Users' Mathboxes Mathbox for Richard Penner < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  ntrneik4w Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem ntrneik4w 44113
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 𝑗m 𝑖) ↦ (𝑙𝑗 ↦ {𝑚𝑖𝑙 ∈ (𝑘𝑚)})))
ntrnei.f 𝐹 = (𝒫 𝐵𝑂𝐵)
ntrnei.r (𝜑𝐼𝐹𝑁)
Assertion
Ref Expression
ntrneik4w (𝜑 → (∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵(𝐼‘(𝐼𝑠)) = (𝐼𝑠) ↔ ∀𝑥𝐵𝑠 ∈ 𝒫 𝐵(𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥))))
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
StepHypRef Expression
1 dfcleq 2730 . . . . 5 ((𝐼𝑠) = (𝐼‘(𝐼𝑠)) ↔ ∀𝑥(𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))))
2 eqcom 2744 . . . . 5 ((𝐼‘(𝐼𝑠)) = (𝐼𝑠) ↔ (𝐼𝑠) = (𝐼‘(𝐼𝑠)))
3 ralv 3508 . . . . 5 (∀𝑥 ∈ V (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))) ↔ ∀𝑥(𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))))
41, 2, 33bitr4i 303 . . . 4 ((𝐼‘(𝐼𝑠)) = (𝐼𝑠) ↔ ∀𝑥 ∈ V (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))))
5 ssv 4008 . . . . . . 7 𝐵 ⊆ V
65a1i 11 . . . . . 6 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → 𝐵 ⊆ V)
7 vex 3484 . . . . . . . . 9 𝑥 ∈ V
8 eldif 3961 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ (V ∖ 𝐵) ↔ (𝑥 ∈ V ∧ ¬ 𝑥𝐵))
97, 8mpbiran 709 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ (V ∖ 𝐵) ↔ ¬ 𝑥𝐵)
10 ntrnei.o . . . . . . . . . . . . . . . 16 𝑂 = (𝑖 ∈ V, 𝑗 ∈ V ↦ (𝑘 ∈ (𝒫 𝑗m 𝑖) ↦ (𝑙𝑗 ↦ {𝑚𝑖𝑙 ∈ (𝑘𝑚)})))
11 ntrnei.f . . . . . . . . . . . . . . . 16 𝐹 = (𝒫 𝐵𝑂𝐵)
12 ntrnei.r . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑𝐼𝐹𝑁)
1310, 11, 12ntrneiiex 44089 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑𝐼 ∈ (𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵))
14 elmapi 8889 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐼 ∈ (𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵) → 𝐼:𝒫 𝐵⟶𝒫 𝐵)
1513, 14syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑𝐼:𝒫 𝐵⟶𝒫 𝐵)
1615ffvelcdmda 7104 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼𝑠) ∈ 𝒫 𝐵)
1716elpwid 4609 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼𝑠) ⊆ 𝐵)
1817sseld 3982 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) → 𝑥𝐵))
1918con3dimp 408 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ ¬ 𝑥𝐵) → ¬ 𝑥 ∈ (𝐼𝑠))
2015adantr 480 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → 𝐼:𝒫 𝐵⟶𝒫 𝐵)
2120, 16ffvelcdmd 7105 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼‘(𝐼𝑠)) ∈ 𝒫 𝐵)
2221elpwid 4609 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼‘(𝐼𝑠)) ⊆ 𝐵)
2322sseld 3982 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠)) → 𝑥𝐵))
2423con3dimp 408 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ ¬ 𝑥𝐵) → ¬ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠)))
2519, 242falsed 376 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ ¬ 𝑥𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))))
2625ex 412 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (¬ 𝑥𝐵 → (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠)))))
279, 26biimtrid 242 . . . . . . 7 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝑥 ∈ (V ∖ 𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠)))))
2827ralrimiv 3145 . . . . . 6 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → ∀𝑥 ∈ (V ∖ 𝐵)(𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))))
296, 28raldifeq 4494 . . . . 5 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑥𝐵 (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))) ↔ ∀𝑥 ∈ V (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠)))))
3012adantr 480 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → 𝐼𝐹𝑁)
3130adantr 480 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → 𝐼𝐹𝑁)
32 simpr 484 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑥𝐵)
33 simplr 769 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵)
3410, 11, 31, 32, 33ntrneiel 44094 . . . . . . 7 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑠 ∈ (𝑁𝑥)))
3516adantr 480 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → (𝐼𝑠) ∈ 𝒫 𝐵)
3610, 11, 31, 32, 35ntrneiel 44094 . . . . . . 7 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠)) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥)))
3734, 36bibi12d 345 . . . . . 6 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))) ↔ (𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥))))
3837ralbidva 3176 . . . . 5 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑥𝐵 (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))) ↔ ∀𝑥𝐵 (𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥))))
3929, 38bitr3d 281 . . . 4 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑥 ∈ V (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))) ↔ ∀𝑥𝐵 (𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥))))
404, 39bitrid 283 . . 3 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → ((𝐼‘(𝐼𝑠)) = (𝐼𝑠) ↔ ∀𝑥𝐵 (𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥))))
4140ralbidva 3176 . 2 (𝜑 → (∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵(𝐼‘(𝐼𝑠)) = (𝐼𝑠) ↔ ∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵 (𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥))))
42 ralcom 3289 . 2 (∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵 (𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥)) ↔ ∀𝑥𝐵𝑠 ∈ 𝒫 𝐵(𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥)))
4341, 42bitrdi 287 1 (𝜑 → (∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵(𝐼‘(𝐼𝑠)) = (𝐼𝑠) ↔ ∀𝑥𝐵𝑠 ∈ 𝒫 𝐵(𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 206  wa 395  wal 1538   = wceq 1540  wcel 2108  wral 3061  {crab 3436  Vcvv 3480  cdif 3948  wss 3951  𝒫 cpw 4600   class class class wbr 5143  cmpt 5225  wf 6557  cfv 6561  (class class class)co 7431  cmpo 7433  m cmap 8866
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2157  ax-12 2177  ax-ext 2708  ax-rep 5279  ax-sep 5296  ax-nul 5306  ax-pow 5365  ax-pr 5432  ax-un 7755
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3an 1089  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2065  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2729  df-clel 2816  df-nfc 2892  df-ne 2941  df-ral 3062  df-rex 3071  df-reu 3381  df-rab 3437  df-v 3482  df-sbc 3789  df-csb 3900  df-dif 3954  df-un 3956  df-in 3958  df-ss 3968  df-nul 4334  df-if 4526  df-pw 4602  df-sn 4627  df-pr 4629  df-op 4633  df-uni 4908  df-iun 4993  df-br 5144  df-opab 5206  df-mpt 5226  df-id 5578  df-xp 5691  df-rel 5692  df-cnv 5693  df-co 5694  df-dm 5695  df-rn 5696  df-res 5697  df-ima 5698  df-iota 6514  df-fun 6563  df-fn 6564  df-f 6565  df-f1 6566  df-fo 6567  df-f1o 6568  df-fv 6569  df-ov 7434  df-oprab 7435  df-mpo 7436  df-1st 8014  df-2nd 8015  df-map 8868
This theorem is referenced by:  ntrneik4  44114
  Copyright terms: Public domain W3C validator