Theorem bcth2 23347

Description: Baire's Category Theorem, version 2: If countably many closed sets cover 𝑋, then one of them has an interior. (Contributed by Mario Carneiro, 10-Jan-2014.)

Hypothesis

Ref	Expression
bcth.2	⊢ 𝐽 = (MetOpen‘𝐷)

Assertion

Ref	Expression
bcth2	⊢ (((𝐷 ∈ (CMet‘𝑋) ∧ 𝑋 ≠ ∅) ∧ (𝑀:ℕ⟶(Clsd‘𝐽) ∧ ∪ ran 𝑀 = 𝑋)) → ∃𝑘 ∈ ℕ ((int‘𝐽)‘(𝑀‘𝑘)) ≠ ∅)

Distinct variable groups:   𝐷,𝑘   𝑘,𝐽   𝑘,𝑀   𝑘,𝑋

Proof of Theorem bcth2

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simpll 807	. 2 ⊢ (((𝐷 ∈ (CMet‘𝑋) ∧ 𝑋 ≠ ∅) ∧ (𝑀:ℕ⟶(Clsd‘𝐽) ∧ ∪ ran 𝑀 = 𝑋)) → 𝐷 ∈ (CMet‘𝑋))
2		simprl 811	. 2 ⊢ (((𝐷 ∈ (CMet‘𝑋) ∧ 𝑋 ≠ ∅) ∧ (𝑀:ℕ⟶(Clsd‘𝐽) ∧ ∪ ran 𝑀 = 𝑋)) → 𝑀:ℕ⟶(Clsd‘𝐽))
3		cmetmet 23304	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐷 ∈ (CMet‘𝑋) → 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))
4	3	ad2antrr 764	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐷 ∈ (CMet‘𝑋) ∧ 𝑋 ≠ ∅) ∧ (𝑀:ℕ⟶(Clsd‘𝐽) ∧ ∪ ran 𝑀 = 𝑋)) → 𝐷 ∈ (Met‘𝑋))
5		metxmet 22360	. . . . . . 7 ⊢ (𝐷 ∈ (Met‘𝑋) → 𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋))
6		bcth.2	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐽 = (MetOpen‘𝐷)
7	6	mopntopon 22465	. . . . . . 7 ⊢ (𝐷 ∈ (∞Met‘𝑋) → 𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋))
8	4, 5, 7	3syl 18	. . . . . 6 ⊢ (((𝐷 ∈ (CMet‘𝑋) ∧ 𝑋 ≠ ∅) ∧ (𝑀:ℕ⟶(Clsd‘𝐽) ∧ ∪ ran 𝑀 = 𝑋)) → 𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋))
9		topontop 20940	. . . . . 6 ⊢ (𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) → 𝐽 ∈ Top)
10	8, 9	syl 17	. . . . 5 ⊢ (((𝐷 ∈ (CMet‘𝑋) ∧ 𝑋 ≠ ∅) ∧ (𝑀:ℕ⟶(Clsd‘𝐽) ∧ ∪ ran 𝑀 = 𝑋)) → 𝐽 ∈ Top)
11		simprr 813	. . . . . 6 ⊢ (((𝐷 ∈ (CMet‘𝑋) ∧ 𝑋 ≠ ∅) ∧ (𝑀:ℕ⟶(Clsd‘𝐽) ∧ ∪ ran 𝑀 = 𝑋)) → ∪ ran 𝑀 = 𝑋)
12		toponmax 20952	. . . . . . 7 ⊢ (𝐽 ∈ (TopOn‘𝑋) → 𝑋 ∈ 𝐽)
13	8, 12	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (((𝐷 ∈ (CMet‘𝑋) ∧ 𝑋 ≠ ∅) ∧ (𝑀:ℕ⟶(Clsd‘𝐽) ∧ ∪ ran 𝑀 = 𝑋)) → 𝑋 ∈ 𝐽)
14	11, 13	eqeltrd 2839	. . . . 5 ⊢ (((𝐷 ∈ (CMet‘𝑋) ∧ 𝑋 ≠ ∅) ∧ (𝑀:ℕ⟶(Clsd‘𝐽) ∧ ∪ ran 𝑀 = 𝑋)) → ∪ ran 𝑀 ∈ 𝐽)
15		isopn3i 21108	. . . . 5 ⊢ ((𝐽 ∈ Top ∧ ∪ ran 𝑀 ∈ 𝐽) → ((int‘𝐽)‘∪ ran 𝑀) = ∪ ran 𝑀)
16	10, 14, 15	syl2anc 696	. . . 4 ⊢ (((𝐷 ∈ (CMet‘𝑋) ∧ 𝑋 ≠ ∅) ∧ (𝑀:ℕ⟶(Clsd‘𝐽) ∧ ∪ ran 𝑀 = 𝑋)) → ((int‘𝐽)‘∪ ran 𝑀) = ∪ ran 𝑀)
17	16, 11	eqtrd 2794	. . 3 ⊢ (((𝐷 ∈ (CMet‘𝑋) ∧ 𝑋 ≠ ∅) ∧ (𝑀:ℕ⟶(Clsd‘𝐽) ∧ ∪ ran 𝑀 = 𝑋)) → ((int‘𝐽)‘∪ ran 𝑀) = 𝑋)
18		simplr 809	. . 3 ⊢ (((𝐷 ∈ (CMet‘𝑋) ∧ 𝑋 ≠ ∅) ∧ (𝑀:ℕ⟶(Clsd‘𝐽) ∧ ∪ ran 𝑀 = 𝑋)) → 𝑋 ≠ ∅)
19	17, 18	eqnetrd 2999	. 2 ⊢ (((𝐷 ∈ (CMet‘𝑋) ∧ 𝑋 ≠ ∅) ∧ (𝑀:ℕ⟶(Clsd‘𝐽) ∧ ∪ ran 𝑀 = 𝑋)) → ((int‘𝐽)‘∪ ran 𝑀) ≠ ∅)
20	6	bcth 23346	. 2 ⊢ ((𝐷 ∈ (CMet‘𝑋) ∧ 𝑀:ℕ⟶(Clsd‘𝐽) ∧ ((int‘𝐽)‘∪ ran 𝑀) ≠ ∅) → ∃𝑘 ∈ ℕ ((int‘𝐽)‘(𝑀‘𝑘)) ≠ ∅)
21	1, 2, 19, 20	syl3anc 1477	1 ⊢ (((𝐷 ∈ (CMet‘𝑋) ∧ 𝑋 ≠ ∅) ∧ (𝑀:ℕ⟶(Clsd‘𝐽) ∧ ∪ ran 𝑀 = 𝑋)) → ∃𝑘 ∈ ℕ ((int‘𝐽)‘(𝑀‘𝑘)) ≠ ∅)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 383   = wceq 1632   ∈ wcel 2139   ≠ wne 2932  ∃wrex 3051  ∅c0 4058  ∪ cuni 4588  ran crn 5267  ⟶wf 6045  ‘cfv 6049  ℕcn 11232  ∞Metcxmt 19953  Metcme 19954  MetOpencmopn 19958  Topctop 20920  TopOnctopon 20937  Clsdccld 21042  intcnt 21043  CMetcms 23272

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1871  ax-4 1886  ax-5 1988  ax-6 2054  ax-7 2090  ax-8 2141  ax-9 2148  ax-10 2168  ax-11 2183  ax-12 2196  ax-13 2391  ax-ext 2740  ax-rep 4923  ax-sep 4933  ax-nul 4941  ax-pow 4992  ax-pr 5055  ax-un 7115  ax-inf2 8713  ax-dc 9480  ax-cnex 10204  ax-resscn 10205  ax-1cn 10206  ax-icn 10207  ax-addcl 10208  ax-addrcl 10209  ax-mulcl 10210  ax-mulrcl 10211  ax-mulcom 10212  ax-addass 10213  ax-mulass 10214  ax-distr 10215  ax-i2m1 10216  ax-1ne0 10217  ax-1rid 10218  ax-rnegex 10219  ax-rrecex 10220  ax-cnre 10221  ax-pre-lttri 10222  ax-pre-lttrn 10223  ax-pre-ltadd 10224  ax-pre-mulgt0 10225  ax-pre-sup 10226

This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1635  df-ex 1854  df-nf 1859  df-sb 2047  df-eu 2611  df-mo 2612  df-clab 2747  df-cleq 2753  df-clel 2756  df-nfc 2891  df-ne 2933  df-nel 3036  df-ral 3055  df-rex 3056  df-reu 3057  df-rmo 3058  df-rab 3059  df-v 3342  df-sbc 3577  df-csb 3675  df-dif 3718  df-un 3720  df-in 3722  df-ss 3729  df-pss 3731  df-nul 4059  df-if 4231  df-pw 4304  df-sn 4322  df-pr 4324  df-tp 4326  df-op 4328  df-uni 4589  df-int 4628  df-iun 4674  df-iin 4675  df-br 4805  df-opab 4865  df-mpt 4882  df-tr 4905  df-id 5174  df-eprel 5179  df-po 5187  df-so 5188  df-fr 5225  df-we 5227  df-xp 5272  df-rel 5273  df-cnv 5274  df-co 5275  df-dm 5276  df-rn 5277  df-res 5278  df-ima 5279  df-pred 5841  df-ord 5887  df-on 5888  df-lim 5889  df-suc 5890  df-iota 6012  df-fun 6051  df-fn 6052  df-f 6053  df-f1 6054  df-fo 6055  df-f1o 6056  df-fv 6057  df-riota 6775  df-ov 6817  df-oprab 6818  df-mpt2 6819  df-om 7232  df-1st 7334  df-2nd 7335  df-wrecs 7577  df-recs 7638  df-rdg 7676  df-1o 7730  df-er 7913  df-map 8027  df-pm 8028  df-en 8124  df-dom 8125  df-sdom 8126  df-sup 8515  df-inf 8516  df-pnf 10288  df-mnf 10289  df-xr 10290  df-ltxr 10291  df-le 10292  df-sub 10480  df-neg 10481  df-div 10897  df-nn 11233  df-2 11291  df-n0 11505  df-z 11590  df-uz 11900  df-q 12002  df-rp 12046  df-xneg 12159  df-xadd 12160  df-xmul 12161  df-ico 12394  df-rest 16305  df-topgen 16326  df-psmet 19960  df-xmet 19961  df-met 19962  df-bl 19963  df-mopn 19964  df-fbas 19965  df-fg 19966  df-top 20921  df-topon 20938  df-bases 20972  df-cld 21045  df-ntr 21046  df-cls 21047  df-nei 21124  df-lm 21255  df-fil 21871  df-fm 21963  df-flim 21964  df-flf 21965  df-cfil 23273  df-cau 23274  df-cmet 23275

This theorem is referenced by:  ubthlem1  28056