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Theorem fctop

Description: The finite complement topology on a set A . Example 3 in Munkres p. 77. (Contributed by FL, 15-Aug-2006) (Revised by Mario Carneiro, 13-Aug-2015)

Ref Expression
Assertion fctop ⊢ A ∈ V → x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∈ TopOn ⁡ A

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 difeq2 ⊢ x = ⋃ y → A ∖ x = A ∖ ⋃ y
2 1 eleq1d ⊢ x = ⋃ y → A ∖ x ∈ Fin ↔ A ∖ ⋃ y ∈ Fin
3 eqeq1 ⊢ x = ⋃ y → x = ∅ ↔ ⋃ y = ∅
4 2 3 orbi12d ⊢ x = ⋃ y → A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ↔ A ∖ ⋃ y ∈ Fin ∨ ⋃ y = ∅
5 uniss ⊢ y ⊆ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ → ⋃ y ⊆ ⋃ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅
6 ssrab2 ⊢ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ⊆ 𝒫 A
7 sspwuni ⊢ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ⊆ 𝒫 A ↔ ⋃ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ⊆ A
8 6 7 mpbi ⊢ ⋃ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ⊆ A
9 5 8 sstrdi ⊢ y ⊆ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ → ⋃ y ⊆ A
10 vuniex ⊢ ⋃ y ∈ V
11 10 elpw ⊢ ⋃ y ∈ 𝒫 A ↔ ⋃ y ⊆ A
12 9 11 sylibr ⊢ y ⊆ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ → ⋃ y ∈ 𝒫 A
13 uni0c ⊢ ⋃ y = ∅ ↔ ∀ z ∈ y z = ∅
14 13 notbii ⊢ ¬ ⋃ y = ∅ ↔ ¬ ∀ z ∈ y z = ∅
15 rexnal ⊢ ∃ z ∈ y ¬ z = ∅ ↔ ¬ ∀ z ∈ y z = ∅
16 14 15 bitr4i ⊢ ¬ ⋃ y = ∅ ↔ ∃ z ∈ y ¬ z = ∅
17 ssel2 ⊢ y ⊆ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∧ z ∈ y → z ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅
18 difeq2 ⊢ x = z → A ∖ x = A ∖ z
19 18 eleq1d ⊢ x = z → A ∖ x ∈ Fin ↔ A ∖ z ∈ Fin
20 eqeq1 ⊢ x = z → x = ∅ ↔ z = ∅
21 19 20 orbi12d ⊢ x = z → A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ↔ A ∖ z ∈ Fin ∨ z = ∅
22 21 elrab ⊢ z ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ↔ z ∈ 𝒫 A ∧ A ∖ z ∈ Fin ∨ z = ∅
23 17 22 sylib ⊢ y ⊆ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∧ z ∈ y → z ∈ 𝒫 A ∧ A ∖ z ∈ Fin ∨ z = ∅
24 23 simprd ⊢ y ⊆ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∧ z ∈ y → A ∖ z ∈ Fin ∨ z = ∅
25 24 ord ⊢ y ⊆ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∧ z ∈ y → ¬ A ∖ z ∈ Fin → z = ∅
26 25 con1d ⊢ y ⊆ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∧ z ∈ y → ¬ z = ∅ → A ∖ z ∈ Fin
27 26 imp ⊢ y ⊆ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∧ z ∈ y ∧ ¬ z = ∅ → A ∖ z ∈ Fin
28 elssuni ⊢ z ∈ y → z ⊆ ⋃ y
29 28 sscond ⊢ z ∈ y → A ∖ ⋃ y ⊆ A ∖ z
30 ssfi ⊢ A ∖ z ∈ Fin ∧ A ∖ ⋃ y ⊆ A ∖ z → A ∖ ⋃ y ∈ Fin
31 29 30 sylan2 ⊢ A ∖ z ∈ Fin ∧ z ∈ y → A ∖ ⋃ y ∈ Fin
32 31 expcom ⊢ z ∈ y → A ∖ z ∈ Fin → A ∖ ⋃ y ∈ Fin
33 32 ad2antlr ⊢ y ⊆ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∧ z ∈ y ∧ ¬ z = ∅ → A ∖ z ∈ Fin → A ∖ ⋃ y ∈ Fin
34 27 33 mpd ⊢ y ⊆ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∧ z ∈ y ∧ ¬ z = ∅ → A ∖ ⋃ y ∈ Fin
35 34 rexlimdva2 ⊢ y ⊆ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ → ∃ z ∈ y ¬ z = ∅ → A ∖ ⋃ y ∈ Fin
36 16 35 biimtrid ⊢ y ⊆ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ → ¬ ⋃ y = ∅ → A ∖ ⋃ y ∈ Fin
37 36 con1d ⊢ y ⊆ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ → ¬ A ∖ ⋃ y ∈ Fin → ⋃ y = ∅
38 37 orrd ⊢ y ⊆ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ → A ∖ ⋃ y ∈ Fin ∨ ⋃ y = ∅
39 4 12 38 elrabd ⊢ y ⊆ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ → ⋃ y ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅
40 39 ax-gen ⊢ ∀ y y ⊆ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ → ⋃ y ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅
41 ssinss1 ⊢ y ⊆ A → y ∩ z ⊆ A
42 vex ⊢ y ∈ V
43 42 elpw ⊢ y ∈ 𝒫 A ↔ y ⊆ A
44 42 inex1 ⊢ y ∩ z ∈ V
45 44 elpw ⊢ y ∩ z ∈ 𝒫 A ↔ y ∩ z ⊆ A
46 41 43 45 3imtr4i ⊢ y ∈ 𝒫 A → y ∩ z ∈ 𝒫 A
47 46 ad2antrr ⊢ y ∈ 𝒫 A ∧ A ∖ y ∈ Fin ∨ y = ∅ ∧ z ∈ 𝒫 A ∧ A ∖ z ∈ Fin ∨ z = ∅ → y ∩ z ∈ 𝒫 A
48 difindi ⊢ A ∖ y ∩ z = A ∖ y ∪ A ∖ z
49 unfi ⊢ A ∖ y ∈ Fin ∧ A ∖ z ∈ Fin → A ∖ y ∪ A ∖ z ∈ Fin
50 48 49 eqeltrid ⊢ A ∖ y ∈ Fin ∧ A ∖ z ∈ Fin → A ∖ y ∩ z ∈ Fin
51 50 orcd ⊢ A ∖ y ∈ Fin ∧ A ∖ z ∈ Fin → A ∖ y ∩ z ∈ Fin ∨ y ∩ z = ∅
52 ineq1 ⊢ y = ∅ → y ∩ z = ∅ ∩ z
53 0in ⊢ ∅ ∩ z = ∅
54 52 53 eqtrdi ⊢ y = ∅ → y ∩ z = ∅
55 54 olcd ⊢ y = ∅ → A ∖ y ∩ z ∈ Fin ∨ y ∩ z = ∅
56 ineq2 ⊢ z = ∅ → y ∩ z = y ∩ ∅
57 in0 ⊢ y ∩ ∅ = ∅
58 56 57 eqtrdi ⊢ z = ∅ → y ∩ z = ∅
59 58 olcd ⊢ z = ∅ → A ∖ y ∩ z ∈ Fin ∨ y ∩ z = ∅
60 51 55 59 ccase2 ⊢ A ∖ y ∈ Fin ∨ y = ∅ ∧ A ∖ z ∈ Fin ∨ z = ∅ → A ∖ y ∩ z ∈ Fin ∨ y ∩ z = ∅
61 60 ad2ant2l ⊢ y ∈ 𝒫 A ∧ A ∖ y ∈ Fin ∨ y = ∅ ∧ z ∈ 𝒫 A ∧ A ∖ z ∈ Fin ∨ z = ∅ → A ∖ y ∩ z ∈ Fin ∨ y ∩ z = ∅
62 47 61 jca ⊢ y ∈ 𝒫 A ∧ A ∖ y ∈ Fin ∨ y = ∅ ∧ z ∈ 𝒫 A ∧ A ∖ z ∈ Fin ∨ z = ∅ → y ∩ z ∈ 𝒫 A ∧ A ∖ y ∩ z ∈ Fin ∨ y ∩ z = ∅
63 difeq2 ⊢ x = y → A ∖ x = A ∖ y
64 63 eleq1d ⊢ x = y → A ∖ x ∈ Fin ↔ A ∖ y ∈ Fin
65 eqeq1 ⊢ x = y → x = ∅ ↔ y = ∅
66 64 65 orbi12d ⊢ x = y → A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ↔ A ∖ y ∈ Fin ∨ y = ∅
67 66 elrab ⊢ y ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ↔ y ∈ 𝒫 A ∧ A ∖ y ∈ Fin ∨ y = ∅
68 67 22 anbi12i ⊢ y ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∧ z ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ↔ y ∈ 𝒫 A ∧ A ∖ y ∈ Fin ∨ y = ∅ ∧ z ∈ 𝒫 A ∧ A ∖ z ∈ Fin ∨ z = ∅
69 difeq2 ⊢ x = y ∩ z → A ∖ x = A ∖ y ∩ z
70 69 eleq1d ⊢ x = y ∩ z → A ∖ x ∈ Fin ↔ A ∖ y ∩ z ∈ Fin
71 eqeq1 ⊢ x = y ∩ z → x = ∅ ↔ y ∩ z = ∅
72 70 71 orbi12d ⊢ x = y ∩ z → A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ↔ A ∖ y ∩ z ∈ Fin ∨ y ∩ z = ∅
73 72 elrab ⊢ y ∩ z ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ↔ y ∩ z ∈ 𝒫 A ∧ A ∖ y ∩ z ∈ Fin ∨ y ∩ z = ∅
74 62 68 73 3imtr4i ⊢ y ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∧ z ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ → y ∩ z ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅
75 74 rgen2 ⊢ ∀ y ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∀ z ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ y ∩ z ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅
76 40 75 pm3.2i ⊢ ∀ y y ⊆ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ → ⋃ y ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∧ ∀ y ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∀ z ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ y ∩ z ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅
77 pwexg ⊢ A ∈ V → 𝒫 A ∈ V
78 rabexg ⊢ 𝒫 A ∈ V → x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∈ V
79 istopg ⊢ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∈ V → x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∈ Top ↔ ∀ y y ⊆ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ → ⋃ y ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∧ ∀ y ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∀ z ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ y ∩ z ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅
80 77 78 79 3syl ⊢ A ∈ V → x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∈ Top ↔ ∀ y y ⊆ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ → ⋃ y ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∧ ∀ y ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∀ z ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ y ∩ z ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅
81 76 80 mpbiri ⊢ A ∈ V → x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∈ Top
82 difeq2 ⊢ x = A → A ∖ x = A ∖ A
83 difid ⊢ A ∖ A = ∅
84 82 83 eqtrdi ⊢ x = A → A ∖ x = ∅
85 84 eleq1d ⊢ x = A → A ∖ x ∈ Fin ↔ ∅ ∈ Fin
86 eqeq1 ⊢ x = A → x = ∅ ↔ A = ∅
87 85 86 orbi12d ⊢ x = A → A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ↔ ∅ ∈ Fin ∨ A = ∅
88 pwidg ⊢ A ∈ V → A ∈ 𝒫 A
89 0fi ⊢ ∅ ∈ Fin
90 89 orci ⊢ ∅ ∈ Fin ∨ A = ∅
91 90 a1i ⊢ A ∈ V → ∅ ∈ Fin ∨ A = ∅
92 87 88 91 elrabd ⊢ A ∈ V → A ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅
93 elssuni ⊢ A ∈ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ → A ⊆ ⋃ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅
94 92 93 syl ⊢ A ∈ V → A ⊆ ⋃ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅
95 8 a1i ⊢ A ∈ V → ⋃ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ⊆ A
96 94 95 eqssd ⊢ A ∈ V → A = ⋃ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅
97 istopon ⊢ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∈ TopOn ⁡ A ↔ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∈ Top ∧ A = ⋃ x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅
98 81 96 97 sylanbrc ⊢ A ∈ V → x ∈ 𝒫 A | A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∈ TopOn ⁡ A