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Theorem flimopn

Description: The condition for being a limit point of a filter still holds if one only considers open neighborhoods. (Contributed by Jeff Hankins, 4-Sep-2009) (Proof shortened by Mario Carneiro, 9-Apr-2015)

Ref Expression
Assertion flimopn ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X → A ∈ J fLim F ↔ A ∈ X ∧ ∀ x ∈ J A ∈ x → x ∈ F

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 elflim ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X → A ∈ J fLim F ↔ A ∈ X ∧ nei ⁡ J ⁡ A ⊆ F
2 dfss3 ⊢ nei ⁡ J ⁡ A ⊆ F ↔ ∀ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A y ∈ F
3 topontop ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → J ∈ Top
4 3 ad2antrr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X → J ∈ Top
5 opnneip ⊢ J ∈ Top ∧ x ∈ J ∧ A ∈ x → x ∈ nei ⁡ J ⁡ A
6 5 3expb ⊢ J ∈ Top ∧ x ∈ J ∧ A ∈ x → x ∈ nei ⁡ J ⁡ A
7 4 6 sylan ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ x ∈ J ∧ A ∈ x → x ∈ nei ⁡ J ⁡ A
8 eleq1 ⊢ y = x → y ∈ F ↔ x ∈ F
9 8 rspcv ⊢ x ∈ nei ⁡ J ⁡ A → ∀ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A y ∈ F → x ∈ F
10 7 9 syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ x ∈ J ∧ A ∈ x → ∀ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A y ∈ F → x ∈ F
11 10 expr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ x ∈ J → A ∈ x → ∀ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A y ∈ F → x ∈ F
12 11 com23 ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ x ∈ J → ∀ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A y ∈ F → A ∈ x → x ∈ F
13 12 ralrimdva ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X → ∀ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A y ∈ F → ∀ x ∈ J A ∈ x → x ∈ F
14 simpr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A → y ∈ nei ⁡ J ⁡ A
15 3 ad3antrrr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A → J ∈ Top
16 simplr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A → A ∈ X
17 toponuni ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → X = ⋃ J
18 17 ad3antrrr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A → X = ⋃ J
19 16 18 eleqtrd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A → A ∈ ⋃ J
20 19 snssd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A → A ⊆ ⋃ J
21 eqid ⊢ ⋃ J = ⋃ J
22 21 neii1 ⊢ J ∈ Top ∧ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A → y ⊆ ⋃ J
23 4 22 sylan ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A → y ⊆ ⋃ J
24 21 neiint ⊢ J ∈ Top ∧ A ⊆ ⋃ J ∧ y ⊆ ⋃ J → y ∈ nei ⁡ J ⁡ A ↔ A ⊆ int ⁡ J ⁡ y
25 15 20 23 24 syl3anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A → y ∈ nei ⁡ J ⁡ A ↔ A ⊆ int ⁡ J ⁡ y
26 14 25 mpbid ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A → A ⊆ int ⁡ J ⁡ y
27 snssg ⊢ A ∈ X → A ∈ int ⁡ J ⁡ y ↔ A ⊆ int ⁡ J ⁡ y
28 27 ad2antlr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A → A ∈ int ⁡ J ⁡ y ↔ A ⊆ int ⁡ J ⁡ y
29 26 28 mpbird ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A → A ∈ int ⁡ J ⁡ y
30 21 ntropn ⊢ J ∈ Top ∧ y ⊆ ⋃ J → int ⁡ J ⁡ y ∈ J
31 15 23 30 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A → int ⁡ J ⁡ y ∈ J
32 eleq2 ⊢ x = int ⁡ J ⁡ y → A ∈ x ↔ A ∈ int ⁡ J ⁡ y
33 eleq1 ⊢ x = int ⁡ J ⁡ y → x ∈ F ↔ int ⁡ J ⁡ y ∈ F
34 32 33 imbi12d ⊢ x = int ⁡ J ⁡ y → A ∈ x → x ∈ F ↔ A ∈ int ⁡ J ⁡ y → int ⁡ J ⁡ y ∈ F
35 34 rspcv ⊢ int ⁡ J ⁡ y ∈ J → ∀ x ∈ J A ∈ x → x ∈ F → A ∈ int ⁡ J ⁡ y → int ⁡ J ⁡ y ∈ F
36 31 35 syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A → ∀ x ∈ J A ∈ x → x ∈ F → A ∈ int ⁡ J ⁡ y → int ⁡ J ⁡ y ∈ F
37 29 36 mpid ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A → ∀ x ∈ J A ∈ x → x ∈ F → int ⁡ J ⁡ y ∈ F
38 simpllr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A → F ∈ Fil ⁡ X
39 21 ntrss2 ⊢ J ∈ Top ∧ y ⊆ ⋃ J → int ⁡ J ⁡ y ⊆ y
40 15 23 39 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A → int ⁡ J ⁡ y ⊆ y
41 23 18 sseqtrrd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A → y ⊆ X
42 filss ⊢ F ∈ Fil ⁡ X ∧ int ⁡ J ⁡ y ∈ F ∧ y ⊆ X ∧ int ⁡ J ⁡ y ⊆ y → y ∈ F
43 42 3exp2 ⊢ F ∈ Fil ⁡ X → int ⁡ J ⁡ y ∈ F → y ⊆ X → int ⁡ J ⁡ y ⊆ y → y ∈ F
44 43 com24 ⊢ F ∈ Fil ⁡ X → int ⁡ J ⁡ y ⊆ y → y ⊆ X → int ⁡ J ⁡ y ∈ F → y ∈ F
45 38 40 41 44 syl3c ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A → int ⁡ J ⁡ y ∈ F → y ∈ F
46 37 45 syld ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X ∧ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A → ∀ x ∈ J A ∈ x → x ∈ F → y ∈ F
47 46 ralrimdva ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X → ∀ x ∈ J A ∈ x → x ∈ F → ∀ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A y ∈ F
48 13 47 impbid ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X → ∀ y ∈ nei ⁡ J ⁡ A y ∈ F ↔ ∀ x ∈ J A ∈ x → x ∈ F
49 2 48 bitrid ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X ∧ A ∈ X → nei ⁡ J ⁡ A ⊆ F ↔ ∀ x ∈ J A ∈ x → x ∈ F
50 49 pm5.32da ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X → A ∈ X ∧ nei ⁡ J ⁡ A ⊆ F ↔ A ∈ X ∧ ∀ x ∈ J A ∈ x → x ∈ F
51 1 50 bitrd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ F ∈ Fil ⁡ X → A ∈ J fLim F ↔ A ∈ X ∧ ∀ x ∈ J A ∈ x → x ∈ F