Metamath Proof Explorer


Theorem isacs1i

Description: A closure system determined by a function is a closure system and algebraic. (Contributed by Stefan O'Rear, 3-Apr-2015)

Ref Expression
Assertion isacs1i ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X → s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ∈ ACS ⁡ X

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ssrab2 ⊢ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ⊆ 𝒫 X
2 1 a1i ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X → s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ⊆ 𝒫 X
3 pweq ⊢ s = X ∩ ⋂ t → 𝒫 s = 𝒫 X ∩ ⋂ t
4 3 ineq1d ⊢ s = X ∩ ⋂ t → 𝒫 s ∩ Fin = 𝒫 X ∩ ⋂ t ∩ Fin
5 4 imaeq2d ⊢ s = X ∩ ⋂ t → F 𝒫 s ∩ Fin = F 𝒫 X ∩ ⋂ t ∩ Fin
6 5 unieqd ⊢ s = X ∩ ⋂ t → ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin = ⋃ F 𝒫 X ∩ ⋂ t ∩ Fin
7 id ⊢ s = X ∩ ⋂ t → s = X ∩ ⋂ t
8 6 7 sseq12d ⊢ s = X ∩ ⋂ t → ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ↔ ⋃ F 𝒫 X ∩ ⋂ t ∩ Fin ⊆ X ∩ ⋂ t
9 inss1 ⊢ X ∩ ⋂ t ⊆ X
10 elpw2g ⊢ X ∈ V → X ∩ ⋂ t ∈ 𝒫 X ↔ X ∩ ⋂ t ⊆ X
11 9 10 mpbiri ⊢ X ∈ V → X ∩ ⋂ t ∈ 𝒫 X
12 11 ad2antrr ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X ∧ t ⊆ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s → X ∩ ⋂ t ∈ 𝒫 X
13 imassrn ⊢ F 𝒫 X ∩ ⋂ t ∩ Fin ⊆ ran ⁡ F
14 frn ⊢ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X → ran ⁡ F ⊆ 𝒫 X
15 14 adantl ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X → ran ⁡ F ⊆ 𝒫 X
16 13 15 sstrid ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X → F 𝒫 X ∩ ⋂ t ∩ Fin ⊆ 𝒫 X
17 16 unissd ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X → ⋃ F 𝒫 X ∩ ⋂ t ∩ Fin ⊆ ⋃ 𝒫 X
18 unipw ⊢ ⋃ 𝒫 X = X
19 17 18 sseqtrdi ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X → ⋃ F 𝒫 X ∩ ⋂ t ∩ Fin ⊆ X
20 19 adantr ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X ∧ t ⊆ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s → ⋃ F 𝒫 X ∩ ⋂ t ∩ Fin ⊆ X
21 inss2 ⊢ X ∩ ⋂ t ⊆ ⋂ t
22 intss1 ⊢ a ∈ t → ⋂ t ⊆ a
23 21 22 sstrid ⊢ a ∈ t → X ∩ ⋂ t ⊆ a
24 23 adantl ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X ∧ t ⊆ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ∧ a ∈ t → X ∩ ⋂ t ⊆ a
25 24 sspwd ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X ∧ t ⊆ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ∧ a ∈ t → 𝒫 X ∩ ⋂ t ⊆ 𝒫 a
26 25 ssrind ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X ∧ t ⊆ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ∧ a ∈ t → 𝒫 X ∩ ⋂ t ∩ Fin ⊆ 𝒫 a ∩ Fin
27 imass2 ⊢ 𝒫 X ∩ ⋂ t ∩ Fin ⊆ 𝒫 a ∩ Fin → F 𝒫 X ∩ ⋂ t ∩ Fin ⊆ F 𝒫 a ∩ Fin
28 26 27 syl ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X ∧ t ⊆ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ∧ a ∈ t → F 𝒫 X ∩ ⋂ t ∩ Fin ⊆ F 𝒫 a ∩ Fin
29 28 unissd ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X ∧ t ⊆ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ∧ a ∈ t → ⋃ F 𝒫 X ∩ ⋂ t ∩ Fin ⊆ ⋃ F 𝒫 a ∩ Fin
30 ssel2 ⊢ t ⊆ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ∧ a ∈ t → a ∈ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s
31 pweq ⊢ s = a → 𝒫 s = 𝒫 a
32 31 ineq1d ⊢ s = a → 𝒫 s ∩ Fin = 𝒫 a ∩ Fin
33 32 imaeq2d ⊢ s = a → F 𝒫 s ∩ Fin = F 𝒫 a ∩ Fin
34 33 unieqd ⊢ s = a → ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin = ⋃ F 𝒫 a ∩ Fin
35 id ⊢ s = a → s = a
36 34 35 sseq12d ⊢ s = a → ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ↔ ⋃ F 𝒫 a ∩ Fin ⊆ a
37 36 elrab ⊢ a ∈ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ↔ a ∈ 𝒫 X ∧ ⋃ F 𝒫 a ∩ Fin ⊆ a
38 37 simprbi ⊢ a ∈ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s → ⋃ F 𝒫 a ∩ Fin ⊆ a
39 30 38 syl ⊢ t ⊆ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ∧ a ∈ t → ⋃ F 𝒫 a ∩ Fin ⊆ a
40 39 adantll ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X ∧ t ⊆ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ∧ a ∈ t → ⋃ F 𝒫 a ∩ Fin ⊆ a
41 29 40 sstrd ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X ∧ t ⊆ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ∧ a ∈ t → ⋃ F 𝒫 X ∩ ⋂ t ∩ Fin ⊆ a
42 41 ralrimiva ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X ∧ t ⊆ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s → ∀ a ∈ t ⋃ F 𝒫 X ∩ ⋂ t ∩ Fin ⊆ a
43 ssint ⊢ ⋃ F 𝒫 X ∩ ⋂ t ∩ Fin ⊆ ⋂ t ↔ ∀ a ∈ t ⋃ F 𝒫 X ∩ ⋂ t ∩ Fin ⊆ a
44 42 43 sylibr ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X ∧ t ⊆ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s → ⋃ F 𝒫 X ∩ ⋂ t ∩ Fin ⊆ ⋂ t
45 20 44 ssind ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X ∧ t ⊆ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s → ⋃ F 𝒫 X ∩ ⋂ t ∩ Fin ⊆ X ∩ ⋂ t
46 8 12 45 elrabd ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X ∧ t ⊆ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s → X ∩ ⋂ t ∈ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s
47 2 46 ismred2 ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X → s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ∈ Moore ⁡ X
48 fssxp ⊢ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X → F ⊆ 𝒫 X × 𝒫 X
49 pwexg ⊢ X ∈ V → 𝒫 X ∈ V
50 49 49 xpexd ⊢ X ∈ V → 𝒫 X × 𝒫 X ∈ V
51 ssexg ⊢ F ⊆ 𝒫 X × 𝒫 X ∧ 𝒫 X × 𝒫 X ∈ V → F ∈ V
52 48 50 51 syl2anr ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X → F ∈ V
53 simpr ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X → F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X
54 pweq ⊢ s = t → 𝒫 s = 𝒫 t
55 54 ineq1d ⊢ s = t → 𝒫 s ∩ Fin = 𝒫 t ∩ Fin
56 55 imaeq2d ⊢ s = t → F 𝒫 s ∩ Fin = F 𝒫 t ∩ Fin
57 56 unieqd ⊢ s = t → ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin = ⋃ F 𝒫 t ∩ Fin
58 id ⊢ s = t → s = t
59 57 58 sseq12d ⊢ s = t → ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ↔ ⋃ F 𝒫 t ∩ Fin ⊆ t
60 59 elrab3 ⊢ t ∈ 𝒫 X → t ∈ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ↔ ⋃ F 𝒫 t ∩ Fin ⊆ t
61 60 rgen ⊢ ∀ t ∈ 𝒫 X t ∈ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ↔ ⋃ F 𝒫 t ∩ Fin ⊆ t
62 53 61 jctir ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X → F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X ∧ ∀ t ∈ 𝒫 X t ∈ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ↔ ⋃ F 𝒫 t ∩ Fin ⊆ t
63 feq1 ⊢ f = F → f : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X ↔ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X
64 imaeq1 ⊢ f = F → f 𝒫 t ∩ Fin = F 𝒫 t ∩ Fin
65 64 unieqd ⊢ f = F → ⋃ f 𝒫 t ∩ Fin = ⋃ F 𝒫 t ∩ Fin
66 65 sseq1d ⊢ f = F → ⋃ f 𝒫 t ∩ Fin ⊆ t ↔ ⋃ F 𝒫 t ∩ Fin ⊆ t
67 66 bibi2d ⊢ f = F → t ∈ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ↔ ⋃ f 𝒫 t ∩ Fin ⊆ t ↔ t ∈ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ↔ ⋃ F 𝒫 t ∩ Fin ⊆ t
68 67 ralbidv ⊢ f = F → ∀ t ∈ 𝒫 X t ∈ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ↔ ⋃ f 𝒫 t ∩ Fin ⊆ t ↔ ∀ t ∈ 𝒫 X t ∈ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ↔ ⋃ F 𝒫 t ∩ Fin ⊆ t
69 63 68 anbi12d ⊢ f = F → f : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X ∧ ∀ t ∈ 𝒫 X t ∈ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ↔ ⋃ f 𝒫 t ∩ Fin ⊆ t ↔ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X ∧ ∀ t ∈ 𝒫 X t ∈ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ↔ ⋃ F 𝒫 t ∩ Fin ⊆ t
70 52 62 69 spcedv ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X → ∃ f f : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X ∧ ∀ t ∈ 𝒫 X t ∈ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ↔ ⋃ f 𝒫 t ∩ Fin ⊆ t
71 isacs ⊢ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ∈ ACS ⁡ X ↔ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ∈ Moore ⁡ X ∧ ∃ f f : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X ∧ ∀ t ∈ 𝒫 X t ∈ s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ↔ ⋃ f 𝒫 t ∩ Fin ⊆ t
72 47 70 71 sylanbrc ⊢ X ∈ V ∧ F : 𝒫 X ⟶ 𝒫 X → s ∈ 𝒫 X | ⋃ F 𝒫 s ∩ Fin ⊆ s ∈ ACS ⁡ X