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Theorem fcfnei

Description: The property of being a cluster point of a function in terms of neighborhoods. (Contributed by Jeff Hankins, 26-Nov-2009) (Revised by Stefan O'Rear, 9-Aug-2015)

Ref Expression
Assertion fcfnei ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X → A ∈ J fClusf L ⁡ F ↔ A ∈ X ∧ ∀ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A ∀ s ∈ L n ∩ F s ≠ ∅

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 isfcf ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X → A ∈ J fClusf L ⁡ F ↔ A ∈ X ∧ ∀ o ∈ J A ∈ o → ∀ s ∈ L o ∩ F s ≠ ∅
2 simpll1 ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X ∧ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A → J ∈ TopOn ⁡ X
3 topontop ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → J ∈ Top
4 2 3 syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X ∧ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A → J ∈ Top
5 simpr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X ∧ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A → n ∈ nei ⁡ J ⁡ A
6 eqid ⊢ ⋃ J = ⋃ J
7 6 neii1 ⊢ J ∈ Top ∧ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A → n ⊆ ⋃ J
8 4 5 7 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X ∧ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A → n ⊆ ⋃ J
9 6 ntrss2 ⊢ J ∈ Top ∧ n ⊆ ⋃ J → int ⁡ J ⁡ n ⊆ n
10 4 8 9 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X ∧ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A → int ⁡ J ⁡ n ⊆ n
11 simplr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X ∧ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A → A ∈ X
12 toponuni ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → X = ⋃ J
13 2 12 syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X ∧ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A → X = ⋃ J
14 11 13 eleqtrd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X ∧ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A → A ∈ ⋃ J
15 14 snssd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X ∧ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A → A ⊆ ⋃ J
16 6 neiint ⊢ J ∈ Top ∧ A ⊆ ⋃ J ∧ n ⊆ ⋃ J → n ∈ nei ⁡ J ⁡ A ↔ A ⊆ int ⁡ J ⁡ n
17 4 15 8 16 syl3anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X ∧ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A → n ∈ nei ⁡ J ⁡ A ↔ A ⊆ int ⁡ J ⁡ n
18 5 17 mpbid ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X ∧ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A → A ⊆ int ⁡ J ⁡ n
19 snssg ⊢ A ∈ X → A ∈ int ⁡ J ⁡ n ↔ A ⊆ int ⁡ J ⁡ n
20 11 19 syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X ∧ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A → A ∈ int ⁡ J ⁡ n ↔ A ⊆ int ⁡ J ⁡ n
21 18 20 mpbird ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X ∧ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A → A ∈ int ⁡ J ⁡ n
22 6 ntropn ⊢ J ∈ Top ∧ n ⊆ ⋃ J → int ⁡ J ⁡ n ∈ J
23 4 8 22 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X ∧ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A → int ⁡ J ⁡ n ∈ J
24 eleq2 ⊢ o = int ⁡ J ⁡ n → A ∈ o ↔ A ∈ int ⁡ J ⁡ n
25 ineq1 ⊢ o = int ⁡ J ⁡ n → o ∩ F s = int ⁡ J ⁡ n ∩ F s
26 25 neeq1d ⊢ o = int ⁡ J ⁡ n → o ∩ F s ≠ ∅ ↔ int ⁡ J ⁡ n ∩ F s ≠ ∅
27 26 ralbidv ⊢ o = int ⁡ J ⁡ n → ∀ s ∈ L o ∩ F s ≠ ∅ ↔ ∀ s ∈ L int ⁡ J ⁡ n ∩ F s ≠ ∅
28 24 27 imbi12d ⊢ o = int ⁡ J ⁡ n → A ∈ o → ∀ s ∈ L o ∩ F s ≠ ∅ ↔ A ∈ int ⁡ J ⁡ n → ∀ s ∈ L int ⁡ J ⁡ n ∩ F s ≠ ∅
29 28 rspcv ⊢ int ⁡ J ⁡ n ∈ J → ∀ o ∈ J A ∈ o → ∀ s ∈ L o ∩ F s ≠ ∅ → A ∈ int ⁡ J ⁡ n → ∀ s ∈ L int ⁡ J ⁡ n ∩ F s ≠ ∅
30 23 29 syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X ∧ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A → ∀ o ∈ J A ∈ o → ∀ s ∈ L o ∩ F s ≠ ∅ → A ∈ int ⁡ J ⁡ n → ∀ s ∈ L int ⁡ J ⁡ n ∩ F s ≠ ∅
31 21 30 mpid ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X ∧ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A → ∀ o ∈ J A ∈ o → ∀ s ∈ L o ∩ F s ≠ ∅ → ∀ s ∈ L int ⁡ J ⁡ n ∩ F s ≠ ∅
32 ssrin ⊢ int ⁡ J ⁡ n ⊆ n → int ⁡ J ⁡ n ∩ F s ⊆ n ∩ F s
33 ssn0 ⊢ int ⁡ J ⁡ n ∩ F s ⊆ n ∩ F s ∧ int ⁡ J ⁡ n ∩ F s ≠ ∅ → n ∩ F s ≠ ∅
34 33 ex ⊢ int ⁡ J ⁡ n ∩ F s ⊆ n ∩ F s → int ⁡ J ⁡ n ∩ F s ≠ ∅ → n ∩ F s ≠ ∅
35 32 34 syl ⊢ int ⁡ J ⁡ n ⊆ n → int ⁡ J ⁡ n ∩ F s ≠ ∅ → n ∩ F s ≠ ∅
36 35 ralimdv ⊢ int ⁡ J ⁡ n ⊆ n → ∀ s ∈ L int ⁡ J ⁡ n ∩ F s ≠ ∅ → ∀ s ∈ L n ∩ F s ≠ ∅
37 10 31 36 sylsyld ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X ∧ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A → ∀ o ∈ J A ∈ o → ∀ s ∈ L o ∩ F s ≠ ∅ → ∀ s ∈ L n ∩ F s ≠ ∅
38 37 ralrimdva ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X → ∀ o ∈ J A ∈ o → ∀ s ∈ L o ∩ F s ≠ ∅ → ∀ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A ∀ s ∈ L n ∩ F s ≠ ∅
39 simpl1 ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X → J ∈ TopOn ⁡ X
40 39 3 syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X → J ∈ Top
41 opnneip ⊢ J ∈ Top ∧ o ∈ J ∧ A ∈ o → o ∈ nei ⁡ J ⁡ A
42 41 3expb ⊢ J ∈ Top ∧ o ∈ J ∧ A ∈ o → o ∈ nei ⁡ J ⁡ A
43 40 42 sylan ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X ∧ o ∈ J ∧ A ∈ o → o ∈ nei ⁡ J ⁡ A
44 ineq1 ⊢ n = o → n ∩ F s = o ∩ F s
45 44 neeq1d ⊢ n = o → n ∩ F s ≠ ∅ ↔ o ∩ F s ≠ ∅
46 45 ralbidv ⊢ n = o → ∀ s ∈ L n ∩ F s ≠ ∅ ↔ ∀ s ∈ L o ∩ F s ≠ ∅
47 46 rspcv ⊢ o ∈ nei ⁡ J ⁡ A → ∀ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A ∀ s ∈ L n ∩ F s ≠ ∅ → ∀ s ∈ L o ∩ F s ≠ ∅
48 43 47 syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X ∧ o ∈ J ∧ A ∈ o → ∀ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A ∀ s ∈ L n ∩ F s ≠ ∅ → ∀ s ∈ L o ∩ F s ≠ ∅
49 48 expr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X ∧ o ∈ J → A ∈ o → ∀ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A ∀ s ∈ L n ∩ F s ≠ ∅ → ∀ s ∈ L o ∩ F s ≠ ∅
50 49 com23 ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X ∧ o ∈ J → ∀ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A ∀ s ∈ L n ∩ F s ≠ ∅ → A ∈ o → ∀ s ∈ L o ∩ F s ≠ ∅
51 50 ralrimdva ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X → ∀ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A ∀ s ∈ L n ∩ F s ≠ ∅ → ∀ o ∈ J A ∈ o → ∀ s ∈ L o ∩ F s ≠ ∅
52 38 51 impbid ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X ∧ A ∈ X → ∀ o ∈ J A ∈ o → ∀ s ∈ L o ∩ F s ≠ ∅ ↔ ∀ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A ∀ s ∈ L n ∩ F s ≠ ∅
53 52 pm5.32da ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X → A ∈ X ∧ ∀ o ∈ J A ∈ o → ∀ s ∈ L o ∩ F s ≠ ∅ ↔ A ∈ X ∧ ∀ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A ∀ s ∈ L n ∩ F s ≠ ∅
54 1 53 bitrd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ L ∈ Fil ⁡ Y ∧ F : Y ⟶ X → A ∈ J fClusf L ⁡ F ↔ A ∈ X ∧ ∀ n ∈ nei ⁡ J ⁡ A ∀ s ∈ L n ∩ F s ≠ ∅