Metamath Proof Explorer


Theorem cncmp

Description: Compactness is respected by a continuous onto map. (Contributed by Jeff Hankins, 12-Jul-2009) (Proof shortened by Mario Carneiro, 22-Aug-2015)

Ref Expression
Hypothesis cncmp.2 ⊢ Y = ⋃ K
Assertion cncmp ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K → K ∈ Comp

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cncmp.2 ⊢ Y = ⋃ K
2 cntop2 ⊢ F ∈ J Cn K → K ∈ Top
3 2 3ad2ant3 ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K → K ∈ Top
4 elpwi ⊢ u ∈ 𝒫 K → u ⊆ K
5 simpl1 ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u → J ∈ Comp
6 simpl3 ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u → F ∈ J Cn K
7 simprl ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u → u ⊆ K
8 7 sselda ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ y ∈ u → y ∈ K
9 cnima ⊢ F ∈ J Cn K ∧ y ∈ K → F -1 y ∈ J
10 6 8 9 syl2an2r ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ y ∈ u → F -1 y ∈ J
11 10 fmpttd ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u → y ∈ u ⟼ F -1 y : u ⟶ J
12 11 frnd ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u → ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ⊆ J
13 simprr ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u → Y = ⋃ u
14 13 imaeq2d ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u → F -1 Y = F -1 ⋃ u
15 eqid ⊢ ⋃ J = ⋃ J
16 15 1 cnf ⊢ F ∈ J Cn K → F : ⋃ J ⟶ Y
17 6 16 syl ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u → F : ⋃ J ⟶ Y
18 fimacnv ⊢ F : ⋃ J ⟶ Y → F -1 Y = ⋃ J
19 17 18 syl ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u → F -1 Y = ⋃ J
20 10 ralrimiva ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u → ∀ y ∈ u F -1 y ∈ J
21 dfiun2g ⊢ ∀ y ∈ u F -1 y ∈ J → ⋃ y ∈ u F -1 y = ⋃ x | ∃ y ∈ u x = F -1 y
22 20 21 syl ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u → ⋃ y ∈ u F -1 y = ⋃ x | ∃ y ∈ u x = F -1 y
23 imauni ⊢ F -1 ⋃ u = ⋃ y ∈ u F -1 y
24 eqid ⊢ y ∈ u ⟼ F -1 y = y ∈ u ⟼ F -1 y
25 24 rnmpt ⊢ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y = x | ∃ y ∈ u x = F -1 y
26 25 unieqi ⊢ ⋃ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y = ⋃ x | ∃ y ∈ u x = F -1 y
27 22 23 26 3eqtr4g ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u → F -1 ⋃ u = ⋃ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y
28 14 19 27 3eqtr3d ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u → ⋃ J = ⋃ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y
29 15 cmpcov ⊢ J ∈ Comp ∧ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ⊆ J ∧ ⋃ J = ⋃ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y → ∃ s ∈ 𝒫 ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∩ Fin ⋃ J = ⋃ s
30 5 12 28 29 syl3anc ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u → ∃ s ∈ 𝒫 ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∩ Fin ⋃ J = ⋃ s
31 elfpw ⊢ s ∈ 𝒫 ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∩ Fin ↔ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin
32 simprll ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s → s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y
33 32 sselda ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s ∧ c ∈ s → c ∈ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y
34 simpll2 ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ y ∈ u → F : X ⟶ onto Y
35 elssuni ⊢ y ∈ K → y ⊆ ⋃ K
36 35 1 sseqtrrdi ⊢ y ∈ K → y ⊆ Y
37 8 36 syl ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ y ∈ u → y ⊆ Y
38 foimacnv ⊢ F : X ⟶ onto Y ∧ y ⊆ Y → F F -1 y = y
39 34 37 38 syl2anc ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ y ∈ u → F F -1 y = y
40 simpr ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ y ∈ u → y ∈ u
41 39 40 eqeltrd ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ y ∈ u → F F -1 y ∈ u
42 41 ralrimiva ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u → ∀ y ∈ u F F -1 y ∈ u
43 imaeq2 ⊢ c = F -1 y → F c = F F -1 y
44 43 eleq1d ⊢ c = F -1 y → F c ∈ u ↔ F F -1 y ∈ u
45 24 44 ralrnmptw ⊢ ∀ y ∈ u F -1 y ∈ J → ∀ c ∈ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y F c ∈ u ↔ ∀ y ∈ u F F -1 y ∈ u
46 20 45 syl ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u → ∀ c ∈ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y F c ∈ u ↔ ∀ y ∈ u F F -1 y ∈ u
47 42 46 mpbird ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u → ∀ c ∈ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y F c ∈ u
48 47 adantr ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s → ∀ c ∈ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y F c ∈ u
49 48 r19.21bi ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s ∧ c ∈ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y → F c ∈ u
50 33 49 syldan ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s ∧ c ∈ s → F c ∈ u
51 50 fmpttd ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s → c ∈ s ⟼ F c : s ⟶ u
52 51 frnd ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s → ran ⁡ c ∈ s ⟼ F c ⊆ u
53 simprlr ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s → s ∈ Fin
54 eqid ⊢ c ∈ s ⟼ F c = c ∈ s ⟼ F c
55 54 rnmpt ⊢ ran ⁡ c ∈ s ⟼ F c = d | ∃ c ∈ s d = F c
56 abrexfi ⊢ s ∈ Fin → d | ∃ c ∈ s d = F c ∈ Fin
57 55 56 eqeltrid ⊢ s ∈ Fin → ran ⁡ c ∈ s ⟼ F c ∈ Fin
58 53 57 syl ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s → ran ⁡ c ∈ s ⟼ F c ∈ Fin
59 elfpw ⊢ ran ⁡ c ∈ s ⟼ F c ∈ 𝒫 u ∩ Fin ↔ ran ⁡ c ∈ s ⟼ F c ⊆ u ∧ ran ⁡ c ∈ s ⟼ F c ∈ Fin
60 52 58 59 sylanbrc ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s → ran ⁡ c ∈ s ⟼ F c ∈ 𝒫 u ∩ Fin
61 17 adantr ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s → F : ⋃ J ⟶ Y
62 61 fdmd ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s → dom ⁡ F = ⋃ J
63 simpll2 ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s → F : X ⟶ onto Y
64 fof ⊢ F : X ⟶ onto Y → F : X ⟶ Y
65 fdm ⊢ F : X ⟶ Y → dom ⁡ F = X
66 63 64 65 3syl ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s → dom ⁡ F = X
67 simprr ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s → ⋃ J = ⋃ s
68 62 66 67 3eqtr3d ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s → X = ⋃ s
69 68 imaeq2d ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s → F X = F ⋃ s
70 foima ⊢ F : X ⟶ onto Y → F X = Y
71 63 70 syl ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s → F X = Y
72 50 ralrimiva ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s → ∀ c ∈ s F c ∈ u
73 dfiun2g ⊢ ∀ c ∈ s F c ∈ u → ⋃ c ∈ s F c = ⋃ d | ∃ c ∈ s d = F c
74 72 73 syl ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s → ⋃ c ∈ s F c = ⋃ d | ∃ c ∈ s d = F c
75 imauni ⊢ F ⋃ s = ⋃ c ∈ s F c
76 55 unieqi ⊢ ⋃ ran ⁡ c ∈ s ⟼ F c = ⋃ d | ∃ c ∈ s d = F c
77 74 75 76 3eqtr4g ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s → F ⋃ s = ⋃ ran ⁡ c ∈ s ⟼ F c
78 69 71 77 3eqtr3d ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s → Y = ⋃ ran ⁡ c ∈ s ⟼ F c
79 unieq ⊢ v = ran ⁡ c ∈ s ⟼ F c → ⋃ v = ⋃ ran ⁡ c ∈ s ⟼ F c
80 79 rspceeqv ⊢ ran ⁡ c ∈ s ⟼ F c ∈ 𝒫 u ∩ Fin ∧ Y = ⋃ ran ⁡ c ∈ s ⟼ F c → ∃ v ∈ 𝒫 u ∩ Fin Y = ⋃ v
81 60 78 80 syl2anc ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin ∧ ⋃ J = ⋃ s → ∃ v ∈ 𝒫 u ∩ Fin Y = ⋃ v
82 81 expr ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ⊆ ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∧ s ∈ Fin → ⋃ J = ⋃ s → ∃ v ∈ 𝒫 u ∩ Fin Y = ⋃ v
83 31 82 sylan2b ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u ∧ s ∈ 𝒫 ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∩ Fin → ⋃ J = ⋃ s → ∃ v ∈ 𝒫 u ∩ Fin Y = ⋃ v
84 83 rexlimdva ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u → ∃ s ∈ 𝒫 ran ⁡ y ∈ u ⟼ F -1 y ∩ Fin ⋃ J = ⋃ s → ∃ v ∈ 𝒫 u ∩ Fin Y = ⋃ v
85 30 84 mpd ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K ∧ Y = ⋃ u → ∃ v ∈ 𝒫 u ∩ Fin Y = ⋃ v
86 85 expr ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ⊆ K → Y = ⋃ u → ∃ v ∈ 𝒫 u ∩ Fin Y = ⋃ v
87 4 86 sylan2 ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ u ∈ 𝒫 K → Y = ⋃ u → ∃ v ∈ 𝒫 u ∩ Fin Y = ⋃ v
88 87 ralrimiva ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K → ∀ u ∈ 𝒫 K Y = ⋃ u → ∃ v ∈ 𝒫 u ∩ Fin Y = ⋃ v
89 1 iscmp ⊢ K ∈ Comp ↔ K ∈ Top ∧ ∀ u ∈ 𝒫 K Y = ⋃ u → ∃ v ∈ 𝒫 u ∩ Fin Y = ⋃ v
90 3 88 89 sylanbrc ⊢ J ∈ Comp ∧ F : X ⟶ onto Y ∧ F ∈ J Cn K → K ∈ Comp