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 38817
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 2718 . . . . 5 ((𝐼𝑠) = (𝐼‘(𝐼𝑠)) ↔ ∀𝑥(𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))))
2 eqcom 2731 . . . . 5 ((𝐼‘(𝐼𝑠)) = (𝐼𝑠) ↔ (𝐼𝑠) = (𝐼‘(𝐼𝑠)))
3 ralv 3323 . . . . 5 (∀𝑥 ∈ V (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))) ↔ ∀𝑥(𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))))
41, 2, 33bitr4i 292 . . . 4 ((𝐼‘(𝐼𝑠)) = (𝐼𝑠) ↔ ∀𝑥 ∈ V (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))))
5 ssv 3731 . . . . . . 7 𝐵 ⊆ V
65a1i 11 . . . . . 6 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → 𝐵 ⊆ V)
7 vex 3307 . . . . . . . . 9 𝑥 ∈ V
8 eldif 3690 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ (V ∖ 𝐵) ↔ (𝑥 ∈ V ∧ ¬ 𝑥𝐵))
97, 8mpbiran 991 . . . . . . . 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 38793 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑𝐼 ∈ (𝒫 𝐵𝑚 𝒫 𝐵))
14 elmapi 7996 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐼 ∈ (𝒫 𝐵𝑚 𝒫 𝐵) → 𝐼:𝒫 𝐵⟶𝒫 𝐵)
1513, 14syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑𝐼:𝒫 𝐵⟶𝒫 𝐵)
1615ffvelrnda 6474 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼𝑠) ∈ 𝒫 𝐵)
1716elpwid 4278 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼𝑠) ⊆ 𝐵)
1817sseld 3708 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) → 𝑥𝐵))
1918con3dimp 456 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ ¬ 𝑥𝐵) → ¬ 𝑥 ∈ (𝐼𝑠))
2015adantr 472 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → 𝐼:𝒫 𝐵⟶𝒫 𝐵)
2120, 16ffvelrnd 6475 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼‘(𝐼𝑠)) ∈ 𝒫 𝐵)
2221elpwid 4278 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝐼‘(𝐼𝑠)) ⊆ 𝐵)
2322sseld 3708 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠)) → 𝑥𝐵))
2423con3dimp 456 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ ¬ 𝑥𝐵) → ¬ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠)))
2519, 242falsed 365 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ ¬ 𝑥𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))))
2625ex 449 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (¬ 𝑥𝐵 → (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠)))))
279, 26syl5bi 232 . . . . . . 7 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (𝑥 ∈ (V ∖ 𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠)))))
2827ralrimiv 3067 . . . . . 6 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → ∀𝑥 ∈ (V ∖ 𝐵)(𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))))
296, 28raldifeq 4167 . . . . 5 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑥𝐵 (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))) ↔ ∀𝑥 ∈ V (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠)))))
3012adantr 472 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → 𝐼𝐹𝑁)
3130adantr 472 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → 𝐼𝐹𝑁)
32 simpr 479 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑥𝐵)
33 simplr 809 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵)
3410, 11, 31, 32, 33ntrneiel 38798 . . . . . . 7 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑠 ∈ (𝑁𝑥)))
3516adantr 472 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → (𝐼𝑠) ∈ 𝒫 𝐵)
3610, 11, 31, 32, 35ntrneiel 38798 . . . . . . 7 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → (𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠)) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥)))
3734, 36bibi12d 334 . . . . . 6 (((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) ∧ 𝑥𝐵) → ((𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))) ↔ (𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥))))
3837ralbidva 3087 . . . . 5 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑥𝐵 (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))) ↔ ∀𝑥𝐵 (𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥))))
3929, 38bitr3d 270 . . . 4 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → (∀𝑥 ∈ V (𝑥 ∈ (𝐼𝑠) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼‘(𝐼𝑠))) ↔ ∀𝑥𝐵 (𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥))))
404, 39syl5bb 272 . . 3 ((𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵) → ((𝐼‘(𝐼𝑠)) = (𝐼𝑠) ↔ ∀𝑥𝐵 (𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥))))
4140ralbidva 3087 . 2 (𝜑 → (∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵(𝐼‘(𝐼𝑠)) = (𝐼𝑠) ↔ ∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵 (𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥))))
42 ralcom 3200 . 2 (∀𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵 (𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥)) ↔ ∀𝑥𝐵𝑠 ∈ 𝒫 𝐵(𝑠 ∈ (𝑁𝑥) ↔ (𝐼𝑠) ∈ (𝑁𝑥)))
4341, 42syl6bb 276 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 196  wa 383  wal 1594   = wceq 1596  wcel 2103  wral 3014  {crab 3018  Vcvv 3304  cdif 3677  wss 3680  𝒫 cpw 4266   class class class wbr 4760  cmpt 4837  wf 5997  cfv 6001  (class class class)co 6765  cmpt2 6767  𝑚 cmap 7974
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1835  ax-4 1850  ax-5 1952  ax-6 2018  ax-7 2054  ax-8 2105  ax-9 2112  ax-10 2132  ax-11 2147  ax-12 2160  ax-13 2355  ax-ext 2704  ax-rep 4879  ax-sep 4889  ax-nul 4897  ax-pow 4948  ax-pr 5011  ax-un 7066
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3an 1074  df-tru 1599  df-ex 1818  df-nf 1823  df-sb 2011  df-eu 2575  df-mo 2576  df-clab 2711  df-cleq 2717  df-clel 2720  df-nfc 2855  df-ne 2897  df-ral 3019  df-rex 3020  df-reu 3021  df-rab 3023  df-v 3306  df-sbc 3542  df-csb 3640  df-dif 3683  df-un 3685  df-in 3687  df-ss 3694  df-nul 4024  df-if 4195  df-pw 4268  df-sn 4286  df-pr 4288  df-op 4292  df-uni 4545  df-iun 4630  df-br 4761  df-opab 4821  df-mpt 4838  df-id 5128  df-xp 5224  df-rel 5225  df-cnv 5226  df-co 5227  df-dm 5228  df-rn 5229  df-res 5230  df-ima 5231  df-iota 5964  df-fun 6003  df-fn 6004  df-f 6005  df-f1 6006  df-fo 6007  df-f1o 6008  df-fv 6009  df-ov 6768  df-oprab 6769  df-mpt2 6770  df-1st 7285  df-2nd 7286  df-map 7976
This theorem is referenced by:  ntrneik4  38818
  Copyright terms: Public domain W3C validator