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Theorem cnhaus

Description: The preimage of a Hausdorff topology under an injective map is Hausdorff. (Contributed by Mario Carneiro, 25-Aug-2015)

Ref Expression
Assertion cnhaus ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K → J ∈ Haus

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cntop1 ⊢ F ∈ J Cn K → J ∈ Top
2 1 3ad2ant3 ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K → J ∈ Top
3 simpl1 ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → K ∈ Haus
4 simpl3 ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → F ∈ J Cn K
5 eqid ⊢ ⋃ J = ⋃ J
6 eqid ⊢ ⋃ K = ⋃ K
7 5 6 cnf ⊢ F ∈ J Cn K → F : ⋃ J ⟶ ⋃ K
8 4 7 syl ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → F : ⋃ J ⟶ ⋃ K
9 simprll ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → x ∈ ⋃ J
10 8 9 ffvelcdmd ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → F ⁡ x ∈ ⋃ K
11 simprlr ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → y ∈ ⋃ J
12 8 11 ffvelcdmd ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → F ⁡ y ∈ ⋃ K
13 simprr ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → x ≠ y
14 simpl2 ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → F : X ⟶ 1-1 Y
15 8 fdmd ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → dom ⁡ F = ⋃ J
16 f1dm ⊢ F : X ⟶ 1-1 Y → dom ⁡ F = X
17 14 16 syl ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → dom ⁡ F = X
18 15 17 eqtr3d ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → ⋃ J = X
19 9 18 eleqtrd ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → x ∈ X
20 11 18 eleqtrd ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → y ∈ X
21 f1fveq ⊢ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → F ⁡ x = F ⁡ y ↔ x = y
22 14 19 20 21 syl12anc ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → F ⁡ x = F ⁡ y ↔ x = y
23 22 necon3bid ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → F ⁡ x ≠ F ⁡ y ↔ x ≠ y
24 13 23 mpbird ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → F ⁡ x ≠ F ⁡ y
25 6 hausnei ⊢ K ∈ Haus ∧ F ⁡ x ∈ ⋃ K ∧ F ⁡ y ∈ ⋃ K ∧ F ⁡ x ≠ F ⁡ y → ∃ u ∈ K ∃ v ∈ K F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅
26 3 10 12 24 25 syl13anc ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → ∃ u ∈ K ∃ v ∈ K F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅
27 simpll3 ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K ∧ F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → F ∈ J Cn K
28 simprll ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K ∧ F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → u ∈ K
29 cnima ⊢ F ∈ J Cn K ∧ u ∈ K → F -1 u ∈ J
30 27 28 29 syl2anc ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K ∧ F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → F -1 u ∈ J
31 simprlr ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K ∧ F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → v ∈ K
32 cnima ⊢ F ∈ J Cn K ∧ v ∈ K → F -1 v ∈ J
33 27 31 32 syl2anc ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K ∧ F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → F -1 v ∈ J
34 9 adantr ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K ∧ F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → x ∈ ⋃ J
35 simprr1 ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K ∧ F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → F ⁡ x ∈ u
36 8 adantr ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K ∧ F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → F : ⋃ J ⟶ ⋃ K
37 36 ffnd ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K ∧ F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → F Fn ⋃ J
38 elpreima ⊢ F Fn ⋃ J → x ∈ F -1 u ↔ x ∈ ⋃ J ∧ F ⁡ x ∈ u
39 37 38 syl ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K ∧ F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → x ∈ F -1 u ↔ x ∈ ⋃ J ∧ F ⁡ x ∈ u
40 34 35 39 mpbir2and ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K ∧ F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → x ∈ F -1 u
41 11 adantr ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K ∧ F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → y ∈ ⋃ J
42 simprr2 ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K ∧ F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → F ⁡ y ∈ v
43 elpreima ⊢ F Fn ⋃ J → y ∈ F -1 v ↔ y ∈ ⋃ J ∧ F ⁡ y ∈ v
44 37 43 syl ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K ∧ F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → y ∈ F -1 v ↔ y ∈ ⋃ J ∧ F ⁡ y ∈ v
45 41 42 44 mpbir2and ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K ∧ F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → y ∈ F -1 v
46 ffun ⊢ F : ⋃ J ⟶ ⋃ K → Fun ⁡ F
47 inpreima ⊢ Fun ⁡ F → F -1 u ∩ v = F -1 u ∩ F -1 v
48 36 46 47 3syl ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K ∧ F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → F -1 u ∩ v = F -1 u ∩ F -1 v
49 simprr3 ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K ∧ F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → u ∩ v = ∅
50 49 imaeq2d ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K ∧ F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → F -1 u ∩ v = F -1 ∅
51 ima0 ⊢ F -1 ∅ = ∅
52 50 51 eqtrdi ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K ∧ F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → F -1 u ∩ v = ∅
53 48 52 eqtr3d ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K ∧ F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → F -1 u ∩ F -1 v = ∅
54 eleq2 ⊢ m = F -1 u → x ∈ m ↔ x ∈ F -1 u
55 ineq1 ⊢ m = F -1 u → m ∩ n = F -1 u ∩ n
56 55 eqeq1d ⊢ m = F -1 u → m ∩ n = ∅ ↔ F -1 u ∩ n = ∅
57 54 56 3anbi13d ⊢ m = F -1 u → x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅ ↔ x ∈ F -1 u ∧ y ∈ n ∧ F -1 u ∩ n = ∅
58 eleq2 ⊢ n = F -1 v → y ∈ n ↔ y ∈ F -1 v
59 ineq2 ⊢ n = F -1 v → F -1 u ∩ n = F -1 u ∩ F -1 v
60 59 eqeq1d ⊢ n = F -1 v → F -1 u ∩ n = ∅ ↔ F -1 u ∩ F -1 v = ∅
61 58 60 3anbi23d ⊢ n = F -1 v → x ∈ F -1 u ∧ y ∈ n ∧ F -1 u ∩ n = ∅ ↔ x ∈ F -1 u ∧ y ∈ F -1 v ∧ F -1 u ∩ F -1 v = ∅
62 57 61 rspc2ev ⊢ F -1 u ∈ J ∧ F -1 v ∈ J ∧ x ∈ F -1 u ∧ y ∈ F -1 v ∧ F -1 u ∩ F -1 v = ∅ → ∃ m ∈ J ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
63 30 33 40 45 53 62 syl113anc ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K ∧ F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → ∃ m ∈ J ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
64 63 expr ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y ∧ u ∈ K ∧ v ∈ K → F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → ∃ m ∈ J ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
65 64 rexlimdvva ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → ∃ u ∈ K ∃ v ∈ K F ⁡ x ∈ u ∧ F ⁡ y ∈ v ∧ u ∩ v = ∅ → ∃ m ∈ J ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
66 26 65 mpd ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → ∃ m ∈ J ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
67 66 expr ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K ∧ x ∈ ⋃ J ∧ y ∈ ⋃ J → x ≠ y → ∃ m ∈ J ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
68 67 ralrimivva ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K → ∀ x ∈ ⋃ J ∀ y ∈ ⋃ J x ≠ y → ∃ m ∈ J ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
69 5 ishaus ⊢ J ∈ Haus ↔ J ∈ Top ∧ ∀ x ∈ ⋃ J ∀ y ∈ ⋃ J x ≠ y → ∃ m ∈ J ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
70 2 68 69 sylanbrc ⊢ K ∈ Haus ∧ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F ∈ J Cn K → J ∈ Haus