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Theorem cnpco

Description: The composition of a function F continuous at P with a function continuous at ( FP ) is continuous at P . Proposition 2 of BourbakiTop1 p. I.9. (Contributed by FL, 16-Nov-2006) (Proof shortened by Mario Carneiro, 27-Dec-2014)

Ref Expression
Assertion cnpco ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P → G ∘ F ∈ J CnP L ⁡ P

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cnptop1 ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P → J ∈ Top
2 1 adantr ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P → J ∈ Top
3 cnptop2 ⊢ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P → L ∈ Top
4 3 adantl ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P → L ∈ Top
5 eqid ⊢ ⋃ J = ⋃ J
6 5 cnprcl ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P → P ∈ ⋃ J
7 6 adantr ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P → P ∈ ⋃ J
8 2 4 7 3jca ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P → J ∈ Top ∧ L ∈ Top ∧ P ∈ ⋃ J
9 eqid ⊢ ⋃ K = ⋃ K
10 eqid ⊢ ⋃ L = ⋃ L
11 9 10 cnpf ⊢ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P → G : ⋃ K ⟶ ⋃ L
12 11 adantl ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P → G : ⋃ K ⟶ ⋃ L
13 5 9 cnpf ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P → F : ⋃ J ⟶ ⋃ K
14 13 adantr ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P → F : ⋃ J ⟶ ⋃ K
15 fco ⊢ G : ⋃ K ⟶ ⋃ L ∧ F : ⋃ J ⟶ ⋃ K → G ∘ F : ⋃ J ⟶ ⋃ L
16 12 14 15 syl2anc ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P → G ∘ F : ⋃ J ⟶ ⋃ L
17 simplr ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P ∧ z ∈ L ∧ G ∘ F ⁡ P ∈ z → G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P
18 simprl ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P ∧ z ∈ L ∧ G ∘ F ⁡ P ∈ z → z ∈ L
19 fvco3 ⊢ F : ⋃ J ⟶ ⋃ K ∧ P ∈ ⋃ J → G ∘ F ⁡ P = G ⁡ F ⁡ P
20 14 7 19 syl2anc ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P → G ∘ F ⁡ P = G ⁡ F ⁡ P
21 20 adantr ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P ∧ z ∈ L ∧ G ∘ F ⁡ P ∈ z → G ∘ F ⁡ P = G ⁡ F ⁡ P
22 simprr ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P ∧ z ∈ L ∧ G ∘ F ⁡ P ∈ z → G ∘ F ⁡ P ∈ z
23 21 22 eqeltrrd ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P ∧ z ∈ L ∧ G ∘ F ⁡ P ∈ z → G ⁡ F ⁡ P ∈ z
24 cnpimaex ⊢ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P ∧ z ∈ L ∧ G ⁡ F ⁡ P ∈ z → ∃ y ∈ K F ⁡ P ∈ y ∧ G y ⊆ z
25 17 18 23 24 syl3anc ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P ∧ z ∈ L ∧ G ∘ F ⁡ P ∈ z → ∃ y ∈ K F ⁡ P ∈ y ∧ G y ⊆ z
26 simplll ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P ∧ z ∈ L ∧ G ∘ F ⁡ P ∈ z ∧ y ∈ K ∧ F ⁡ P ∈ y ∧ G y ⊆ z → F ∈ J CnP K ⁡ P
27 simprl ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P ∧ z ∈ L ∧ G ∘ F ⁡ P ∈ z ∧ y ∈ K ∧ F ⁡ P ∈ y ∧ G y ⊆ z → y ∈ K
28 simprrl ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P ∧ z ∈ L ∧ G ∘ F ⁡ P ∈ z ∧ y ∈ K ∧ F ⁡ P ∈ y ∧ G y ⊆ z → F ⁡ P ∈ y
29 cnpimaex ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ y ∈ K ∧ F ⁡ P ∈ y → ∃ x ∈ J P ∈ x ∧ F x ⊆ y
30 26 27 28 29 syl3anc ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P ∧ z ∈ L ∧ G ∘ F ⁡ P ∈ z ∧ y ∈ K ∧ F ⁡ P ∈ y ∧ G y ⊆ z → ∃ x ∈ J P ∈ x ∧ F x ⊆ y
31 imaco ⊢ G ∘ F x = G F x
32 imass2 ⊢ F x ⊆ y → G F x ⊆ G y
33 31 32 eqsstrid ⊢ F x ⊆ y → G ∘ F x ⊆ G y
34 simprrr ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P ∧ z ∈ L ∧ G ∘ F ⁡ P ∈ z ∧ y ∈ K ∧ F ⁡ P ∈ y ∧ G y ⊆ z → G y ⊆ z
35 sstr2 ⊢ G ∘ F x ⊆ G y → G y ⊆ z → G ∘ F x ⊆ z
36 33 34 35 syl2imc ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P ∧ z ∈ L ∧ G ∘ F ⁡ P ∈ z ∧ y ∈ K ∧ F ⁡ P ∈ y ∧ G y ⊆ z → F x ⊆ y → G ∘ F x ⊆ z
37 36 anim2d ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P ∧ z ∈ L ∧ G ∘ F ⁡ P ∈ z ∧ y ∈ K ∧ F ⁡ P ∈ y ∧ G y ⊆ z → P ∈ x ∧ F x ⊆ y → P ∈ x ∧ G ∘ F x ⊆ z
38 37 reximdv ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P ∧ z ∈ L ∧ G ∘ F ⁡ P ∈ z ∧ y ∈ K ∧ F ⁡ P ∈ y ∧ G y ⊆ z → ∃ x ∈ J P ∈ x ∧ F x ⊆ y → ∃ x ∈ J P ∈ x ∧ G ∘ F x ⊆ z
39 30 38 mpd ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P ∧ z ∈ L ∧ G ∘ F ⁡ P ∈ z ∧ y ∈ K ∧ F ⁡ P ∈ y ∧ G y ⊆ z → ∃ x ∈ J P ∈ x ∧ G ∘ F x ⊆ z
40 25 39 rexlimddv ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P ∧ z ∈ L ∧ G ∘ F ⁡ P ∈ z → ∃ x ∈ J P ∈ x ∧ G ∘ F x ⊆ z
41 40 expr ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P ∧ z ∈ L → G ∘ F ⁡ P ∈ z → ∃ x ∈ J P ∈ x ∧ G ∘ F x ⊆ z
42 41 ralrimiva ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P → ∀ z ∈ L G ∘ F ⁡ P ∈ z → ∃ x ∈ J P ∈ x ∧ G ∘ F x ⊆ z
43 16 42 jca ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P → G ∘ F : ⋃ J ⟶ ⋃ L ∧ ∀ z ∈ L G ∘ F ⁡ P ∈ z → ∃ x ∈ J P ∈ x ∧ G ∘ F x ⊆ z
44 5 10 iscnp2 ⊢ G ∘ F ∈ J CnP L ⁡ P ↔ J ∈ Top ∧ L ∈ Top ∧ P ∈ ⋃ J ∧ G ∘ F : ⋃ J ⟶ ⋃ L ∧ ∀ z ∈ L G ∘ F ⁡ P ∈ z → ∃ x ∈ J P ∈ x ∧ G ∘ F x ⊆ z
45 8 43 44 sylanbrc ⊢ F ∈ J CnP K ⁡ P ∧ G ∈ K CnP L ⁡ F ⁡ P → G ∘ F ∈ J CnP L ⁡ P