Theorem ntrneik4w 41710

Description: Idempotence of the interior function is equivalent to saying a set is a neighborhood of a point if and only if the interior of the set is a neighborhood of a point. (Contributed by RP, 11-Jul-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
ntrnei.o	⊢ 𝑂 = (𝑖 ∈ V, 𝑗 ∈ V ↦ (𝑘 ∈ (𝒫 𝑗 ↑m 𝑖) ↦ (𝑙 ∈ 𝑗 ↦ {𝑚 ∈ 𝑖 ∣ 𝑙 ∈ (𝑘‘𝑚)})))
ntrnei.f	⊢ 𝐹 = (𝒫 𝐵𝑂𝐵)
ntrnei.r	⊢ (𝜑 → 𝐼𝐹𝑁)

Assertion

Ref	Expression
ntrneik4w	⊢ (𝜑 → (∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵(𝐼‘(𝐼‘𝑠)) = (𝐼‘𝑠) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵(𝑠 ∈ (𝑁‘𝑥) ↔ (𝐼‘𝑠) ∈ (𝑁‘𝑥))))

Distinct variable groups:   𝐵,𝑖,𝑗,𝑘,𝑙,𝑚,𝑠,𝑥   𝑘,𝐼,𝑙,𝑚,𝑥   𝜑,𝑖,𝑗,𝑘,𝑙,𝑠,𝑥

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑚)   𝐹(𝑥,𝑖,𝑗,𝑘,𝑚,𝑠,𝑙)   𝐼(𝑖,𝑗,𝑠)   𝑁(𝑥,𝑖,𝑗,𝑘,𝑚,𝑠,𝑙)   𝑂(𝑥,𝑖,𝑗,𝑘,𝑚,𝑠,𝑙)

Proof of Theorem ntrneik4w

Step	Hyp	Ref	Expression
1		dfcleq 2731	. . . . 5 ⊢ ((𝐼‘𝑠) = (𝐼‘(𝐼‘𝑠)) ↔ ∀𝑥(𝑥 ∈ (𝐼‘𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼‘𝑠))))
2		eqcom 2745	. . . . 5 ⊢ ((𝐼‘(𝐼‘𝑠)) = (𝐼‘𝑠) ↔ (𝐼‘𝑠) = (𝐼‘(𝐼‘𝑠)))
3		ralv 3456	. . . . 5 ⊢ (∀𝑥 ∈ V (𝑥 ∈ (𝐼‘𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼‘𝑠))) ↔ ∀𝑥(𝑥 ∈ (𝐼‘𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼‘𝑠))))
4	1, 2, 3	3bitr4i 303	. . . 4 ⊢ ((𝐼‘(𝐼‘𝑠)) = (𝐼‘𝑠) ↔ ∀𝑥 ∈ V (𝑥 ∈ (𝐼‘𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼‘𝑠))))
5		ssv 3945	. . . . . . 7 ⊢ 𝐵 ⊆ V
6	5	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → 𝐵 ⊆ V)
7		vex 3436	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑥 ∈ V
8		eldif 3897	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ (V ∖ 𝐵) ↔ (𝑥 ∈ V ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝐵))
9	7, 8	mpbiran 706	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ (V ∖ 𝐵) ↔ ¬ 𝑥 ∈ 𝐵)
10		ntrnei.o	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ 𝑂 = (𝑖 ∈ V, 𝑗 ∈ V ↦ (𝑘 ∈ (𝒫 𝑗 ↑m 𝑖) ↦ (𝑙 ∈ 𝑗 ↦ {𝑚 ∈ 𝑖 ∣ 𝑙 ∈ (𝑘‘𝑚)})))
11		ntrnei.f	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ 𝐹 = (𝒫 𝐵𝑂𝐵)
12		ntrnei.r	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝜑 → 𝐼𝐹𝑁)
13	10, 11, 12	ntrneiiex 41686	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝜑 → 𝐼 ∈ (𝒫 𝐵 ↑m 𝒫 𝐵))
14		elmapi 8637	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝐼 ∈ (𝒫 𝐵 ↑m 𝒫 𝐵) → 𝐼:𝒫 𝐵⟶𝒫 𝐵)
15	13, 14	syl 17	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝜑 → 𝐼:𝒫 𝐵⟶𝒫 𝐵)
16	15	ffvelrnda 6961	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼‘𝑠) ∈ 𝒫 𝐵)
17	16	elpwid 4544	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼‘𝑠) ⊆ 𝐵)
18	17	sseld 3920	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼‘𝑠) → 𝑥 ∈ 𝐵))
19	18	con3dimp 409	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝐵) → ¬ 𝑥 ∈ (𝐼‘𝑠))
20	15	adantr 481	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → 𝐼:𝒫 𝐵⟶𝒫 𝐵)
21	20, 16	ffvelrnd 6962	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼‘(𝐼‘𝑠)) ∈ 𝒫 𝐵)
22	21	elpwid 4544	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼‘(𝐼‘𝑠)) ⊆ 𝐵)
23	22	sseld 3920	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼‘𝑠)) → 𝑥 ∈ 𝐵))
24	23	con3dimp 409	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝐵) → ¬ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼‘𝑠)))
25	19, 24	2falsed 377	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼‘𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼‘𝑠))))
26	25	ex 413	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (¬ 𝑥 ∈ 𝐵 → (𝑥 ∈ (𝐼‘𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼‘𝑠)))))
27	9, 26	syl5bi 241	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝑥 ∈ (V ∖ 𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼‘𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼‘𝑠)))))
28	27	ralrimiv 3102	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → ∀𝑥 ∈ (V ∖ 𝐵)(𝑥 ∈ (𝐼‘𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼‘𝑠))))
29	6, 28	raldifeq 4424	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑥 ∈ 𝐵 (𝑥 ∈ (𝐼‘𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼‘𝑠))) ↔ ∀𝑥 ∈ V (𝑥 ∈ (𝐼‘𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼‘𝑠)))))
30	12	adantr 481	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → 𝐼𝐹𝑁)
31	30	adantr 481	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → 𝐼𝐹𝑁)
32		simpr 485	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → 𝑥 ∈ 𝐵)
33		simplr 766	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵)
34	10, 11, 31, 32, 33	ntrneiel 41691	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼‘𝑠) ↔ 𝑠 ∈ (𝑁‘𝑥)))
35	16	adantr 481	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → (𝐼‘𝑠) ∈ 𝒫 𝐵)
36	10, 11, 31, 32, 35	ntrneiel 41691	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼‘𝑠)) ↔ (𝐼‘𝑠) ∈ (𝑁‘𝑥)))
37	34, 36	bibi12d 346	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥 ∈ 𝐵) → ((𝑥 ∈ (𝐼‘𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼‘𝑠))) ↔ (𝑠 ∈ (𝑁‘𝑥) ↔ (𝐼‘𝑠) ∈ (𝑁‘𝑥))))
38	37	ralbidva 3111	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑥 ∈ 𝐵 (𝑥 ∈ (𝐼‘𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼‘𝑠))) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐵 (𝑠 ∈ (𝑁‘𝑥) ↔ (𝐼‘𝑠) ∈ (𝑁‘𝑥))))
39	29, 38	bitr3d 280	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑥 ∈ V (𝑥 ∈ (𝐼‘𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼‘𝑠))) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐵 (𝑠 ∈ (𝑁‘𝑥) ↔ (𝐼‘𝑠) ∈ (𝑁‘𝑥))))
40	4, 39	bitrid 282	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → ((𝐼‘(𝐼‘𝑠)) = (𝐼‘𝑠) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐵 (𝑠 ∈ (𝑁‘𝑥) ↔ (𝐼‘𝑠) ∈ (𝑁‘𝑥))))
41	40	ralbidva 3111	. 2 ⊢ (𝜑 → (∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵(𝐼‘(𝐼‘𝑠)) = (𝐼‘𝑠) ↔ ∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵∀𝑥 ∈ 𝐵 (𝑠 ∈ (𝑁‘𝑥) ↔ (𝐼‘𝑠) ∈ (𝑁‘𝑥))))
42		ralcom 3166	. 2 ⊢ (∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵∀𝑥 ∈ 𝐵 (𝑠 ∈ (𝑁‘𝑥) ↔ (𝐼‘𝑠) ∈ (𝑁‘𝑥)) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵(𝑠 ∈ (𝑁‘𝑥) ↔ (𝐼‘𝑠) ∈ (𝑁‘𝑥)))
43	41, 42	bitrdi 287	1 ⊢ (𝜑 → (∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵(𝐼‘(𝐼‘𝑠)) = (𝐼‘𝑠) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵(𝑠 ∈ (𝑁‘𝑥) ↔ (𝐼‘𝑠) ∈ (𝑁‘𝑥))))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 396  ∀wal 1537   = wceq 1539   ∈ wcel 2106  ∀wral 3064  {crab 3068  Vcvv 3432   ∖ cdif 3884   ⊆ wss 3887  𝒫 cpw 4533   class class class wbr 5074   ↦ cmpt 5157  ⟶wf 6429  ‘cfv 6433  (class class class)co 7275   ∈ cmpo 7277   ↑_m cmap 8615

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 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2709  ax-rep 5209  ax-sep 5223  ax-nul 5230  ax-pow 5288  ax-pr 5352  ax-un 7588

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 845  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2068  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2816  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-ral 3069  df-rex 3070  df-reu 3072  df-rab 3073  df-v 3434  df-sbc 3717  df-csb 3833  df-dif 3890  df-un 3892  df-in 3894  df-ss 3904  df-nul 4257  df-if 4460  df-pw 4535  df-sn 4562  df-pr 4564  df-op 4568  df-uni 4840  df-iun 4926  df-br 5075  df-opab 5137  df-mpt 5158  df-id 5489  df-xp 5595  df-rel 5596  df-cnv 5597  df-co 5598  df-dm 5599  df-rn 5600  df-res 5601  df-ima 5602  df-iota 6391  df-fun 6435  df-fn 6436  df-f 6437  df-f1 6438  df-fo 6439  df-f1o 6440  df-fv 6441  df-ov 7278  df-oprab 7279  df-mpo 7280  df-1st 7831  df-2nd 7832  df-map 8617

This theorem is referenced by:  ntrneik4  41711