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Theorem ist1-2

Description: An alternate characterization of T_1 spaces. (Contributed by Jeff Hankins, 31-Jan-2010) (Proof shortened by Mario Carneiro, 24-Aug-2015)

Ref Expression
Assertion ist1-2 ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → J ∈ Fre ↔ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X ∀ o ∈ J x ∈ o → y ∈ o → x = y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 topontop ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → J ∈ Top
2 eqid ⊢ ⋃ J = ⋃ J
3 2 ist1 ⊢ J ∈ Fre ↔ J ∈ Top ∧ ∀ y ∈ ⋃ J y ∈ Clsd ⁡ J
4 3 baib ⊢ J ∈ Top → J ∈ Fre ↔ ∀ y ∈ ⋃ J y ∈ Clsd ⁡ J
5 1 4 syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → J ∈ Fre ↔ ∀ y ∈ ⋃ J y ∈ Clsd ⁡ J
6 toponuni ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → X = ⋃ J
7 6 raleqdv ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → ∀ y ∈ X y ∈ Clsd ⁡ J ↔ ∀ y ∈ ⋃ J y ∈ Clsd ⁡ J
8 1 adantr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ y ∈ X → J ∈ Top
9 eltop2 ⊢ J ∈ Top → ⋃ J ∖ y ∈ J ↔ ∀ x ∈ ⋃ J ∖ y ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y
10 8 9 syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ y ∈ X → ⋃ J ∖ y ∈ J ↔ ∀ x ∈ ⋃ J ∖ y ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y
11 6 eleq2d ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → y ∈ X ↔ y ∈ ⋃ J
12 11 biimpa ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ y ∈ X → y ∈ ⋃ J
13 12 snssd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ y ∈ X → y ⊆ ⋃ J
14 2 iscld2 ⊢ J ∈ Top ∧ y ⊆ ⋃ J → y ∈ Clsd ⁡ J ↔ ⋃ J ∖ y ∈ J
15 8 13 14 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ y ∈ X → y ∈ Clsd ⁡ J ↔ ⋃ J ∖ y ∈ J
16 6 adantr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ y ∈ X → X = ⋃ J
17 16 eleq2d ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ y ∈ X → x ∈ X ↔ x ∈ ⋃ J
18 17 imbi1d ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ y ∈ X → x ∈ X → x ≠ y → ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y ↔ x ∈ ⋃ J → x ≠ y → ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y
19 con1b ⊢ ¬ x = y → ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y ↔ ¬ ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y → x = y
20 df-ne ⊢ x ≠ y ↔ ¬ x = y
21 20 imbi1i ⊢ x ≠ y → ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y ↔ ¬ x = y → ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y
22 disjsn ⊢ o ∩ y = ∅ ↔ ¬ y ∈ o
23 elssuni ⊢ o ∈ J → o ⊆ ⋃ J
24 reldisj ⊢ o ⊆ ⋃ J → o ∩ y = ∅ ↔ o ⊆ ⋃ J ∖ y
25 23 24 syl ⊢ o ∈ J → o ∩ y = ∅ ↔ o ⊆ ⋃ J ∖ y
26 22 25 bitr3id ⊢ o ∈ J → ¬ y ∈ o ↔ o ⊆ ⋃ J ∖ y
27 26 anbi2d ⊢ o ∈ J → x ∈ o ∧ ¬ y ∈ o ↔ x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y
28 27 rexbiia ⊢ ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ ¬ y ∈ o ↔ ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y
29 rexanali ⊢ ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ ¬ y ∈ o ↔ ¬ ∀ o ∈ J x ∈ o → y ∈ o
30 28 29 bitr3i ⊢ ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y ↔ ¬ ∀ o ∈ J x ∈ o → y ∈ o
31 30 con2bii ⊢ ∀ o ∈ J x ∈ o → y ∈ o ↔ ¬ ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y
32 31 imbi1i ⊢ ∀ o ∈ J x ∈ o → y ∈ o → x = y ↔ ¬ ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y → x = y
33 19 21 32 3bitr4ri ⊢ ∀ o ∈ J x ∈ o → y ∈ o → x = y ↔ x ≠ y → ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y
34 33 imbi2i ⊢ x ∈ X → ∀ o ∈ J x ∈ o → y ∈ o → x = y ↔ x ∈ X → x ≠ y → ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y
35 eldifsn ⊢ x ∈ ⋃ J ∖ y ↔ x ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y
36 35 imbi1i ⊢ x ∈ ⋃ J ∖ y → ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y ↔ x ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y
37 impexp ⊢ x ∈ ⋃ J ∧ x ≠ y → ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y ↔ x ∈ ⋃ J → x ≠ y → ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y
38 36 37 bitri ⊢ x ∈ ⋃ J ∖ y → ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y ↔ x ∈ ⋃ J → x ≠ y → ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y
39 18 34 38 3bitr4g ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ y ∈ X → x ∈ X → ∀ o ∈ J x ∈ o → y ∈ o → x = y ↔ x ∈ ⋃ J ∖ y → ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y
40 39 ralbidv2 ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ y ∈ X → ∀ x ∈ X ∀ o ∈ J x ∈ o → y ∈ o → x = y ↔ ∀ x ∈ ⋃ J ∖ y ∃ o ∈ J x ∈ o ∧ o ⊆ ⋃ J ∖ y
41 10 15 40 3bitr4d ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ y ∈ X → y ∈ Clsd ⁡ J ↔ ∀ x ∈ X ∀ o ∈ J x ∈ o → y ∈ o → x = y
42 41 ralbidva ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → ∀ y ∈ X y ∈ Clsd ⁡ J ↔ ∀ y ∈ X ∀ x ∈ X ∀ o ∈ J x ∈ o → y ∈ o → x = y
43 ralcom ⊢ ∀ y ∈ X ∀ x ∈ X ∀ o ∈ J x ∈ o → y ∈ o → x = y ↔ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X ∀ o ∈ J x ∈ o → y ∈ o → x = y
44 42 43 bitrdi ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → ∀ y ∈ X y ∈ Clsd ⁡ J ↔ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X ∀ o ∈ J x ∈ o → y ∈ o → x = y
45 5 7 44 3bitr2d ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → J ∈ Fre ↔ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X ∀ o ∈ J x ∈ o → y ∈ o → x = y