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Theorem flimcf

Description: Fineness is properly characterized by the property that every limit point of a filter in the finer topology is a limit point in the coarser topology. (Contributed by Jeff Hankins, 28-Sep-2009) (Revised by Mario Carneiro, 23-Aug-2015)

Ref Expression
Assertion flimcf ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X → J ⊆ K ↔ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 simplll ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ J ⊆ K ∧ f ∈ Fil ⁡ X ∧ x ∈ K fLim f → J ∈ TopOn ⁡ X
2 simprl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ J ⊆ K ∧ f ∈ Fil ⁡ X ∧ x ∈ K fLim f → f ∈ Fil ⁡ X
3 simplr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ J ⊆ K ∧ f ∈ Fil ⁡ X ∧ x ∈ K fLim f → J ⊆ K
4 flimss1 ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ f ∈ Fil ⁡ X ∧ J ⊆ K → K fLim f ⊆ J fLim f
5 1 2 3 4 syl3anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ J ⊆ K ∧ f ∈ Fil ⁡ X ∧ x ∈ K fLim f → K fLim f ⊆ J fLim f
6 simprr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ J ⊆ K ∧ f ∈ Fil ⁡ X ∧ x ∈ K fLim f → x ∈ K fLim f
7 5 6 sseldd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ J ⊆ K ∧ f ∈ Fil ⁡ X ∧ x ∈ K fLim f → x ∈ J fLim f
8 7 expr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ J ⊆ K ∧ f ∈ Fil ⁡ X → x ∈ K fLim f → x ∈ J fLim f
9 8 ssrdv ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ J ⊆ K ∧ f ∈ Fil ⁡ X → K fLim f ⊆ J fLim f
10 9 ralrimiva ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ J ⊆ K → ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f
11 oveq2 ⊢ f = nei ⁡ K ⁡ y → K fLim f = K fLim nei ⁡ K ⁡ y
12 oveq2 ⊢ f = nei ⁡ K ⁡ y → J fLim f = J fLim nei ⁡ K ⁡ y
13 11 12 sseq12d ⊢ f = nei ⁡ K ⁡ y → K fLim f ⊆ J fLim f ↔ K fLim nei ⁡ K ⁡ y ⊆ J fLim nei ⁡ K ⁡ y
14 simplr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J ∧ y ∈ x → ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f
15 simpllr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J ∧ y ∈ x → K ∈ TopOn ⁡ X
16 simplll ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J ∧ y ∈ x → J ∈ TopOn ⁡ X
17 simprl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J ∧ y ∈ x → x ∈ J
18 toponss ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ x ∈ J → x ⊆ X
19 16 17 18 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J ∧ y ∈ x → x ⊆ X
20 simprr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J ∧ y ∈ x → y ∈ x
21 19 20 sseldd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J ∧ y ∈ x → y ∈ X
22 21 snssd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J ∧ y ∈ x → y ⊆ X
23 20 snn0d ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J ∧ y ∈ x → y ≠ ∅
24 neifil ⊢ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ y ⊆ X ∧ y ≠ ∅ → nei ⁡ K ⁡ y ∈ Fil ⁡ X
25 15 22 23 24 syl3anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J ∧ y ∈ x → nei ⁡ K ⁡ y ∈ Fil ⁡ X
26 13 14 25 rspcdva ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J ∧ y ∈ x → K fLim nei ⁡ K ⁡ y ⊆ J fLim nei ⁡ K ⁡ y
27 neiflim ⊢ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ y ∈ X → y ∈ K fLim nei ⁡ K ⁡ y
28 15 21 27 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J ∧ y ∈ x → y ∈ K fLim nei ⁡ K ⁡ y
29 26 28 sseldd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J ∧ y ∈ x → y ∈ J fLim nei ⁡ K ⁡ y
30 flimneiss ⊢ y ∈ J fLim nei ⁡ K ⁡ y → nei ⁡ J ⁡ y ⊆ nei ⁡ K ⁡ y
31 29 30 syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J ∧ y ∈ x → nei ⁡ J ⁡ y ⊆ nei ⁡ K ⁡ y
32 topontop ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → J ∈ Top
33 16 32 syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J ∧ y ∈ x → J ∈ Top
34 opnneip ⊢ J ∈ Top ∧ x ∈ J ∧ y ∈ x → x ∈ nei ⁡ J ⁡ y
35 33 17 20 34 syl3anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J ∧ y ∈ x → x ∈ nei ⁡ J ⁡ y
36 31 35 sseldd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J ∧ y ∈ x → x ∈ nei ⁡ K ⁡ y
37 36 anassrs ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J ∧ y ∈ x → x ∈ nei ⁡ K ⁡ y
38 37 ralrimiva ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J → ∀ y ∈ x x ∈ nei ⁡ K ⁡ y
39 simpllr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J → K ∈ TopOn ⁡ X
40 topontop ⊢ K ∈ TopOn ⁡ X → K ∈ Top
41 opnnei ⊢ K ∈ Top → x ∈ K ↔ ∀ y ∈ x x ∈ nei ⁡ K ⁡ y
42 39 40 41 3syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J → x ∈ K ↔ ∀ y ∈ x x ∈ nei ⁡ K ⁡ y
43 38 42 mpbird ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f ∧ x ∈ J → x ∈ K
44 43 ex ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f → x ∈ J → x ∈ K
45 44 ssrdv ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X ∧ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f → J ⊆ K
46 10 45 impbida ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ K ∈ TopOn ⁡ X → J ⊆ K ↔ ∀ f ∈ Fil ⁡ X K fLim f ⊆ J fLim f