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Theorem iunconn 22036
Description: The indexed union of connected overlapping subspaces sharing a common point is connected. (Contributed by Mario Carneiro, 11-Jun-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
iunconn.2 (𝜑𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋))
iunconn.3 ((𝜑𝑘𝐴) → 𝐵𝑋)
iunconn.4 ((𝜑𝑘𝐴) → 𝑃𝐵)
iunconn.5 ((𝜑𝑘𝐴) → (𝐽t 𝐵) ∈ Conn)
Assertion
Ref Expression
iunconn (𝜑 → (𝐽t 𝑘𝐴 𝐵) ∈ Conn)
Distinct variable groups:   𝐴,𝑘   𝑘,𝐽   𝑃,𝑘   𝑘,𝑋   𝜑,𝑘
Allowed substitution hint:   𝐵(𝑘)

Proof of Theorem iunconn
Dummy variables 𝑢 𝑣 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 simpr 487 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) → 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣))
2 simplr1 1211 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) → (𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅)
3 n0 4310 . . . . . . . . . . 11 ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ↔ ∃𝑣 𝑣 ∈ (𝑢 𝑘𝐴 𝐵))
4 elinel2 4173 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑣 ∈ (𝑢 𝑘𝐴 𝐵) → 𝑣 𝑘𝐴 𝐵)
5 eliun 4923 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑣 𝑘𝐴 𝐵 ↔ ∃𝑘𝐴 𝑣𝐵)
6 rexn0 4454 . . . . . . . . . . . . . 14 (∃𝑘𝐴 𝑣𝐵𝐴 ≠ ∅)
75, 6sylbi 219 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑣 𝑘𝐴 𝐵𝐴 ≠ ∅)
84, 7syl 17 . . . . . . . . . . . 12 (𝑣 ∈ (𝑢 𝑘𝐴 𝐵) → 𝐴 ≠ ∅)
98exlimiv 1931 . . . . . . . . . . 11 (∃𝑣 𝑣 ∈ (𝑢 𝑘𝐴 𝐵) → 𝐴 ≠ ∅)
103, 9sylbi 219 . . . . . . . . . 10 ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ → 𝐴 ≠ ∅)
112, 10syl 17 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) → 𝐴 ≠ ∅)
12 simplll 773 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) → 𝜑)
13 iunconn.4 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑘𝐴) → 𝑃𝐵)
1413ralrimiva 3182 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ∀𝑘𝐴 𝑃𝐵)
1512, 14syl 17 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) → ∀𝑘𝐴 𝑃𝐵)
16 r19.2z 4440 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ≠ ∅ ∧ ∀𝑘𝐴 𝑃𝐵) → ∃𝑘𝐴 𝑃𝐵)
1711, 15, 16syl2anc 586 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) → ∃𝑘𝐴 𝑃𝐵)
18 eliun 4923 . . . . . . . 8 (𝑃 𝑘𝐴 𝐵 ↔ ∃𝑘𝐴 𝑃𝐵)
1917, 18sylibr 236 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) → 𝑃 𝑘𝐴 𝐵)
201, 19sseldd 3968 . . . . . 6 ((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) → 𝑃 ∈ (𝑢𝑣))
21 elun 4125 . . . . . 6 (𝑃 ∈ (𝑢𝑣) ↔ (𝑃𝑢𝑃𝑣))
2220, 21sylib 220 . . . . 5 ((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) → (𝑃𝑢𝑃𝑣))
23 iunconn.2 . . . . . . . 8 (𝜑𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋))
2412, 23syl 17 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) → 𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋))
25 iunconn.3 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑘𝐴) → 𝐵𝑋)
2612, 25sylan 582 . . . . . . 7 (((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) ∧ 𝑘𝐴) → 𝐵𝑋)
2712, 13sylan 582 . . . . . . 7 (((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) ∧ 𝑘𝐴) → 𝑃𝐵)
28 iunconn.5 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑘𝐴) → (𝐽t 𝐵) ∈ Conn)
2912, 28sylan 582 . . . . . . 7 (((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) ∧ 𝑘𝐴) → (𝐽t 𝐵) ∈ Conn)
30 simpllr 774 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) → (𝑢𝐽𝑣𝐽))
3130simpld 497 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) → 𝑢𝐽)
3230simprd 498 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) → 𝑣𝐽)
33 simplr2 1212 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) → (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅)
34 simplr3 1213 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) → (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))
35 nfv 1915 . . . . . . . . 9 𝑘(𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽))
36 nfcv 2977 . . . . . . . . . . . 12 𝑘𝑢
37 nfiu1 4953 . . . . . . . . . . . 12 𝑘 𝑘𝐴 𝐵
3836, 37nfin 4193 . . . . . . . . . . 11 𝑘(𝑢 𝑘𝐴 𝐵)
39 nfcv 2977 . . . . . . . . . . 11 𝑘
4038, 39nfne 3119 . . . . . . . . . 10 𝑘(𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅
41 nfcv 2977 . . . . . . . . . . . 12 𝑘𝑣
4241, 37nfin 4193 . . . . . . . . . . 11 𝑘(𝑣 𝑘𝐴 𝐵)
4342, 39nfne 3119 . . . . . . . . . 10 𝑘(𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅
44 nfcv 2977 . . . . . . . . . . 11 𝑘(𝑢𝑣)
45 nfcv 2977 . . . . . . . . . . . 12 𝑘𝑋
4645, 37nfdif 4102 . . . . . . . . . . 11 𝑘(𝑋 𝑘𝐴 𝐵)
4744, 46nfss 3960 . . . . . . . . . 10 𝑘(𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵)
4840, 43, 47nf3an 1902 . . . . . . . . 9 𝑘((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))
4935, 48nfan 1900 . . . . . . . 8 𝑘((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵)))
5036, 41nfun 4141 . . . . . . . . 9 𝑘(𝑢𝑣)
5137, 50nfss 3960 . . . . . . . 8 𝑘 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)
5249, 51nfan 1900 . . . . . . 7 𝑘(((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣))
5324, 26, 27, 29, 31, 32, 33, 34, 1, 52iunconnlem 22035 . . . . . 6 ((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) → ¬ 𝑃𝑢)
54 incom 4178 . . . . . . . 8 (𝑣𝑢) = (𝑢𝑣)
5554, 34eqsstrid 4015 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) → (𝑣𝑢) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))
56 uncom 4129 . . . . . . . 8 (𝑢𝑣) = (𝑣𝑢)
571, 56sseqtrdi 4017 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) → 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑣𝑢))
5824, 26, 27, 29, 32, 31, 2, 55, 57, 52iunconnlem 22035 . . . . . 6 ((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) → ¬ 𝑃𝑣)
59 ioran 980 . . . . . 6 (¬ (𝑃𝑢𝑃𝑣) ↔ (¬ 𝑃𝑢 ∧ ¬ 𝑃𝑣))
6053, 58, 59sylanbrc 585 . . . . 5 ((((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) ∧ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)) → ¬ (𝑃𝑢𝑃𝑣))
6122, 60pm2.65da 815 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) ∧ ((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵))) → ¬ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣))
6261ex 415 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑢𝐽𝑣𝐽)) → (((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵)) → ¬ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)))
6362ralrimivva 3191 . 2 (𝜑 → ∀𝑢𝐽𝑣𝐽 (((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵)) → ¬ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣)))
6425ralrimiva 3182 . . . 4 (𝜑 → ∀𝑘𝐴 𝐵𝑋)
65 iunss 4969 . . . 4 ( 𝑘𝐴 𝐵𝑋 ↔ ∀𝑘𝐴 𝐵𝑋)
6664, 65sylibr 236 . . 3 (𝜑 𝑘𝐴 𝐵𝑋)
67 connsub 22029 . . 3 ((𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) ∧ 𝑘𝐴 𝐵𝑋) → ((𝐽t 𝑘𝐴 𝐵) ∈ Conn ↔ ∀𝑢𝐽𝑣𝐽 (((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵)) → ¬ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣))))
6823, 66, 67syl2anc 586 . 2 (𝜑 → ((𝐽t 𝑘𝐴 𝐵) ∈ Conn ↔ ∀𝑢𝐽𝑣𝐽 (((𝑢 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑣 𝑘𝐴 𝐵) ≠ ∅ ∧ (𝑢𝑣) ⊆ (𝑋 𝑘𝐴 𝐵)) → ¬ 𝑘𝐴 𝐵 ⊆ (𝑢𝑣))))
6963, 68mpbird 259 1 (𝜑 → (𝐽t 𝑘𝐴 𝐵) ∈ Conn)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 208  wa 398  wo 843  w3a 1083  wex 1780  wcel 2114  wne 3016  wral 3138  wrex 3139  cdif 3933  cun 3934  cin 3935  wss 3936  c0 4291   ciun 4919  cfv 6355  (class class class)co 7156  t crest 16694  TopOnctopon 21518  Conncconn 22019
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2145  ax-11 2161  ax-12 2177  ax-ext 2793  ax-rep 5190  ax-sep 5203  ax-nul 5210  ax-pow 5266  ax-pr 5330  ax-un 7461
This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 844  df-3or 1084  df-3an 1085  df-tru 1540  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2070  df-mo 2622  df-eu 2654  df-clab 2800  df-cleq 2814  df-clel 2893  df-nfc 2963  df-ne 3017  df-ral 3143  df-rex 3144  df-reu 3145  df-rab 3147  df-v 3496  df-sbc 3773  df-csb 3884  df-dif 3939  df-un 3941  df-in 3943  df-ss 3952  df-pss 3954  df-nul 4292  df-if 4468  df-pw 4541  df-sn 4568  df-pr 4570  df-tp 4572  df-op 4574  df-uni 4839  df-int 4877  df-iun 4921  df-br 5067  df-opab 5129  df-mpt 5147  df-tr 5173  df-id 5460  df-eprel 5465  df-po 5474  df-so 5475  df-fr 5514  df-we 5516  df-xp 5561  df-rel 5562  df-cnv 5563  df-co 5564  df-dm 5565  df-rn 5566  df-res 5567  df-ima 5568  df-pred 6148  df-ord 6194  df-on 6195  df-lim 6196  df-suc 6197  df-iota 6314  df-fun 6357  df-fn 6358  df-f 6359  df-f1 6360  df-fo 6361  df-f1o 6362  df-fv 6363  df-ov 7159  df-oprab 7160  df-mpo 7161  df-om 7581  df-1st 7689  df-2nd 7690  df-wrecs 7947  df-recs 8008  df-rdg 8046  df-oadd 8106  df-er 8289  df-en 8510  df-fin 8513  df-fi 8875  df-rest 16696  df-topgen 16717  df-top 21502  df-topon 21519  df-bases 21554  df-cld 21627  df-conn 22020
This theorem is referenced by:  unconn  22037  conncompconn  22040
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