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Theorem flimfnfcls

Description: A filter converges to a point iff every finer filter clusters there. Along with fclsfnflim , this theorem illustrates the duality between convergence and clustering. (Contributed by Jeff Hankins, 12-Nov-2009) (Revised by Stefan O'Rear, 8-Aug-2015)

Ref Expression
Hypothesis flimfnfcls.x X=J
Assertion flimfnfcls FFilXAJfLimFgFilXFgAJfClusg

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 flimfnfcls.x X=J
2 flimfcls JfLimgJfClusg
3 flimtop AJfLimFJTop
4 1 toptopon JTopJTopOnX
5 3 4 sylib AJfLimFJTopOnX
6 5 ad2antrr AJfLimFgFilXFgJTopOnX
7 simplr AJfLimFgFilXFggFilX
8 simpr AJfLimFgFilXFgFg
9 flimss2 JTopOnXgFilXFgJfLimFJfLimg
10 6 7 8 9 syl3anc AJfLimFgFilXFgJfLimFJfLimg
11 simpll AJfLimFgFilXFgAJfLimF
12 10 11 sseldd AJfLimFgFilXFgAJfLimg
13 2 12 sselid AJfLimFgFilXFgAJfClusg
14 13 ex AJfLimFgFilXFgAJfClusg
15 14 ralrimiva AJfLimFgFilXFgAJfClusg
16 sseq2 g=FFgFF
17 oveq2 g=FJfClusg=JfClusF
18 17 eleq2d g=FAJfClusgAJfClusF
19 16 18 imbi12d g=FFgAJfClusgFFAJfClusF
20 19 rspcv FFilXgFilXFgAJfClusgFFAJfClusF
21 ssid FF
22 id FFAJfClusFFFAJfClusF
23 21 22 mpi FFAJfClusFAJfClusF
24 fclstop AJfClusFJTop
25 1 fclselbas AJfClusFAX
26 24 25 jca AJfClusFJTopAX
27 23 26 syl FFAJfClusFJTopAX
28 20 27 syl6 FFilXgFilXFgAJfClusgJTopAX
29 disjdif oXo=
30 simpll FFilXJTopAXoJAo¬oFFFilX
31 simplrl FFilXJTopAXoJAo¬oFJTop
32 1 topopn JTopXJ
33 31 32 syl FFilXJTopAXoJAo¬oFXJ
34 pwexg XJ𝒫XV
35 rabexg 𝒫XVx𝒫X|XoxV
36 33 34 35 3syl FFilXJTopAXoJAo¬oFx𝒫X|XoxV
37 unexg FFilXx𝒫X|XoxVFx𝒫X|XoxV
38 30 36 37 syl2anc FFilXJTopAXoJAo¬oFFx𝒫X|XoxV
39 ssfii Fx𝒫X|XoxVFx𝒫X|XoxfiFx𝒫X|Xox
40 38 39 syl FFilXJTopAXoJAo¬oFFx𝒫X|XoxfiFx𝒫X|Xox
41 filsspw FFilXF𝒫X
42 ssrab2 x𝒫X|Xox𝒫X
43 42 a1i FFilXx𝒫X|Xox𝒫X
44 41 43 unssd FFilXFx𝒫X|Xox𝒫X
45 44 ad2antrr FFilXJTopAXoJAo¬oFFx𝒫X|Xox𝒫X
46 ssun2 x𝒫X|XoxFx𝒫X|Xox
47 sseq2 x=XoXoxXoXo
48 difss XoX
49 elpw2g XJXo𝒫XXoX
50 33 49 syl FFilXJTopAXoJAo¬oFXo𝒫XXoX
51 48 50 mpbiri FFilXJTopAXoJAo¬oFXo𝒫X
52 ssid XoXo
53 52 a1i FFilXJTopAXoJAo¬oFXoXo
54 47 51 53 elrabd FFilXJTopAXoJAo¬oFXox𝒫X|Xox
55 46 54 sselid FFilXJTopAXoJAo¬oFXoFx𝒫X|Xox
56 55 ne0d FFilXJTopAXoJAo¬oFFx𝒫X|Xox
57 sseq2 x=zXoxXoz
58 57 elrab zx𝒫X|Xoxz𝒫XXoz
59 58 simprbi zx𝒫X|XoxXoz
60 59 ad2antll FFilXJTopAXoJAo¬oFyFzx𝒫X|XoxXoz
61 sslin XozyXoyz
62 60 61 syl FFilXJTopAXoJAo¬oFyFzx𝒫X|XoxyXoyz
63 simprrr FFilXJTopAXoJAo¬oF¬oF
64 63 adantr FFilXJTopAXoJAo¬oFyFzx𝒫X|Xox¬oF
65 inssdif0 yXoyXo=
66 simplll FFilXJTopAXoJAo¬oFyFzx𝒫X|XoxFFilX
67 simprl FFilXJTopAXoJAo¬oFyFzx𝒫X|XoxyF
68 filelss FFilXyFyX
69 66 67 68 syl2anc FFilXJTopAXoJAo¬oFyFzx𝒫X|XoxyX
70 df-ss yXyX=y
71 69 70 sylib FFilXJTopAXoJAo¬oFyFzx𝒫X|XoxyX=y
72 71 sseq1d FFilXJTopAXoJAo¬oFyFzx𝒫X|XoxyXoyo
73 30 ad2antrr FFilXJTopAXoJAo¬oFyFzx𝒫X|XoxyoFFilX
74 simplrl FFilXJTopAXoJAo¬oFyFzx𝒫X|XoxyoyF
75 elssuni oJoJ
76 75 1 sseqtrrdi oJoX
77 76 ad2antrl FFilXJTopAXoJAo¬oFoX
78 77 ad2antrr FFilXJTopAXoJAo¬oFyFzx𝒫X|XoxyooX
79 simpr FFilXJTopAXoJAo¬oFyFzx𝒫X|Xoxyoyo
80 filss FFilXyFoXyooF
81 73 74 78 79 80 syl13anc FFilXJTopAXoJAo¬oFyFzx𝒫X|XoxyooF
82 81 ex FFilXJTopAXoJAo¬oFyFzx𝒫X|XoxyooF
83 72 82 sylbid FFilXJTopAXoJAo¬oFyFzx𝒫X|XoxyXooF
84 65 83 biimtrrid FFilXJTopAXoJAo¬oFyFzx𝒫X|XoxyXo=oF
85 84 necon3bd FFilXJTopAXoJAo¬oFyFzx𝒫X|Xox¬oFyXo
86 64 85 mpd FFilXJTopAXoJAo¬oFyFzx𝒫X|XoxyXo
87 ssn0 yXoyzyXoyz
88 62 86 87 syl2anc FFilXJTopAXoJAo¬oFyFzx𝒫X|Xoxyz
89 88 ralrimivva FFilXJTopAXoJAo¬oFyFzx𝒫X|Xoxyz
90 filfbas FFilXFfBasX
91 30 90 syl FFilXJTopAXoJAo¬oFFfBasX
92 48 a1i FFilXJTopAXoJAo¬oFXoX
93 filtop FFilXXF
94 30 93 syl FFilXJTopAXoJAo¬oFXF
95 eleq1 o=XoFXF
96 94 95 syl5ibrcom FFilXJTopAXoJAo¬oFo=XoF
97 96 necon3bd FFilXJTopAXoJAo¬oF¬oFoX
98 63 97 mpd FFilXJTopAXoJAo¬oFoX
99 pssdifn0 oXoXXo
100 77 98 99 syl2anc FFilXJTopAXoJAo¬oFXo
101 supfil XJXoXXox𝒫X|XoxFilX
102 33 92 100 101 syl3anc FFilXJTopAXoJAo¬oFx𝒫X|XoxFilX
103 filfbas x𝒫X|XoxFilXx𝒫X|XoxfBasX
104 102 103 syl FFilXJTopAXoJAo¬oFx𝒫X|XoxfBasX
105 fbunfip FfBasXx𝒫X|XoxfBasX¬fiFx𝒫X|XoxyFzx𝒫X|Xoxyz
106 91 104 105 syl2anc FFilXJTopAXoJAo¬oF¬fiFx𝒫X|XoxyFzx𝒫X|Xoxyz
107 89 106 mpbird FFilXJTopAXoJAo¬oF¬fiFx𝒫X|Xox
108 fsubbas XFfiFx𝒫X|XoxfBasXFx𝒫X|Xox𝒫XFx𝒫X|Xox¬fiFx𝒫X|Xox
109 94 108 syl FFilXJTopAXoJAo¬oFfiFx𝒫X|XoxfBasXFx𝒫X|Xox𝒫XFx𝒫X|Xox¬fiFx𝒫X|Xox
110 45 56 107 109 mpbir3and FFilXJTopAXoJAo¬oFfiFx𝒫X|XoxfBasX
111 ssfg fiFx𝒫X|XoxfBasXfiFx𝒫X|XoxXfilGenfiFx𝒫X|Xox
112 110 111 syl FFilXJTopAXoJAo¬oFfiFx𝒫X|XoxXfilGenfiFx𝒫X|Xox
113 40 112 sstrd FFilXJTopAXoJAo¬oFFx𝒫X|XoxXfilGenfiFx𝒫X|Xox
114 113 unssad FFilXJTopAXoJAo¬oFFXfilGenfiFx𝒫X|Xox
115 fgcl fiFx𝒫X|XoxfBasXXfilGenfiFx𝒫X|XoxFilX
116 110 115 syl FFilXJTopAXoJAo¬oFXfilGenfiFx𝒫X|XoxFilX
117 sseq2 g=XfilGenfiFx𝒫X|XoxFgFXfilGenfiFx𝒫X|Xox
118 oveq2 g=XfilGenfiFx𝒫X|XoxJfClusg=JfClusXfilGenfiFx𝒫X|Xox
119 118 eleq2d g=XfilGenfiFx𝒫X|XoxAJfClusgAJfClusXfilGenfiFx𝒫X|Xox
120 117 119 imbi12d g=XfilGenfiFx𝒫X|XoxFgAJfClusgFXfilGenfiFx𝒫X|XoxAJfClusXfilGenfiFx𝒫X|Xox
121 120 rspcv XfilGenfiFx𝒫X|XoxFilXgFilXFgAJfClusgFXfilGenfiFx𝒫X|XoxAJfClusXfilGenfiFx𝒫X|Xox
122 116 121 syl FFilXJTopAXoJAo¬oFgFilXFgAJfClusgFXfilGenfiFx𝒫X|XoxAJfClusXfilGenfiFx𝒫X|Xox
123 114 122 mpid FFilXJTopAXoJAo¬oFgFilXFgAJfClusgAJfClusXfilGenfiFx𝒫X|Xox
124 simpr FFilXJTopAXoJAo¬oFAJfClusXfilGenfiFx𝒫X|XoxAJfClusXfilGenfiFx𝒫X|Xox
125 simplrl FFilXJTopAXoJAo¬oFAJfClusXfilGenfiFx𝒫X|XoxoJ
126 simprrl FFilXJTopAXoJAo¬oFAo
127 126 adantr FFilXJTopAXoJAo¬oFAJfClusXfilGenfiFx𝒫X|XoxAo
128 113 55 sseldd FFilXJTopAXoJAo¬oFXoXfilGenfiFx𝒫X|Xox
129 128 adantr FFilXJTopAXoJAo¬oFAJfClusXfilGenfiFx𝒫X|XoxXoXfilGenfiFx𝒫X|Xox
130 fclsopni AJfClusXfilGenfiFx𝒫X|XoxoJAoXoXfilGenfiFx𝒫X|XoxoXo
131 124 125 127 129 130 syl13anc FFilXJTopAXoJAo¬oFAJfClusXfilGenfiFx𝒫X|XoxoXo
132 131 ex FFilXJTopAXoJAo¬oFAJfClusXfilGenfiFx𝒫X|XoxoXo
133 123 132 syld FFilXJTopAXoJAo¬oFgFilXFgAJfClusgoXo
134 133 necon2bd FFilXJTopAXoJAo¬oFoXo=¬gFilXFgAJfClusg
135 29 134 mpi FFilXJTopAXoJAo¬oF¬gFilXFgAJfClusg
136 135 anassrs FFilXJTopAXoJAo¬oF¬gFilXFgAJfClusg
137 136 expr FFilXJTopAXoJAo¬oF¬gFilXFgAJfClusg
138 137 con4d FFilXJTopAXoJAogFilXFgAJfClusgoF
139 138 ex FFilXJTopAXoJAogFilXFgAJfClusgoF
140 139 com23 FFilXJTopAXoJgFilXFgAJfClusgAooF
141 140 ralrimdva FFilXJTopAXgFilXFgAJfClusgoJAooF
142 simprr FFilXJTopAXAX
143 141 142 jctild FFilXJTopAXgFilXFgAJfClusgAXoJAooF
144 simprl FFilXJTopAXJTop
145 144 4 sylib FFilXJTopAXJTopOnX
146 simpl FFilXJTopAXFFilX
147 flimopn JTopOnXFFilXAJfLimFAXoJAooF
148 145 146 147 syl2anc FFilXJTopAXAJfLimFAXoJAooF
149 143 148 sylibrd FFilXJTopAXgFilXFgAJfClusgAJfLimF
150 149 ex FFilXJTopAXgFilXFgAJfClusgAJfLimF
151 150 com23 FFilXgFilXFgAJfClusgJTopAXAJfLimF
152 28 151 mpdd FFilXgFilXFgAJfClusgAJfLimF
153 15 152 impbid2 FFilXAJfLimFgFilXFgAJfClusg