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Theorem hausnei2

Description: The Hausdorff condition still holds if one considers general neighborhoods instead of open sets. (Contributed by Jeff Hankins, 5-Sep-2009)

Ref Expression
Assertion hausnei2 ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → J ∈ Haus ↔ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x ≠ y → ∃ u ∈ nei ⁡ J ⁡ x ∃ v ∈ nei ⁡ J ⁡ y u ∩ v = ∅

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ishaus2 ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → J ∈ Haus ↔ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x ≠ y → ∃ m ∈ J ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
2 topontop ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → J ∈ Top
3 simp1 ⊢ J ∈ Top ∧ m ∈ J ∧ n ∈ J → J ∈ Top
4 simp2 ⊢ J ∈ Top ∧ m ∈ J ∧ n ∈ J → m ∈ J
5 simp1 ⊢ x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅ → x ∈ m
6 opnneip ⊢ J ∈ Top ∧ m ∈ J ∧ x ∈ m → m ∈ nei ⁡ J ⁡ x
7 3 4 5 6 syl2an3an ⊢ J ∈ Top ∧ m ∈ J ∧ n ∈ J ∧ x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅ → m ∈ nei ⁡ J ⁡ x
8 simp3 ⊢ J ∈ Top ∧ m ∈ J ∧ n ∈ J → n ∈ J
9 simp2 ⊢ x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅ → y ∈ n
10 opnneip ⊢ J ∈ Top ∧ n ∈ J ∧ y ∈ n → n ∈ nei ⁡ J ⁡ y
11 3 8 9 10 syl2an3an ⊢ J ∈ Top ∧ m ∈ J ∧ n ∈ J ∧ x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅ → n ∈ nei ⁡ J ⁡ y
12 simpr3 ⊢ J ∈ Top ∧ m ∈ J ∧ n ∈ J ∧ x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅ → m ∩ n = ∅
13 ineq1 ⊢ u = m → u ∩ v = m ∩ v
14 13 eqeq1d ⊢ u = m → u ∩ v = ∅ ↔ m ∩ v = ∅
15 ineq2 ⊢ v = n → m ∩ v = m ∩ n
16 15 eqeq1d ⊢ v = n → m ∩ v = ∅ ↔ m ∩ n = ∅
17 14 16 rspc2ev ⊢ m ∈ nei ⁡ J ⁡ x ∧ n ∈ nei ⁡ J ⁡ y ∧ m ∩ n = ∅ → ∃ u ∈ nei ⁡ J ⁡ x ∃ v ∈ nei ⁡ J ⁡ y u ∩ v = ∅
18 7 11 12 17 syl3anc ⊢ J ∈ Top ∧ m ∈ J ∧ n ∈ J ∧ x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅ → ∃ u ∈ nei ⁡ J ⁡ x ∃ v ∈ nei ⁡ J ⁡ y u ∩ v = ∅
19 18 ex ⊢ J ∈ Top ∧ m ∈ J ∧ n ∈ J → x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅ → ∃ u ∈ nei ⁡ J ⁡ x ∃ v ∈ nei ⁡ J ⁡ y u ∩ v = ∅
20 19 3expib ⊢ J ∈ Top → m ∈ J ∧ n ∈ J → x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅ → ∃ u ∈ nei ⁡ J ⁡ x ∃ v ∈ nei ⁡ J ⁡ y u ∩ v = ∅
21 20 rexlimdvv ⊢ J ∈ Top → ∃ m ∈ J ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅ → ∃ u ∈ nei ⁡ J ⁡ x ∃ v ∈ nei ⁡ J ⁡ y u ∩ v = ∅
22 neii2 ⊢ J ∈ Top ∧ u ∈ nei ⁡ J ⁡ x → ∃ m ∈ J x ⊆ m ∧ m ⊆ u
23 22 ex ⊢ J ∈ Top → u ∈ nei ⁡ J ⁡ x → ∃ m ∈ J x ⊆ m ∧ m ⊆ u
24 neii2 ⊢ J ∈ Top ∧ v ∈ nei ⁡ J ⁡ y → ∃ n ∈ J y ⊆ n ∧ n ⊆ v
25 24 ex ⊢ J ∈ Top → v ∈ nei ⁡ J ⁡ y → ∃ n ∈ J y ⊆ n ∧ n ⊆ v
26 vex ⊢ x ∈ V
27 26 snss ⊢ x ∈ m ↔ x ⊆ m
28 27 anbi1i ⊢ x ∈ m ∧ m ⊆ u ↔ x ⊆ m ∧ m ⊆ u
29 vex ⊢ y ∈ V
30 29 snss ⊢ y ∈ n ↔ y ⊆ n
31 30 anbi1i ⊢ y ∈ n ∧ n ⊆ v ↔ y ⊆ n ∧ n ⊆ v
32 simp1l ⊢ x ∈ m ∧ m ⊆ u ∧ y ∈ n ∧ n ⊆ v ∧ u ∩ v = ∅ → x ∈ m
33 simp2l ⊢ x ∈ m ∧ m ⊆ u ∧ y ∈ n ∧ n ⊆ v ∧ u ∩ v = ∅ → y ∈ n
34 ss2in ⊢ m ⊆ u ∧ n ⊆ v → m ∩ n ⊆ u ∩ v
35 ssn0 ⊢ m ∩ n ⊆ u ∩ v ∧ m ∩ n ≠ ∅ → u ∩ v ≠ ∅
36 35 ex ⊢ m ∩ n ⊆ u ∩ v → m ∩ n ≠ ∅ → u ∩ v ≠ ∅
37 36 necon4d ⊢ m ∩ n ⊆ u ∩ v → u ∩ v = ∅ → m ∩ n = ∅
38 34 37 syl ⊢ m ⊆ u ∧ n ⊆ v → u ∩ v = ∅ → m ∩ n = ∅
39 38 ad2ant2l ⊢ x ∈ m ∧ m ⊆ u ∧ y ∈ n ∧ n ⊆ v → u ∩ v = ∅ → m ∩ n = ∅
40 39 3impia ⊢ x ∈ m ∧ m ⊆ u ∧ y ∈ n ∧ n ⊆ v ∧ u ∩ v = ∅ → m ∩ n = ∅
41 32 33 40 3jca ⊢ x ∈ m ∧ m ⊆ u ∧ y ∈ n ∧ n ⊆ v ∧ u ∩ v = ∅ → x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
42 41 3exp ⊢ x ∈ m ∧ m ⊆ u → y ∈ n ∧ n ⊆ v → u ∩ v = ∅ → x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
43 31 42 biimtrrid ⊢ x ∈ m ∧ m ⊆ u → y ⊆ n ∧ n ⊆ v → u ∩ v = ∅ → x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
44 43 com3r ⊢ u ∩ v = ∅ → x ∈ m ∧ m ⊆ u → y ⊆ n ∧ n ⊆ v → x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
45 44 imp ⊢ u ∩ v = ∅ ∧ x ∈ m ∧ m ⊆ u → y ⊆ n ∧ n ⊆ v → x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
46 45 3adant1 ⊢ J ∈ Top ∧ u ∩ v = ∅ ∧ x ∈ m ∧ m ⊆ u → y ⊆ n ∧ n ⊆ v → x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
47 46 reximdv ⊢ J ∈ Top ∧ u ∩ v = ∅ ∧ x ∈ m ∧ m ⊆ u → ∃ n ∈ J y ⊆ n ∧ n ⊆ v → ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
48 47 3exp ⊢ J ∈ Top → u ∩ v = ∅ → x ∈ m ∧ m ⊆ u → ∃ n ∈ J y ⊆ n ∧ n ⊆ v → ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
49 48 com34 ⊢ J ∈ Top → u ∩ v = ∅ → ∃ n ∈ J y ⊆ n ∧ n ⊆ v → x ∈ m ∧ m ⊆ u → ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
50 49 3imp ⊢ J ∈ Top ∧ u ∩ v = ∅ ∧ ∃ n ∈ J y ⊆ n ∧ n ⊆ v → x ∈ m ∧ m ⊆ u → ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
51 28 50 biimtrrid ⊢ J ∈ Top ∧ u ∩ v = ∅ ∧ ∃ n ∈ J y ⊆ n ∧ n ⊆ v → x ⊆ m ∧ m ⊆ u → ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
52 51 reximdv ⊢ J ∈ Top ∧ u ∩ v = ∅ ∧ ∃ n ∈ J y ⊆ n ∧ n ⊆ v → ∃ m ∈ J x ⊆ m ∧ m ⊆ u → ∃ m ∈ J ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
53 52 3exp ⊢ J ∈ Top → u ∩ v = ∅ → ∃ n ∈ J y ⊆ n ∧ n ⊆ v → ∃ m ∈ J x ⊆ m ∧ m ⊆ u → ∃ m ∈ J ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
54 53 com24 ⊢ J ∈ Top → ∃ m ∈ J x ⊆ m ∧ m ⊆ u → ∃ n ∈ J y ⊆ n ∧ n ⊆ v → u ∩ v = ∅ → ∃ m ∈ J ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
55 54 impd ⊢ J ∈ Top → ∃ m ∈ J x ⊆ m ∧ m ⊆ u ∧ ∃ n ∈ J y ⊆ n ∧ n ⊆ v → u ∩ v = ∅ → ∃ m ∈ J ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
56 23 25 55 syl2and ⊢ J ∈ Top → u ∈ nei ⁡ J ⁡ x ∧ v ∈ nei ⁡ J ⁡ y → u ∩ v = ∅ → ∃ m ∈ J ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
57 56 rexlimdvv ⊢ J ∈ Top → ∃ u ∈ nei ⁡ J ⁡ x ∃ v ∈ nei ⁡ J ⁡ y u ∩ v = ∅ → ∃ m ∈ J ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅
58 21 57 impbid ⊢ J ∈ Top → ∃ m ∈ J ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅ ↔ ∃ u ∈ nei ⁡ J ⁡ x ∃ v ∈ nei ⁡ J ⁡ y u ∩ v = ∅
59 58 imbi2d ⊢ J ∈ Top → x ≠ y → ∃ m ∈ J ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅ ↔ x ≠ y → ∃ u ∈ nei ⁡ J ⁡ x ∃ v ∈ nei ⁡ J ⁡ y u ∩ v = ∅
60 59 2ralbidv ⊢ J ∈ Top → ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x ≠ y → ∃ m ∈ J ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅ ↔ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x ≠ y → ∃ u ∈ nei ⁡ J ⁡ x ∃ v ∈ nei ⁡ J ⁡ y u ∩ v = ∅
61 2 60 syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x ≠ y → ∃ m ∈ J ∃ n ∈ J x ∈ m ∧ y ∈ n ∧ m ∩ n = ∅ ↔ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x ≠ y → ∃ u ∈ nei ⁡ J ⁡ x ∃ v ∈ nei ⁡ J ⁡ y u ∩ v = ∅
62 1 61 bitrd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → J ∈ Haus ↔ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x ≠ y → ∃ u ∈ nei ⁡ J ⁡ x ∃ v ∈ nei ⁡ J ⁡ y u ∩ v = ∅