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Theorem ntrneikb 39942
Description: The interiors of disjoint sets are disjoint if and only if the neighborhoods of every point contain no disjoint sets. (Contributed by RP, 11-Jun-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
ntrneikb (𝜑 → (∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵((𝑠𝑡) = ∅ → ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) = ∅) ↔ ∀𝑥𝐵𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵((𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ∧ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
Distinct variable groups:   𝐵,𝑖,𝑗,𝑘,𝑙,𝑚,𝑠,𝑡,𝑥   𝑘,𝐼,𝑙,𝑚,𝑥   𝜑,𝑖,𝑗,𝑘,𝑙,𝑠,𝑡,𝑥
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑚)   𝐹(𝑥,𝑡,𝑖,𝑗,𝑘,𝑚,𝑠,𝑙)   𝐼(𝑡,𝑖,𝑗,𝑠)   𝑁(𝑥,𝑡,𝑖,𝑗,𝑘,𝑚,𝑠,𝑙)   𝑂(𝑥,𝑡,𝑖,𝑗,𝑘,𝑚,𝑠,𝑙)

Proof of Theorem ntrneikb
StepHypRef Expression
1 con34b 317 . . . . . . 7 (((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ (¬ (𝑠𝑡) ≠ ∅ → ¬ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡))))
21albii 1802 . . . . . 6 (∀𝑥((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ ∀𝑥(¬ (𝑠𝑡) ≠ ∅ → ¬ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡))))
3 19.21v 1918 . . . . . 6 (∀𝑥(¬ (𝑠𝑡) ≠ ∅ → ¬ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡))) ↔ (¬ (𝑠𝑡) ≠ ∅ → ∀𝑥 ¬ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡))))
4 nne 2987 . . . . . . 7 (¬ (𝑠𝑡) ≠ ∅ ↔ (𝑠𝑡) = ∅)
5 elin 4092 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) ↔ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)))
65imbi1i 351 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) → 𝑥 ∈ ∅) ↔ ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → 𝑥 ∈ ∅))
7 noel 4218 . . . . . . . . . . 11 ¬ 𝑥 ∈ ∅
8 imnot 367 . . . . . . . . . . 11 𝑥 ∈ ∅ → (((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → 𝑥 ∈ ∅) ↔ ¬ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡))))
97, 8ax-mp 5 . . . . . . . . . 10 (((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → 𝑥 ∈ ∅) ↔ ¬ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)))
106, 9bitr2i 277 . . . . . . . . 9 (¬ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) ↔ (𝑥 ∈ ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) → 𝑥 ∈ ∅))
1110albii 1802 . . . . . . . 8 (∀𝑥 ¬ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) ↔ ∀𝑥(𝑥 ∈ ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) → 𝑥 ∈ ∅))
12 dfss2 3879 . . . . . . . 8 (((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) ⊆ ∅ ↔ ∀𝑥(𝑥 ∈ ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) → 𝑥 ∈ ∅))
13 ss0b 4273 . . . . . . . 8 (((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) ⊆ ∅ ↔ ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) = ∅)
1411, 12, 133bitr2i 300 . . . . . . 7 (∀𝑥 ¬ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) ↔ ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) = ∅)
154, 14imbi12i 352 . . . . . 6 ((¬ (𝑠𝑡) ≠ ∅ → ∀𝑥 ¬ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡))) ↔ ((𝑠𝑡) = ∅ → ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) = ∅))
162, 3, 153bitrri 299 . . . . 5 (((𝑠𝑡) = ∅ → ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) = ∅) ↔ ∀𝑥((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅))
17 ntrnei.o . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 𝑂 = (𝑖 ∈ V, 𝑗 ∈ V ↦ (𝑘 ∈ (𝒫 𝑗𝑚 𝑖) ↦ (𝑙𝑗 ↦ {𝑚𝑖𝑙 ∈ (𝑘𝑚)})))
18 ntrnei.f . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 𝐹 = (𝒫 𝐵𝑂𝐵)
19 ntrnei.r . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝜑𝐼𝐹𝑁)
2017, 18, 19ntrneiiex 39924 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝜑𝐼 ∈ (𝒫 𝐵𝑚 𝒫 𝐵))
21 elmapi 8281 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝐼 ∈ (𝒫 𝐵𝑚 𝒫 𝐵) → 𝐼:𝒫 𝐵⟶𝒫 𝐵)
2220, 21syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝜑𝐼:𝒫 𝐵⟶𝒫 𝐵)
2322ffvelrnda 6719 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼𝑠) ∈ 𝒫 𝐵)
2423adantr 481 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼𝑠) ∈ 𝒫 𝐵)
2524elpwid 4467 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼𝑠) ⊆ 𝐵)
2625sseld 3890 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) → 𝑥𝐵))
2726adantrd 492 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → 𝑥𝐵))
2827imp 407 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡))) → 𝑥𝐵)
29 biimt 362 . . . . . . . . . . 11 (𝑥𝐵 → ((𝑠𝑡) ≠ ∅ ↔ (𝑥𝐵 → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
3028, 29syl 17 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡))) → ((𝑠𝑡) ≠ ∅ ↔ (𝑥𝐵 → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
3130pm5.74da 800 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → (((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑥𝐵 → (𝑠𝑡) ≠ ∅))))
32 bi2.04 389 . . . . . . . . 9 (((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑥𝐵 → (𝑠𝑡) ≠ ∅)) ↔ (𝑥𝐵 → ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
3331, 32syl6bb 288 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → (((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ (𝑥𝐵 → ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅))))
3433albidv 1899 . . . . . . 7 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑥((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ ∀𝑥(𝑥𝐵 → ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅))))
35 df-ral 3109 . . . . . . 7 (∀𝑥𝐵 ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ ∀𝑥(𝑥𝐵 → ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
3634, 35syl6bbr 290 . . . . . 6 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑥((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ ∀𝑥𝐵 ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
3719ad3antrrr 726 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → 𝐼𝐹𝑁)
38 simpr 485 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑥𝐵)
39 simpllr 772 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵)
4017, 18, 37, 38, 39ntrneiel 39929 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑠 ∈ (𝑁𝑥)))
41 simplr 765 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵)
4217, 18, 37, 38, 41ntrneiel 39929 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼𝑡) ↔ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥)))
4340, 42anbi12d 630 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) ↔ (𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ∧ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥))))
4443imbi1d 343 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → (((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ ((𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ∧ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
4544ralbidva 3162 . . . . . 6 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑥𝐵 ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ ∀𝑥𝐵 ((𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ∧ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
4636, 45bitrd 280 . . . . 5 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑥((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ ∀𝑥𝐵 ((𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ∧ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
4716, 46syl5bb 284 . . . 4 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → (((𝑠𝑡) = ∅ → ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) = ∅) ↔ ∀𝑥𝐵 ((𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ∧ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
4847ralbidva 3162 . . 3 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑡 ∈ 𝒫 𝐵((𝑠𝑡) = ∅ → ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) = ∅) ↔ ∀𝑡 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵 ((𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ∧ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
4948ralbidva 3162 . 2 (𝜑 → (∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵((𝑠𝑡) = ∅ → ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) = ∅) ↔ ∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵 ((𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ∧ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
50 ralrot3 3321 . 2 (∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵 ((𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ∧ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ ∀𝑥𝐵𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵((𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ∧ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅))
5149, 50syl6bb 288 1 (𝜑 → (∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵((𝑠𝑡) = ∅ → ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) = ∅) ↔ ∀𝑥𝐵𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵((𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ∧ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 207  wa 396  wal 1520   = wceq 1522  wcel 2080  wne 2983  wral 3104  {crab 3108  Vcvv 3436  cin 3860  wss 3861  c0 4213  𝒫 cpw 4455   class class class wbr 4964  cmpt 5043  wf 6224  cfv 6228  (class class class)co 7019  cmpo 7021  𝑚 cmap 8259
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-rep 5084  ax-sep 5097  ax-nul 5104  ax-pow 5160  ax-pr 5224  ax-un 7322
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-ral 3109  df-rex 3110  df-reu 3111  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-iun 4829  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-fn 6231  df-f 6232  df-f1 6233  df-fo 6234  df-f1o 6235  df-fv 6236  df-ov 7022  df-oprab 7023  df-mpo 7024  df-1st 7548  df-2nd 7549  df-map 8261
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