ((𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ (𝑦𝐹𝑥𝑋𝑦𝑥)) → 𝑥𝐹)
763exp2 1347 . . . . . . . 8 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → (𝑦𝐹 → (𝑥𝑋 → (𝑦𝑥𝑥𝐹))))
87com23 86 . . . . . . 7 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → (𝑥𝑋 → (𝑦𝐹 → (𝑦𝑥𝑥𝐹))))
98imp 407 . . . . . 6 ((𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ 𝑥𝑋) → (𝑦𝐹 → (𝑦𝑥𝑥𝐹)))
109rexlimdv 3245 . . . . 5 ((𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ 𝑥𝑋) → (∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹))
115, 10sylan2 592 . . . 4 ((𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ 𝑥 ∈ 𝒫 𝑋) → (∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹))
1211ralrimiva 3148 . . 3 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹))
13 filin 22146 . . . . 5 ((𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ 𝑥𝐹𝑦𝐹) → (𝑥𝑦) ∈ 𝐹)
14133expb 1113 . . . 4 ((𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ (𝑥𝐹𝑦𝐹)) → (𝑥𝑦) ∈ 𝐹)
1514ralrimivva 3157 . . 3 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹)
164, 12, 153jca 1121 . 2 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → ((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹))
17 simp11 1196 . . . 4 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → 𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋)
18 simp13 1198 . . . . . 6 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → 𝑋𝐹)
1918ne0d 4223 . . . . 5 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → 𝐹 ≠ ∅)
20 simp12 1197 . . . . . 6 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → ¬ ∅ ∈ 𝐹)
21 df-nel 3090 . . . . . 6 (∅ ∉ 𝐹 ↔ ¬ ∅ ∈ 𝐹)
2220, 21sylibr 235 . . . . 5 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → ∅ ∉ 𝐹)
23 ssid 3912 . . . . . . . . 9 (𝑥𝑦) ⊆ (𝑥𝑦)
24 sseq1 3915 . . . . . . . . . 10 (𝑧 = (𝑥𝑦) → (𝑧 ⊆ (𝑥𝑦) ↔ (𝑥𝑦) ⊆ (𝑥𝑦)))
2524rspcev 3557 . . . . . . . . 9 (((𝑥𝑦) ∈ 𝐹 ∧ (𝑥𝑦) ⊆ (𝑥𝑦)) → ∃𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦))
2623, 25mpan2 687 . . . . . . . 8 ((𝑥𝑦) ∈ 𝐹 → ∃𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦))
2726ralimi 3126 . . . . . . 7 (∀𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹 → ∀𝑦𝐹𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦))
2827ralimi 3126 . . . . . 6 (∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹 → ∀𝑥𝐹𝑦𝐹𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦))
29283ad2ant3 1128 . . . . 5 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → ∀𝑥𝐹𝑦𝐹𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦))
3019, 22, 293jca 1121 . . . 4 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → (𝐹 ≠ ∅ ∧ ∅ ∉ 𝐹 ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦)))
31 isfbas2 22127 . . . . 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 709 . . 3 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → 𝐹 ∈ (fBas‘𝑋))
34 n0 4232 . . . . . . . 8 ((𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ≠ ∅ ↔ ∃𝑦 𝑦 ∈ (𝐹 ∩ 𝒫 𝑥))
35 elin 4092 . . . . . . . . . 10 (𝑦 ∈ (𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ↔ (𝑦𝐹𝑦 ∈ 𝒫 𝑥))
36 elpwi 4465 . . . . . . . . . . 11 (𝑦 ∈ 𝒫 𝑥𝑦𝑥)
3736anim2i 616 . . . . . . . . . 10 ((𝑦𝐹𝑦 ∈ 𝒫 𝑥) → (𝑦𝐹𝑦𝑥))
3835, 37sylbi 218 . . . . . . . . 9 (𝑦 ∈ (𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) → (𝑦𝐹𝑦𝑥))
3938eximi 1817 . . . . . . . 8 (∃𝑦 𝑦 ∈ (𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) → ∃𝑦(𝑦𝐹𝑦𝑥))
4034, 39sylbi 218 . . . . . . 7 ((𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ≠ ∅ → ∃𝑦(𝑦𝐹𝑦𝑥))
41 df-rex 3110 . . . . . . 7 (∃𝑦𝐹 𝑦𝑥 ↔ ∃𝑦(𝑦𝐹𝑦𝑥))
4240, 41sylibr 235 . . . . . 6 ((𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ≠ ∅ → ∃𝑦𝐹 𝑦𝑥)
4342imim1i 63 . . . . 5 ((∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) → ((𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ≠ ∅ → 𝑥𝐹))
4443ralimi 3126 . . . 4 (∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) → ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋((𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ≠ ∅ → 𝑥𝐹))
45443ad2ant2 1127 . . 3 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋((𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ≠ ∅ → 𝑥𝐹))
46 isfil 22139 . . 3 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ↔ (𝐹 ∈ (fBas‘𝑋) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋((𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ≠ ∅ → 𝑥𝐹)))
4733, 45, 46sylanbrc 583 . 2 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → 𝐹 ∈ (Fil‘𝑋))
4816, 47impbii 210 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 207  wa 396  w3a 1080  wex 1762  wcel 2080  wne 2983  wnel 3089  wral 3104  wrex 3105  cin 3860  wss 3861  c0 4213  𝒫 cpw 4455  cfv 6228  fBascfbas 20215  Filcfil 22137
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1778  ax-4 1792  ax-5 1889  ax-6 1948  ax-7 1993  ax-8 2082  ax-9 2090  ax-10 2111  ax-11 2125  ax-12 2140  ax-13 2343  ax-ext 2768  ax-sep 5097  ax-nul 5104  ax-pow 5160  ax-pr 5224
This theorem depends on definitions:  df-bi 208  df-an 397  df-or 843  df-3an 1082  df-tru 1525  df-ex 1763  df-nf 1767  df-sb 2042  df-mo 2575  df-eu 2611  df-clab 2775  df-cleq 2787  df-clel 2862  df-nfc 2934  df-ne 2984  df-nel 3090  df-ral 3109  df-rex 3110  df-rab 3113  df-v 3438  df-sbc 3708  df-csb 3814  df-dif 3864  df-un 3866  df-in 3868  df-ss 3876  df-nul 4214  df-if 4384  df-pw 4457  df-sn 4475  df-pr 4477  df-op 4481  df-uni 4748  df-br 4965  df-opab 5027  df-mpt 5044  df-id 5351  df-xp 5452  df-rel 5453  df-cnv 5454  df-co 5455  df-dm 5456  df-rn 5457  df-res 5458  df-ima 5459  df-iota 6192  df-fun 6230  df-fv 6236  df-fbas 20224  df-fil 22138
This theorem is referenced by:  isfild  22150  infil  22155  neifil  22172  trfil2  22179
  Copyright terms: Public domain W3C validator