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Theorem ntrneikb 44853
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 319 . . . . . . 7 (((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ (¬ (𝑠𝑡) ≠ ∅ → ¬ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡))))
21albii 1852 . . . . . 6 (∀𝑥((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ ∀𝑥(¬ (𝑠𝑡) ≠ ∅ → ¬ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡))))
3 19.21v 1972 . . . . . 6 (∀𝑥(¬ (𝑠𝑡) ≠ ∅ → ¬ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡))) ↔ (¬ (𝑠𝑡) ≠ ∅ → ∀𝑥 ¬ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡))))
4 nne 2964 . . . . . . 7 (¬ (𝑠𝑡) ≠ ∅ ↔ (𝑠𝑡) = ∅)
5 elin 3922 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) ↔ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)))
65imbi1i 352 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) → 𝑥 ∈ ∅) ↔ ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → 𝑥 ∈ ∅))
7 noel 4291 . . . . . . . . . . 11 ¬ 𝑥 ∈ ∅
8 imnot 368 . . . . . . . . . . 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 279 . . . . . . . . 9 (¬ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) ↔ (𝑥 ∈ ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) → 𝑥 ∈ ∅))
1110albii 1852 . . . . . . . 8 (∀𝑥 ¬ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) ↔ ∀𝑥(𝑥 ∈ ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) → 𝑥 ∈ ∅))
12 df-ss 3923 . . . . . . . 8 (((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) ⊆ ∅ ↔ ∀𝑥(𝑥 ∈ ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) → 𝑥 ∈ ∅))
13 ss0b 4358 . . . . . . . 8 (((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) ⊆ ∅ ↔ ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) = ∅)
1411, 12, 133bitr2i 302 . . . . . . 7 (∀𝑥 ¬ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) ↔ ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) = ∅)
154, 14imbi12i 353 . . . . . 6 ((¬ (𝑠𝑡) ≠ ∅ → ∀𝑥 ¬ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡))) ↔ ((𝑠𝑡) = ∅ → ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) = ∅))
162, 3, 153bitrri 301 . . . . 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 44835 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝜑𝐼 ∈ (𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵))
21 elmapi 8848 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝐼 ∈ (𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵) → 𝐼:𝒫 𝐵⟶𝒫 𝐵)
2220, 21syl 18 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝜑𝐼:𝒫 𝐵⟶𝒫 𝐵)
2322ffvelcdmda 7083 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼𝑠) ∈ 𝒫 𝐵)
2423adantr 486 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼𝑠) ∈ 𝒫 𝐵)
2524elpwid 4573 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼𝑠) ⊆ 𝐵)
2625sseld 3937 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) → 𝑥𝐵))
2726adantrd 497 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → 𝑥𝐵))
2827imp 412 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡))) → 𝑥𝐵)
29 biimt 363 . . . . . . . . . . 11 (𝑥𝐵 → ((𝑠𝑡) ≠ ∅ ↔ (𝑥𝐵 → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
3028, 29syl 18 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡))) → ((𝑠𝑡) ≠ ∅ ↔ (𝑥𝐵 → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
3130pm5.74da 816 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → (((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑥𝐵 → (𝑠𝑡) ≠ ∅))))
32 bi2.04 392 . . . . . . . . 9 (((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑥𝐵 → (𝑠𝑡) ≠ ∅)) ↔ (𝑥𝐵 → ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
3331, 32bitrdi 290 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → (((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ (𝑥𝐵 → ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅))))
3433albidv 1953 . . . . . . 7 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑥((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ ∀𝑥(𝑥𝐵 → ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅))))
35 df-ral 3082 . . . . . . 7 (∀𝑥𝐵 ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ ∀𝑥(𝑥𝐵 → ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
3634, 35bitr4di 292 . . . . . 6 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑥((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ ∀𝑥𝐵 ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
3719ad3antrrr 743 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → 𝐼𝐹𝑁)
38 simpr 490 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑥𝐵)
39 simpllr 788 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵)
4017, 18, 37, 38, 39ntrneiel 44840 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑠 ∈ (𝑁𝑥)))
41 simplr 781 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵)
4217, 18, 37, 38, 41ntrneiel 44840 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼𝑡) ↔ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥)))
4340, 42anbi12d 644 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) ↔ (𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ∧ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥))))
4443imbi1d 344 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → (((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ ((𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ∧ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
4544ralbidva 3188 . . . . . 6 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑥𝐵 ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ ∀𝑥𝐵 ((𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ∧ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
4636, 45bitrd 282 . . . . 5 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑥((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ∧ 𝑥 ∈ (𝐼𝑡)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ ∀𝑥𝐵 ((𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ∧ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
4716, 46bitrid 286 . . . 4 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵) → (((𝑠𝑡) = ∅ → ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) = ∅) ↔ ∀𝑥𝐵 ((𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ∧ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
4847ralbidva 3188 . . 3 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑡 ∈ 𝒫 𝐵((𝑠𝑡) = ∅ → ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) = ∅) ↔ ∀𝑡 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵 ((𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ∧ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
4948ralbidva 3188 . 2 (𝜑 → (∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵((𝑠𝑡) = ∅ → ((𝐼𝑠) ∩ (𝐼𝑡)) = ∅) ↔ ∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵 ((𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ∧ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅)))
50 ralrot3 3298 . 2 (∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵 ((𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ∧ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅) ↔ ∀𝑥𝐵𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵((𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ∧ 𝑡 ∈ (𝑁𝑥)) → (𝑠𝑡) ≠ ∅))
5149, 50bitrdi 290 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
This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3  wi 4  wb 209  wa 401  wal 1568   = wceq 1570  wcel 2146  wne 2960  wral 3081  {crab 3418  Vcvv 3457  cin 3905  wss 3906  c0 4286  𝒫 cpw 4564   class class class wbr 5111  cmpt 5194  wf 6536  cfv 6540  (class class class)co 7416  cmpo 7418  m cmap 8826
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2148  ax-9 2156  ax-10 2179  ax-11 2195  ax-12 2216  ax-ext 2737  ax-rep 5240  ax-sep 5259  ax-nul 5271  ax-pow 5338  ax-pr 5406  ax-un 7738
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2569  df-eu 2599  df-clab 2744  df-cleq 2757  df-clel 2840  df-nfc 2914  df-ne 2961  df-ral 3082  df-rex 3092  df-reu 3372  df-rab 3419  df-v 3459  df-sbc 3747  df-csb 3855  df-dif 3909  df-un 3911  df-in 3913  df-ss 3923  df-nul 4287  df-if 4490  df-pw 4566  df-sn 4592  df-pr 4594  df-op 4598  df-uni 4875  df-iun 4960  df-br 5112  df-opab 5176  df-mpt 5195  df-id 5558  df-xp 5669  df-rel 5670  df-cnv 5671  df-co 5672  df-dm 5673  df-rn 5674  df-res 5675  df-ima 5676  df-iota 6496  df-fun 6542  df-fn 6543  df-f 6544  df-f1 6545  df-fo 6546  df-f1o 6547  df-fv 6548  df-ov 7419  df-oprab 7420  df-mpo 7421  df-1st 7988  df-2nd 7989  df-map 8828
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