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Theorem cmpfi

Description: If a topology is compact and a collection of closed sets has the finite intersection property, its intersection is nonempty. (Contributed by Jeff Hankins, 25-Aug-2009) (Proof shortened by Mario Carneiro, 1-Sep-2015)

Ref Expression
Assertion cmpfi J Top J Comp x 𝒫 Clsd J ¬ fi x x

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 elpwi y 𝒫 J y J
2 0ss y
3 0fin Fin
4 elfpw 𝒫 y Fin y Fin
5 2 3 4 mpbir2an 𝒫 y Fin
6 simprr J Top y J y = J = y J = y
7 simprl J Top y J y = J = y y =
8 7 unieqd J Top y J y = J = y y =
9 6 8 eqtrd J Top y J y = J = y J =
10 unieq z = z =
11 10 rspceeqv 𝒫 y Fin J = z 𝒫 y Fin J = z
12 5 9 11 sylancr J Top y J y = J = y z 𝒫 y Fin J = z
13 12 expr J Top y J y = J = y z 𝒫 y Fin J = z
14 vn0 V
15 iineq1 y = r y J r = r J r
16 15 adantl J Top y J y = r y J r = r J r
17 0iin r J r = V
18 16 17 eqtrdi J Top y J y = r y J r = V
19 18 eqeq1d J Top y J y = r y J r = V =
20 19 necon3bbid J Top y J y = ¬ r y J r = V
21 14 20 mpbiri J Top y J y = ¬ r y J r =
22 21 pm2.21d J Top y J y = r y J r = fi r J J r y
23 13 22 2thd J Top y J y = J = y z 𝒫 y Fin J = z r y J r = fi r J J r y
24 uniss y J y J
25 24 ad2antlr J Top y J y y J
26 eqss y = J y J J y
27 26 baib y J y = J J y
28 25 27 syl J Top y J y y = J J y
29 eqcom y = J J = y
30 ssdif0 J y J y =
31 28 29 30 3bitr3g J Top y J y J = y J y =
32 iindif2 y r y J r = J r y r
33 32 adantl J Top y J y r y J r = J r y r
34 uniiun y = r y r
35 34 difeq2i J y = J r y r
36 33 35 eqtr4di J Top y J y r y J r = J y
37 36 eqeq1d J Top y J y r y J r = J y =
38 31 37 bitr4d J Top y J y J = y r y J r =
39 imassrn r y J r z ran r y J r
40 df-ima r J J r y = ran r J J r y
41 resmpt y J r J J r y = r y J r
42 41 adantl J Top y J r J J r y = r y J r
43 42 rneqd J Top y J ran r J J r y = ran r y J r
44 40 43 syl5eq J Top y J r J J r y = ran r y J r
45 44 ad2antrr J Top y J y z 𝒫 y Fin r J J r y = ran r y J r
46 39 45 sseqtrrid J Top y J y z 𝒫 y Fin r y J r z r J J r y
47 funmpt Fun r y J r
48 elinel2 z 𝒫 y Fin z Fin
49 48 adantl J Top y J y z 𝒫 y Fin z Fin
50 imafi Fun r y J r z Fin r y J r z Fin
51 47 49 50 sylancr J Top y J y z 𝒫 y Fin r y J r z Fin
52 elfpw r y J r z 𝒫 r J J r y Fin r y J r z r J J r y r y J r z Fin
53 46 51 52 sylanbrc J Top y J y z 𝒫 y Fin r y J r z 𝒫 r J J r y Fin
54 eqid J = J
55 54 topopn J Top J J
56 difexg J J J r V
57 55 56 syl J Top J r V
58 57 ralrimivw J Top r y J r V
59 eqid r y J r = r y J r
60 59 fnmpt r y J r V r y J r Fn y
61 58 60 syl J Top r y J r Fn y
62 61 ad3antrrr J Top y J y w 𝒫 r J J r y Fin r y J r Fn y
63 simpr J Top y J y w 𝒫 r J J r y Fin w 𝒫 r J J r y Fin
64 elfpw w 𝒫 r J J r y Fin w r J J r y w Fin
65 63 64 sylib J Top y J y w 𝒫 r J J r y Fin w r J J r y w Fin
66 65 simpld J Top y J y w 𝒫 r J J r y Fin w r J J r y
67 44 ad2antrr J Top y J y w 𝒫 r J J r y Fin r J J r y = ran r y J r
68 66 67 sseqtrd J Top y J y w 𝒫 r J J r y Fin w ran r y J r
69 65 simprd J Top y J y w 𝒫 r J J r y Fin w Fin
70 fipreima r y J r Fn y w ran r y J r w Fin z 𝒫 y Fin r y J r z = w
71 62 68 69 70 syl3anc J Top y J y w 𝒫 r J J r y Fin z 𝒫 y Fin r y J r z = w
72 eqcom r y J r z = w w = r y J r z
73 72 rexbii z 𝒫 y Fin r y J r z = w z 𝒫 y Fin w = r y J r z
74 71 73 sylib J Top y J y w 𝒫 r J J r y Fin z 𝒫 y Fin w = r y J r z
75 simpr J Top y J y w = r y J r z w = r y J r z
76 75 inteqd J Top y J y w = r y J r z w = r y J r z
77 76 eqeq2d J Top y J y w = r y J r z = w = r y J r z
78 53 74 77 rexxfrd J Top y J y w 𝒫 r J J r y Fin = w z 𝒫 y Fin = r y J r z
79 0ex V
80 imassrn r J J r y ran r J J r
81 eqid r J J r = r J J r
82 54 81 opncldf1 J Top r J J r : J 1-1 onto Clsd J r J J r -1 = v Clsd J J v
83 82 simpld J Top r J J r : J 1-1 onto Clsd J
84 f1ofo r J J r : J 1-1 onto Clsd J r J J r : J onto Clsd J
85 83 84 syl J Top r J J r : J onto Clsd J
86 forn r J J r : J onto Clsd J ran r J J r = Clsd J
87 85 86 syl J Top ran r J J r = Clsd J
88 80 87 sseqtrid J Top r J J r y Clsd J
89 fvex Clsd J V
90 89 elpw2 r J J r y 𝒫 Clsd J r J J r y Clsd J
91 88 90 sylibr J Top r J J r y 𝒫 Clsd J
92 91 ad2antrr J Top y J y r J J r y 𝒫 Clsd J
93 elfi V r J J r y 𝒫 Clsd J fi r J J r y w 𝒫 r J J r y Fin = w
94 79 92 93 sylancr J Top y J y fi r J J r y w 𝒫 r J J r y Fin = w
95 inundif 𝒫 y Fin 𝒫 y Fin = 𝒫 y Fin
96 95 rexeqi z 𝒫 y Fin 𝒫 y Fin J = z z 𝒫 y Fin J = z
97 rexun z 𝒫 y Fin 𝒫 y Fin J = z z 𝒫 y Fin J = z z 𝒫 y Fin J = z
98 96 97 bitr3i z 𝒫 y Fin J = z z 𝒫 y Fin J = z z 𝒫 y Fin J = z
99 elinel2 z 𝒫 y Fin z
100 elsni z z =
101 99 100 syl z 𝒫 y Fin z =
102 101 unieqd z 𝒫 y Fin z =
103 uni0 =
104 102 103 eqtrdi z 𝒫 y Fin z =
105 104 eqeq2d z 𝒫 y Fin J = z J =
106 105 biimpd z 𝒫 y Fin J = z J =
107 106 rexlimiv z 𝒫 y Fin J = z J =
108 ssidd J Top y J y J = y y
109 simprr J Top y J y J = J =
110 0ss y
111 109 110 eqsstrdi J Top y J y J = J y
112 24 ad2antlr J Top y J y J = y J
113 111 112 eqssd J Top y J y J = J = y
114 113 109 eqtr3d J Top y J y J = y =
115 114 3 eqeltrdi J Top y J y J = y Fin
116 pwfi y Fin 𝒫 y Fin
117 115 116 sylib J Top y J y J = 𝒫 y Fin
118 pwuni y 𝒫 y
119 ssfi 𝒫 y Fin y 𝒫 y y Fin
120 117 118 119 sylancl J Top y J y J = y Fin
121 elfpw y 𝒫 y Fin y y y Fin
122 108 120 121 sylanbrc J Top y J y J = y 𝒫 y Fin
123 simprl J Top y J y J = y
124 eldifsn y 𝒫 y Fin y 𝒫 y Fin y
125 122 123 124 sylanbrc J Top y J y J = y 𝒫 y Fin
126 unieq z = y z = y
127 126 rspceeqv y 𝒫 y Fin J = y z 𝒫 y Fin J = z
128 125 113 127 syl2anc J Top y J y J = z 𝒫 y Fin J = z
129 128 expr J Top y J y J = z 𝒫 y Fin J = z
130 107 129 syl5 J Top y J y z 𝒫 y Fin J = z z 𝒫 y Fin J = z
131 idd J Top y J y z 𝒫 y Fin J = z z 𝒫 y Fin J = z
132 130 131 jaod J Top y J y z 𝒫 y Fin J = z z 𝒫 y Fin J = z z 𝒫 y Fin J = z
133 olc z 𝒫 y Fin J = z z 𝒫 y Fin J = z z 𝒫 y Fin J = z
134 132 133 impbid1 J Top y J y z 𝒫 y Fin J = z z 𝒫 y Fin J = z z 𝒫 y Fin J = z
135 98 134 syl5bb J Top y J y z 𝒫 y Fin J = z z 𝒫 y Fin J = z
136 eldifi z 𝒫 y Fin z 𝒫 y Fin
137 136 adantl J Top y J y z 𝒫 y Fin z 𝒫 y Fin
138 elfpw z 𝒫 y Fin z y z Fin
139 137 138 sylib J Top y J y z 𝒫 y Fin z y z Fin
140 139 simpld J Top y J y z 𝒫 y Fin z y
141 simpllr J Top y J y z 𝒫 y Fin y J
142 140 141 sstrd J Top y J y z 𝒫 y Fin z J
143 142 unissd J Top y J y z 𝒫 y Fin z J
144 eqss z = J z J J z
145 144 baib z J z = J J z
146 143 145 syl J Top y J y z 𝒫 y Fin z = J J z
147 eqcom z = J J = z
148 ssdif0 J z J z =
149 eqcom J z = = J z
150 148 149 bitri J z = J z
151 146 147 150 3bitr3g J Top y J y z 𝒫 y Fin J = z = J z
152 df-ima r y J r z = ran r y J r z
153 140 resmptd J Top y J y z 𝒫 y Fin r y J r z = r z J r
154 153 rneqd J Top y J y z 𝒫 y Fin ran r y J r z = ran r z J r
155 152 154 syl5eq J Top y J y z 𝒫 y Fin r y J r z = ran r z J r
156 155 inteqd J Top y J y z 𝒫 y Fin r y J r z = ran r z J r
157 57 ralrimivw J Top r z J r V
158 157 ad3antrrr J Top y J y z 𝒫 y Fin r z J r V
159 dfiin3g r z J r V r z J r = ran r z J r
160 158 159 syl J Top y J y z 𝒫 y Fin r z J r = ran r z J r
161 eldifsni z 𝒫 y Fin z
162 161 adantl J Top y J y z 𝒫 y Fin z
163 iindif2 z r z J r = J r z r
164 162 163 syl J Top y J y z 𝒫 y Fin r z J r = J r z r
165 156 160 164 3eqtr2d J Top y J y z 𝒫 y Fin r y J r z = J r z r
166 uniiun z = r z r
167 166 difeq2i J z = J r z r
168 165 167 eqtr4di J Top y J y z 𝒫 y Fin r y J r z = J z
169 168 eqeq2d J Top y J y z 𝒫 y Fin = r y J r z = J z
170 151 169 bitr4d J Top y J y z 𝒫 y Fin J = z = r y J r z
171 170 rexbidva J Top y J y z 𝒫 y Fin J = z z 𝒫 y Fin = r y J r z
172 135 171 bitrd J Top y J y z 𝒫 y Fin J = z z 𝒫 y Fin = r y J r z
173 imaeq2 z = r y J r z = r y J r
174 ima0 r y J r =
175 173 174 eqtrdi z = r y J r z =
176 175 inteqd z = r y J r z =
177 int0 = V
178 176 177 eqtrdi z = r y J r z = V
179 178 neeq1d z = r y J r z V
180 14 179 mpbiri z = r y J r z
181 180 necomd z = r y J r z
182 181 necon2i = r y J r z z
183 eldifsn z 𝒫 y Fin z 𝒫 y Fin z
184 183 rbaibr z z 𝒫 y Fin z 𝒫 y Fin
185 182 184 syl = r y J r z z 𝒫 y Fin z 𝒫 y Fin
186 185 pm5.32ri z 𝒫 y Fin = r y J r z z 𝒫 y Fin = r y J r z
187 186 rexbii2 z 𝒫 y Fin = r y J r z z 𝒫 y Fin = r y J r z
188 172 187 bitr4di J Top y J y z 𝒫 y Fin J = z z 𝒫 y Fin = r y J r z
189 78 94 188 3bitr4rd J Top y J y z 𝒫 y Fin J = z fi r J J r y
190 38 189 imbi12d J Top y J y J = y z 𝒫 y Fin J = z r y J r = fi r J J r y
191 23 190 pm2.61dane J Top y J J = y z 𝒫 y Fin J = z r y J r = fi r J J r y
192 58 adantr J Top y J r y J r V
193 dfiin3g r y J r V r y J r = ran r y J r
194 192 193 syl J Top y J r y J r = ran r y J r
195 44 inteqd J Top y J r J J r y = ran r y J r
196 194 195 eqtr4d J Top y J r y J r = r J J r y
197 196 eqeq1d J Top y J r y J r = r J J r y =
198 nne ¬ r J J r y r J J r y =
199 197 198 bitr4di J Top y J r y J r = ¬ r J J r y
200 199 imbi1d J Top y J r y J r = fi r J J r y ¬ r J J r y fi r J J r y
201 191 200 bitrd J Top y J J = y z 𝒫 y Fin J = z ¬ r J J r y fi r J J r y
202 con1b ¬ r J J r y fi r J J r y ¬ fi r J J r y r J J r y
203 201 202 bitrdi J Top y J J = y z 𝒫 y Fin J = z ¬ fi r J J r y r J J r y
204 1 203 sylan2 J Top y 𝒫 J J = y z 𝒫 y Fin J = z ¬ fi r J J r y r J J r y
205 204 ralbidva J Top y 𝒫 J J = y z 𝒫 y Fin J = z y 𝒫 J ¬ fi r J J r y r J J r y
206 54 iscmp J Comp J Top y 𝒫 J J = y z 𝒫 y Fin J = z
207 206 baib J Top J Comp y 𝒫 J J = y z 𝒫 y Fin J = z
208 91 adantr J Top y 𝒫 J r J J r y 𝒫 Clsd J
209 simpl J Top x 𝒫 Clsd J J Top
210 funmpt Fun r J J r
211 210 a1i J Top x 𝒫 Clsd J Fun r J J r
212 elpwi x 𝒫 Clsd J x Clsd J
213 foima r J J r : J onto Clsd J r J J r J = Clsd J
214 85 213 syl J Top r J J r J = Clsd J
215 214 sseq2d J Top x r J J r J x Clsd J
216 212 215 syl5ibr J Top x 𝒫 Clsd J x r J J r J
217 216 imp J Top x 𝒫 Clsd J x r J J r J
218 ssimaexg J Top Fun r J J r x r J J r J y y J x = r J J r y
219 209 211 217 218 syl3anc J Top x 𝒫 Clsd J y y J x = r J J r y
220 df-rex y 𝒫 J x = r J J r y y y 𝒫 J x = r J J r y
221 velpw y 𝒫 J y J
222 221 anbi1i y 𝒫 J x = r J J r y y J x = r J J r y
223 222 exbii y y 𝒫 J x = r J J r y y y J x = r J J r y
224 220 223 bitri y 𝒫 J x = r J J r y y y J x = r J J r y
225 219 224 sylibr J Top x 𝒫 Clsd J y 𝒫 J x = r J J r y
226 simpr J Top x = r J J r y x = r J J r y
227 226 fveq2d J Top x = r J J r y fi x = fi r J J r y
228 227 eleq2d J Top x = r J J r y fi x fi r J J r y
229 228 notbid J Top x = r J J r y ¬ fi x ¬ fi r J J r y
230 226 inteqd J Top x = r J J r y x = r J J r y
231 230 neeq1d J Top x = r J J r y x r J J r y
232 229 231 imbi12d J Top x = r J J r y ¬ fi x x ¬ fi r J J r y r J J r y
233 208 225 232 ralxfrd J Top x 𝒫 Clsd J ¬ fi x x y 𝒫 J ¬ fi r J J r y r J J r y
234 205 207 233 3bitr4d J Top J Comp x 𝒫 Clsd J ¬ fi x x