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Theorem 1stckgen

Description: A first-countable space is compactly generated. (Contributed by Mario Carneiro, 21-Mar-2015)

Ref Expression
Assertion 1stckgen ⊒J∈1stπœ”β†’J∈ranβ‘π‘˜Gen

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 1stctop ⊒J∈1stπœ”β†’J∈Top
2 difss βŠ’β‹ƒJβˆ–xβŠ†β‹ƒJ
3 eqid βŠ’β‹ƒJ=⋃J
4 3 1stcelcls ⊒J∈1stπœ”βˆ§β‹ƒJβˆ–xβŠ†β‹ƒJβ†’y∈cls⁑J⁑⋃Jβˆ–xβ†”βˆƒff:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jy
5 2 4 mpan2 ⊒J∈1stπœ”β†’y∈cls⁑J⁑⋃Jβˆ–xβ†”βˆƒff:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jy
6 5 adantr ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑Jβ†’y∈cls⁑J⁑⋃Jβˆ–xβ†”βˆƒff:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jy
7 1 adantr ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑Jβ†’J∈Top
8 7 adantr ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’J∈Top
9 toptopon2 ⊒J∈Top↔J∈TopOn⁑⋃J
10 8 9 sylib ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’J∈TopOn⁑⋃J
11 simprr ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’f⇝t⁑Jy
12 lmcl ⊒J∈TopOn⁑⋃J∧f⇝t⁑Jyβ†’yβˆˆβ‹ƒJ
13 10 11 12 syl2anc ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’yβˆˆβ‹ƒJ
14 nnuz βŠ’β„•=β„€β‰₯1
15 vex ⊒f∈V
16 15 rnex ⊒ran⁑f∈V
17 vsnex ⊒y∈V
18 16 17 unex ⊒ran⁑fβˆͺy∈V
19 resttop ⊒J∈Top∧ran⁑fβˆͺy∈Vβ†’J↾𝑑ran⁑fβˆͺy∈Top
20 8 18 19 sylancl ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’J↾𝑑ran⁑fβˆͺy∈Top
21 toptopon2 ⊒J↾𝑑ran⁑fβˆͺy∈Top↔J↾𝑑ran⁑fβˆͺy∈TopOn⁑⋃J↾𝑑ran⁑fβˆͺy
22 20 21 sylib ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’J↾𝑑ran⁑fβˆͺy∈TopOn⁑⋃J↾𝑑ran⁑fβˆͺy
23 1zzd ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’1βˆˆβ„€
24 eqid ⊒J↾𝑑ran⁑fβˆͺy=J↾𝑑ran⁑fβˆͺy
25 18 a1i ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’ran⁑fβˆͺy∈V
26 ssun2 ⊒yβŠ†ran⁑fβˆͺy
27 vex ⊒y∈V
28 27 snss ⊒y∈ran⁑fβˆͺy↔yβŠ†ran⁑fβˆͺy
29 26 28 mpbir ⊒y∈ran⁑fβˆͺy
30 29 a1i ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’y∈ran⁑fβˆͺy
31 ffn ⊒f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–xβ†’fFnβ„•
32 31 ad2antrl ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’fFnβ„•
33 dffn3 ⊒fFnℕ↔f:β„•βŸΆran⁑f
34 32 33 sylib ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’f:β„•βŸΆran⁑f
35 ssun1 ⊒ran⁑fβŠ†ran⁑fβˆͺy
36 fss ⊒f:β„•βŸΆran⁑f∧ran⁑fβŠ†ran⁑fβˆͺyβ†’f:β„•βŸΆran⁑fβˆͺy
37 34 35 36 sylancl ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’f:β„•βŸΆran⁑fβˆͺy
38 24 14 25 8 30 23 37 lmss ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’f⇝t⁑Jy↔f⇝t⁑J↾𝑑ran⁑fβˆͺyy
39 11 38 mpbid ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’f⇝t⁑J↾𝑑ran⁑fβˆͺyy
40 37 ffvelcdmda ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jy∧kβˆˆβ„•β†’f⁑k∈ran⁑fβˆͺy
41 simprl ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x
42 41 ffvelcdmda ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jy∧kβˆˆβ„•β†’f⁑kβˆˆβ‹ƒJβˆ–x
43 42 eldifbd ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jy∧kβˆˆβ„•β†’Β¬f⁑k∈x
44 40 43 eldifd ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jy∧kβˆˆβ„•β†’f⁑k∈ran⁑fβˆͺyβˆ–x
45 difin ⊒ran⁑fβˆͺyβˆ–ran⁑fβˆͺy∩x=ran⁑fβˆͺyβˆ–x
46 frn ⊒f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–xβ†’ran⁑fβŠ†β‹ƒJβˆ–x
47 46 ad2antrl ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’ran⁑fβŠ†β‹ƒJβˆ–x
48 47 difss2d ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’ran⁑fβŠ†β‹ƒJ
49 13 snssd ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’yβŠ†β‹ƒJ
50 48 49 unssd ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’ran⁑fβˆͺyβŠ†β‹ƒJ
51 3 restuni ⊒J∈Top∧ran⁑fβˆͺyβŠ†β‹ƒJβ†’ran⁑fβˆͺy=⋃J↾𝑑ran⁑fβˆͺy
52 8 50 51 syl2anc ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’ran⁑fβˆͺy=⋃J↾𝑑ran⁑fβˆͺy
53 52 difeq1d ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’ran⁑fβˆͺyβˆ–ran⁑fβˆͺy∩x=⋃J↾𝑑ran⁑fβˆͺyβˆ–ran⁑fβˆͺy∩x
54 45 53 eqtr3id ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’ran⁑fβˆͺyβˆ–x=⋃J↾𝑑ran⁑fβˆͺyβˆ–ran⁑fβˆͺy∩x
55 incom ⊒ran⁑fβˆͺy∩x=x∩ran⁑fβˆͺy
56 simplr ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’xβˆˆπ‘˜Gen⁑J
57 fss ⊒f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–xβˆ§β‹ƒJβˆ–xβŠ†β‹ƒJβ†’f:β„•βŸΆβ‹ƒJ
58 41 2 57 sylancl ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’f:β„•βŸΆβ‹ƒJ
59 10 58 11 1stckgenlem ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’J↾𝑑ran⁑fβˆͺy∈Comp
60 kgeni ⊒xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧J↾𝑑ran⁑fβˆͺy∈Compβ†’x∩ran⁑fβˆͺy∈J↾𝑑ran⁑fβˆͺy
61 56 59 60 syl2anc ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’x∩ran⁑fβˆͺy∈J↾𝑑ran⁑fβˆͺy
62 55 61 eqeltrid ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’ran⁑fβˆͺy∩x∈J↾𝑑ran⁑fβˆͺy
63 eqid βŠ’β‹ƒJ↾𝑑ran⁑fβˆͺy=⋃J↾𝑑ran⁑fβˆͺy
64 63 opncld ⊒J↾𝑑ran⁑fβˆͺy∈Top∧ran⁑fβˆͺy∩x∈J↾𝑑ran⁑fβˆͺy→⋃J↾𝑑ran⁑fβˆͺyβˆ–ran⁑fβˆͺy∩x∈Clsd⁑J↾𝑑ran⁑fβˆͺy
65 20 62 64 syl2anc ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jy→⋃J↾𝑑ran⁑fβˆͺyβˆ–ran⁑fβˆͺy∩x∈Clsd⁑J↾𝑑ran⁑fβˆͺy
66 54 65 eqeltrd ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’ran⁑fβˆͺyβˆ–x∈Clsd⁑J↾𝑑ran⁑fβˆͺy
67 14 22 23 39 44 66 lmcld ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’y∈ran⁑fβˆͺyβˆ–x
68 67 eldifbd ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’Β¬y∈x
69 13 68 eldifd ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J∧f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’yβˆˆβ‹ƒJβˆ–x
70 69 ex ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑Jβ†’f:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’yβˆˆβ‹ƒJβˆ–x
71 70 exlimdv ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑Jβ†’βˆƒff:β„•βŸΆβ‹ƒJβˆ–x∧f⇝t⁑Jyβ†’yβˆˆβ‹ƒJβˆ–x
72 6 71 sylbid ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑Jβ†’y∈cls⁑J⁑⋃Jβˆ–xβ†’yβˆˆβ‹ƒJβˆ–x
73 72 ssrdv ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑Jβ†’cls⁑J⁑⋃Jβˆ–xβŠ†β‹ƒJβˆ–x
74 3 iscld4 ⊒J∈Topβˆ§β‹ƒJβˆ–xβŠ†β‹ƒJ→⋃Jβˆ–x∈Clsd⁑J↔cls⁑J⁑⋃Jβˆ–xβŠ†β‹ƒJβˆ–x
75 7 2 74 sylancl ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J→⋃Jβˆ–x∈Clsd⁑J↔cls⁑J⁑⋃Jβˆ–xβŠ†β‹ƒJβˆ–x
76 73 75 mpbird ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J→⋃Jβˆ–x∈Clsd⁑J
77 elssuni ⊒xβˆˆπ‘˜Gen⁑Jβ†’xβŠ†β‹ƒπ‘˜Gen⁑J
78 77 adantl ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑Jβ†’xβŠ†β‹ƒπ‘˜Gen⁑J
79 3 kgenuni ⊒J∈Top→⋃J=β‹ƒπ‘˜Gen⁑J
80 7 79 syl ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑J→⋃J=β‹ƒπ‘˜Gen⁑J
81 78 80 sseqtrrd ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑Jβ†’xβŠ†β‹ƒJ
82 3 isopn2 ⊒J∈Top∧xβŠ†β‹ƒJβ†’x∈J↔⋃Jβˆ–x∈Clsd⁑J
83 7 81 82 syl2anc ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑Jβ†’x∈J↔⋃Jβˆ–x∈Clsd⁑J
84 76 83 mpbird ⊒J∈1stπœ”βˆ§xβˆˆπ‘˜Gen⁑Jβ†’x∈J
85 84 ex ⊒J∈1stπœ”β†’xβˆˆπ‘˜Gen⁑Jβ†’x∈J
86 85 ssrdv ⊒J∈1stπœ”β†’π‘˜Gen⁑JβŠ†J
87 iskgen2 ⊒J∈ranβ‘π‘˜Gen↔J∈Topβˆ§π‘˜Gen⁑JβŠ†J
88 1 86 87 sylanbrc ⊒J∈1stπœ”β†’J∈ranβ‘π‘˜Gen