MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  ustfilxp Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem ustfilxp 22217
Description: A uniform structure on a nonempty base is a filter. Remark 3 of [BourbakiTop1] p. II.2. (Contributed by Thierry Arnoux, 15-Nov-2017.)
Assertion
Ref Expression
ustfilxp ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → 𝑈 ∈ (Fil‘(𝑋 × 𝑋)))

Proof of Theorem ustfilxp
Dummy variables 𝑣 𝑤 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 elfvex 6382 . . . . . . 7 (𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋) → 𝑋 ∈ V)
2 isust 22208 . . . . . . 7 (𝑋 ∈ V → (𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋) ↔ (𝑈 ⊆ 𝒫 (𝑋 × 𝑋) ∧ (𝑋 × 𝑋) ∈ 𝑈 ∧ ∀𝑣𝑈 (∀𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)(𝑣𝑤𝑤𝑈) ∧ ∀𝑤𝑈 (𝑣𝑤) ∈ 𝑈 ∧ (( I ↾ 𝑋) ⊆ 𝑣𝑣𝑈 ∧ ∃𝑤𝑈 (𝑤𝑤) ⊆ 𝑣)))))
31, 2syl 17 . . . . . 6 (𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋) → (𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋) ↔ (𝑈 ⊆ 𝒫 (𝑋 × 𝑋) ∧ (𝑋 × 𝑋) ∈ 𝑈 ∧ ∀𝑣𝑈 (∀𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)(𝑣𝑤𝑤𝑈) ∧ ∀𝑤𝑈 (𝑣𝑤) ∈ 𝑈 ∧ (( I ↾ 𝑋) ⊆ 𝑣𝑣𝑈 ∧ ∃𝑤𝑈 (𝑤𝑤) ⊆ 𝑣)))))
43ibi 256 . . . . 5 (𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋) → (𝑈 ⊆ 𝒫 (𝑋 × 𝑋) ∧ (𝑋 × 𝑋) ∈ 𝑈 ∧ ∀𝑣𝑈 (∀𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)(𝑣𝑤𝑤𝑈) ∧ ∀𝑤𝑈 (𝑣𝑤) ∈ 𝑈 ∧ (( I ↾ 𝑋) ⊆ 𝑣𝑣𝑈 ∧ ∃𝑤𝑈 (𝑤𝑤) ⊆ 𝑣))))
54adantl 473 . . . 4 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → (𝑈 ⊆ 𝒫 (𝑋 × 𝑋) ∧ (𝑋 × 𝑋) ∈ 𝑈 ∧ ∀𝑣𝑈 (∀𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)(𝑣𝑤𝑤𝑈) ∧ ∀𝑤𝑈 (𝑣𝑤) ∈ 𝑈 ∧ (( I ↾ 𝑋) ⊆ 𝑣𝑣𝑈 ∧ ∃𝑤𝑈 (𝑤𝑤) ⊆ 𝑣))))
65simp1d 1137 . . 3 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → 𝑈 ⊆ 𝒫 (𝑋 × 𝑋))
75simp2d 1138 . . . . 5 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → (𝑋 × 𝑋) ∈ 𝑈)
8 ne0i 4064 . . . . 5 ((𝑋 × 𝑋) ∈ 𝑈𝑈 ≠ ∅)
97, 8syl 17 . . . 4 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → 𝑈 ≠ ∅)
105simp3d 1139 . . . . . . . . . 10 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → ∀𝑣𝑈 (∀𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)(𝑣𝑤𝑤𝑈) ∧ ∀𝑤𝑈 (𝑣𝑤) ∈ 𝑈 ∧ (( I ↾ 𝑋) ⊆ 𝑣𝑣𝑈 ∧ ∃𝑤𝑈 (𝑤𝑤) ⊆ 𝑣)))
1110r19.21bi 3070 . . . . . . . . 9 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) → (∀𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)(𝑣𝑤𝑤𝑈) ∧ ∀𝑤𝑈 (𝑣𝑤) ∈ 𝑈 ∧ (( I ↾ 𝑋) ⊆ 𝑣𝑣𝑈 ∧ ∃𝑤𝑈 (𝑤𝑤) ⊆ 𝑣)))
1211simp3d 1139 . . . . . . . 8 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) → (( I ↾ 𝑋) ⊆ 𝑣𝑣𝑈 ∧ ∃𝑤𝑈 (𝑤𝑤) ⊆ 𝑣))
1312simp1d 1137 . . . . . . 7 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) → ( I ↾ 𝑋) ⊆ 𝑣)
14 vex 3343 . . . . . . . . . . . . 13 𝑤 ∈ V
15 opelresi 5566 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑤 ∈ V → (⟨𝑤, 𝑤⟩ ∈ ( I ↾ 𝑋) ↔ 𝑤𝑋))
1614, 15ax-mp 5 . . . . . . . . . . . 12 (⟨𝑤, 𝑤⟩ ∈ ( I ↾ 𝑋) ↔ 𝑤𝑋)
1716biimpri 218 . . . . . . . . . . 11 (𝑤𝑋 → ⟨𝑤, 𝑤⟩ ∈ ( I ↾ 𝑋))
1817rgen 3060 . . . . . . . . . 10 𝑤𝑋𝑤, 𝑤⟩ ∈ ( I ↾ 𝑋)
19 r19.2z 4204 . . . . . . . . . 10 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ ∀𝑤𝑋𝑤, 𝑤⟩ ∈ ( I ↾ 𝑋)) → ∃𝑤𝑋𝑤, 𝑤⟩ ∈ ( I ↾ 𝑋))
2018, 19mpan2 709 . . . . . . . . 9 (𝑋 ≠ ∅ → ∃𝑤𝑋𝑤, 𝑤⟩ ∈ ( I ↾ 𝑋))
2120ad2antrr 764 . . . . . . . 8 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) → ∃𝑤𝑋𝑤, 𝑤⟩ ∈ ( I ↾ 𝑋))
22 ne0i 4064 . . . . . . . . 9 (⟨𝑤, 𝑤⟩ ∈ ( I ↾ 𝑋) → ( I ↾ 𝑋) ≠ ∅)
2322rexlimivw 3167 . . . . . . . 8 (∃𝑤𝑋𝑤, 𝑤⟩ ∈ ( I ↾ 𝑋) → ( I ↾ 𝑋) ≠ ∅)
2421, 23syl 17 . . . . . . 7 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) → ( I ↾ 𝑋) ≠ ∅)
25 ssn0 4119 . . . . . . 7 ((( I ↾ 𝑋) ⊆ 𝑣 ∧ ( I ↾ 𝑋) ≠ ∅) → 𝑣 ≠ ∅)
2613, 24, 25syl2anc 696 . . . . . 6 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) → 𝑣 ≠ ∅)
2726nelrdva 3558 . . . . 5 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → ¬ ∅ ∈ 𝑈)
28 df-nel 3036 . . . . 5 (∅ ∉ 𝑈 ↔ ¬ ∅ ∈ 𝑈)
2927, 28sylibr 224 . . . 4 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → ∅ ∉ 𝑈)
3011simp2d 1138 . . . . . . . . 9 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) → ∀𝑤𝑈 (𝑣𝑤) ∈ 𝑈)
3130r19.21bi 3070 . . . . . . . 8 ((((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) ∧ 𝑤𝑈) → (𝑣𝑤) ∈ 𝑈)
3214inex2 4952 . . . . . . . . . 10 (𝑣𝑤) ∈ V
3332pwid 4318 . . . . . . . . 9 (𝑣𝑤) ∈ 𝒫 (𝑣𝑤)
3433a1i 11 . . . . . . . 8 ((((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) ∧ 𝑤𝑈) → (𝑣𝑤) ∈ 𝒫 (𝑣𝑤))
3531, 34elind 3941 . . . . . . 7 ((((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) ∧ 𝑤𝑈) → (𝑣𝑤) ∈ (𝑈 ∩ 𝒫 (𝑣𝑤)))
36 ne0i 4064 . . . . . . 7 ((𝑣𝑤) ∈ (𝑈 ∩ 𝒫 (𝑣𝑤)) → (𝑈 ∩ 𝒫 (𝑣𝑤)) ≠ ∅)
3735, 36syl 17 . . . . . 6 ((((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) ∧ 𝑤𝑈) → (𝑈 ∩ 𝒫 (𝑣𝑤)) ≠ ∅)
3837ralrimiva 3104 . . . . 5 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) → ∀𝑤𝑈 (𝑈 ∩ 𝒫 (𝑣𝑤)) ≠ ∅)
3938ralrimiva 3104 . . . 4 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → ∀𝑣𝑈𝑤𝑈 (𝑈 ∩ 𝒫 (𝑣𝑤)) ≠ ∅)
409, 29, 393jca 1123 . . 3 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → (𝑈 ≠ ∅ ∧ ∅ ∉ 𝑈 ∧ ∀𝑣𝑈𝑤𝑈 (𝑈 ∩ 𝒫 (𝑣𝑤)) ≠ ∅))
41 xpexg 7125 . . . . . 6 ((𝑋 ∈ V ∧ 𝑋 ∈ V) → (𝑋 × 𝑋) ∈ V)
421, 1, 41syl2anc 696 . . . . 5 (𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋) → (𝑋 × 𝑋) ∈ V)
43 isfbas 21834 . . . . 5 ((𝑋 × 𝑋) ∈ V → (𝑈 ∈ (fBas‘(𝑋 × 𝑋)) ↔ (𝑈 ⊆ 𝒫 (𝑋 × 𝑋) ∧ (𝑈 ≠ ∅ ∧ ∅ ∉ 𝑈 ∧ ∀𝑣𝑈𝑤𝑈 (𝑈 ∩ 𝒫 (𝑣𝑤)) ≠ ∅))))
4442, 43syl 17 . . . 4 (𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋) → (𝑈 ∈ (fBas‘(𝑋 × 𝑋)) ↔ (𝑈 ⊆ 𝒫 (𝑋 × 𝑋) ∧ (𝑈 ≠ ∅ ∧ ∅ ∉ 𝑈 ∧ ∀𝑣𝑈𝑤𝑈 (𝑈 ∩ 𝒫 (𝑣𝑤)) ≠ ∅))))
4544adantl 473 . . 3 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → (𝑈 ∈ (fBas‘(𝑋 × 𝑋)) ↔ (𝑈 ⊆ 𝒫 (𝑋 × 𝑋) ∧ (𝑈 ≠ ∅ ∧ ∅ ∉ 𝑈 ∧ ∀𝑣𝑈𝑤𝑈 (𝑈 ∩ 𝒫 (𝑣𝑤)) ≠ ∅))))
466, 40, 45mpbir2and 995 . 2 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → 𝑈 ∈ (fBas‘(𝑋 × 𝑋)))
47 n0 4074 . . . . 5 ((𝑈 ∩ 𝒫 𝑤) ≠ ∅ ↔ ∃𝑣 𝑣 ∈ (𝑈 ∩ 𝒫 𝑤))
48 elin 3939 . . . . . . 7 (𝑣 ∈ (𝑈 ∩ 𝒫 𝑤) ↔ (𝑣𝑈𝑣 ∈ 𝒫 𝑤))
49 selpw 4309 . . . . . . . 8 (𝑣 ∈ 𝒫 𝑤𝑣𝑤)
5049anbi2i 732 . . . . . . 7 ((𝑣𝑈𝑣 ∈ 𝒫 𝑤) ↔ (𝑣𝑈𝑣𝑤))
5148, 50bitri 264 . . . . . 6 (𝑣 ∈ (𝑈 ∩ 𝒫 𝑤) ↔ (𝑣𝑈𝑣𝑤))
5251exbii 1923 . . . . 5 (∃𝑣 𝑣 ∈ (𝑈 ∩ 𝒫 𝑤) ↔ ∃𝑣(𝑣𝑈𝑣𝑤))
5347, 52bitri 264 . . . 4 ((𝑈 ∩ 𝒫 𝑤) ≠ ∅ ↔ ∃𝑣(𝑣𝑈𝑣𝑤))
5411simp1d 1137 . . . . . . . 8 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) → ∀𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)(𝑣𝑤𝑤𝑈))
5554r19.21bi 3070 . . . . . . 7 ((((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) ∧ 𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)) → (𝑣𝑤𝑤𝑈))
5655an32s 881 . . . . . 6 ((((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)) ∧ 𝑣𝑈) → (𝑣𝑤𝑤𝑈))
5756expimpd 630 . . . . 5 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)) → ((𝑣𝑈𝑣𝑤) → 𝑤𝑈))
5857exlimdv 2010 . . . 4 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)) → (∃𝑣(𝑣𝑈𝑣𝑤) → 𝑤𝑈))
5953, 58syl5bi 232 . . 3 (((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) ∧ 𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)) → ((𝑈 ∩ 𝒫 𝑤) ≠ ∅ → 𝑤𝑈))
6059ralrimiva 3104 . 2 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → ∀𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)((𝑈 ∩ 𝒫 𝑤) ≠ ∅ → 𝑤𝑈))
61 isfil 21852 . 2 (𝑈 ∈ (Fil‘(𝑋 × 𝑋)) ↔ (𝑈 ∈ (fBas‘(𝑋 × 𝑋)) ∧ ∀𝑤 ∈ 𝒫 (𝑋 × 𝑋)((𝑈 ∩ 𝒫 𝑤) ≠ ∅ → 𝑤𝑈)))
6246, 60, 61sylanbrc 701 1 ((𝑋 ≠ ∅ ∧ 𝑈 ∈ (UnifOn‘𝑋)) → 𝑈 ∈ (Fil‘(𝑋 × 𝑋)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 196  wa 383  w3a 1072  wex 1853  wcel 2139  wne 2932  wnel 3035  wral 3050  wrex 3051  Vcvv 3340  cin 3714  wss 3715  c0 4058  𝒫 cpw 4302  cop 4327   I cid 5173   × cxp 5264  ccnv 5265  cres 5268  ccom 5270  cfv 6049  fBascfbas 19936  Filcfil 21850  UnifOncust 22204
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-sep 4933  ax-nul 4941  ax-pow 4992  ax-pr 5055  ax-un 7114
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  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-rab 3059  df-v 3342  df-sbc 3577  df-csb 3675  df-dif 3718  df-un 3720  df-in 3722  df-ss 3729  df-nul 4059  df-if 4231  df-pw 4304  df-sn 4322  df-pr 4324  df-op 4328  df-uni 4589  df-br 4805  df-opab 4865  df-mpt 4882  df-id 5174  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-iota 6012  df-fun 6051  df-fv 6057  df-fbas 19945  df-fil 21851  df-ust 22205
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator