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Theorem istopclsd

Description: A closure function which satisfies sscls , clsidm , cls0 , and clsun defines a (unique) topology which it is the closure function on. (Contributed by Stefan O'Rear, 1-Feb-2015)

Ref Expression
Hypotheses istopclsd.b ⊢ φ → B ∈ V
istopclsd.f ⊢ φ → F : 𝒫 B ⟶ 𝒫 B
istopclsd.e ⊢ φ ∧ x ⊆ B → x ⊆ F ⁡ x
istopclsd.i ⊢ φ ∧ x ⊆ B → F ⁡ F ⁡ x = F ⁡ x
istopclsd.z ⊢ φ → F ⁡ ∅ = ∅
istopclsd.u ⊢ φ ∧ x ⊆ B ∧ y ⊆ B → F ⁡ x ∪ y = F ⁡ x ∪ F ⁡ y
istopclsd.j ⊢ J = z ∈ 𝒫 B | F ⁡ B ∖ z = B ∖ z
Assertion istopclsd ⊢ φ → J ∈ TopOn ⁡ B ∧ cls ⁡ J = F

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 istopclsd.b ⊢ φ → B ∈ V
2 istopclsd.f ⊢ φ → F : 𝒫 B ⟶ 𝒫 B
3 istopclsd.e ⊢ φ ∧ x ⊆ B → x ⊆ F ⁡ x
4 istopclsd.i ⊢ φ ∧ x ⊆ B → F ⁡ F ⁡ x = F ⁡ x
5 istopclsd.z ⊢ φ → F ⁡ ∅ = ∅
6 istopclsd.u ⊢ φ ∧ x ⊆ B ∧ y ⊆ B → F ⁡ x ∪ y = F ⁡ x ∪ F ⁡ y
7 istopclsd.j ⊢ J = z ∈ 𝒫 B | F ⁡ B ∖ z = B ∖ z
8 2 ffnd ⊢ φ → F Fn 𝒫 B
9 8 adantr ⊢ φ ∧ z ∈ 𝒫 B → F Fn 𝒫 B
10 difss ⊢ B ∖ z ⊆ B
11 elpw2g ⊢ B ∈ V → B ∖ z ∈ 𝒫 B ↔ B ∖ z ⊆ B
12 1 11 syl ⊢ φ → B ∖ z ∈ 𝒫 B ↔ B ∖ z ⊆ B
13 10 12 mpbiri ⊢ φ → B ∖ z ∈ 𝒫 B
14 13 adantr ⊢ φ ∧ z ∈ 𝒫 B → B ∖ z ∈ 𝒫 B
15 fnelfp ⊢ F Fn 𝒫 B ∧ B ∖ z ∈ 𝒫 B → B ∖ z ∈ dom ⁡ F ∩ I ↔ F ⁡ B ∖ z = B ∖ z
16 9 14 15 syl2anc ⊢ φ ∧ z ∈ 𝒫 B → B ∖ z ∈ dom ⁡ F ∩ I ↔ F ⁡ B ∖ z = B ∖ z
17 16 bicomd ⊢ φ ∧ z ∈ 𝒫 B → F ⁡ B ∖ z = B ∖ z ↔ B ∖ z ∈ dom ⁡ F ∩ I
18 17 rabbidva ⊢ φ → z ∈ 𝒫 B | F ⁡ B ∖ z = B ∖ z = z ∈ 𝒫 B | B ∖ z ∈ dom ⁡ F ∩ I
19 7 18 eqtrid ⊢ φ → J = z ∈ 𝒫 B | B ∖ z ∈ dom ⁡ F ∩ I
20 simp1 ⊢ φ ∧ x ⊆ B ∧ y ⊆ x → φ
21 simp2 ⊢ φ ∧ x ⊆ B ∧ y ⊆ x → x ⊆ B
22 simp3 ⊢ φ ∧ x ⊆ B ∧ y ⊆ x → y ⊆ x
23 22 21 sstrd ⊢ φ ∧ x ⊆ B ∧ y ⊆ x → y ⊆ B
24 20 21 23 6 syl3anc ⊢ φ ∧ x ⊆ B ∧ y ⊆ x → F ⁡ x ∪ y = F ⁡ x ∪ F ⁡ y
25 ssequn2 ⊢ y ⊆ x ↔ x ∪ y = x
26 25 biimpi ⊢ y ⊆ x → x ∪ y = x
27 26 3ad2ant3 ⊢ φ ∧ x ⊆ B ∧ y ⊆ x → x ∪ y = x
28 27 fveq2d ⊢ φ ∧ x ⊆ B ∧ y ⊆ x → F ⁡ x ∪ y = F ⁡ x
29 24 28 eqtr3d ⊢ φ ∧ x ⊆ B ∧ y ⊆ x → F ⁡ x ∪ F ⁡ y = F ⁡ x
30 ssequn2 ⊢ F ⁡ y ⊆ F ⁡ x ↔ F ⁡ x ∪ F ⁡ y = F ⁡ x
31 29 30 sylibr ⊢ φ ∧ x ⊆ B ∧ y ⊆ x → F ⁡ y ⊆ F ⁡ x
32 1 2 3 31 4 ismrcd1 ⊢ φ → dom ⁡ F ∩ I ∈ Moore ⁡ B
33 0elpw ⊢ ∅ ∈ 𝒫 B
34 fnelfp ⊢ F Fn 𝒫 B ∧ ∅ ∈ 𝒫 B → ∅ ∈ dom ⁡ F ∩ I ↔ F ⁡ ∅ = ∅
35 8 33 34 sylancl ⊢ φ → ∅ ∈ dom ⁡ F ∩ I ↔ F ⁡ ∅ = ∅
36 5 35 mpbird ⊢ φ → ∅ ∈ dom ⁡ F ∩ I
37 simp1 ⊢ φ ∧ x ∈ dom ⁡ F ∩ I ∧ y ∈ dom ⁡ F ∩ I → φ
38 inss1 ⊢ F ∩ I ⊆ F
39 dmss ⊢ F ∩ I ⊆ F → dom ⁡ F ∩ I ⊆ dom ⁡ F
40 38 39 ax-mp ⊢ dom ⁡ F ∩ I ⊆ dom ⁡ F
41 40 2 fssdm ⊢ φ → dom ⁡ F ∩ I ⊆ 𝒫 B
42 41 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ x ∈ dom ⁡ F ∩ I ∧ y ∈ dom ⁡ F ∩ I → dom ⁡ F ∩ I ⊆ 𝒫 B
43 simp2 ⊢ φ ∧ x ∈ dom ⁡ F ∩ I ∧ y ∈ dom ⁡ F ∩ I → x ∈ dom ⁡ F ∩ I
44 42 43 sseldd ⊢ φ ∧ x ∈ dom ⁡ F ∩ I ∧ y ∈ dom ⁡ F ∩ I → x ∈ 𝒫 B
45 44 elpwid ⊢ φ ∧ x ∈ dom ⁡ F ∩ I ∧ y ∈ dom ⁡ F ∩ I → x ⊆ B
46 simp3 ⊢ φ ∧ x ∈ dom ⁡ F ∩ I ∧ y ∈ dom ⁡ F ∩ I → y ∈ dom ⁡ F ∩ I
47 42 46 sseldd ⊢ φ ∧ x ∈ dom ⁡ F ∩ I ∧ y ∈ dom ⁡ F ∩ I → y ∈ 𝒫 B
48 47 elpwid ⊢ φ ∧ x ∈ dom ⁡ F ∩ I ∧ y ∈ dom ⁡ F ∩ I → y ⊆ B
49 37 45 48 6 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ dom ⁡ F ∩ I ∧ y ∈ dom ⁡ F ∩ I → F ⁡ x ∪ y = F ⁡ x ∪ F ⁡ y
50 8 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ x ∈ dom ⁡ F ∩ I ∧ y ∈ dom ⁡ F ∩ I → F Fn 𝒫 B
51 fnelfp ⊢ F Fn 𝒫 B ∧ x ∈ 𝒫 B → x ∈ dom ⁡ F ∩ I ↔ F ⁡ x = x
52 50 44 51 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ dom ⁡ F ∩ I ∧ y ∈ dom ⁡ F ∩ I → x ∈ dom ⁡ F ∩ I ↔ F ⁡ x = x
53 43 52 mpbid ⊢ φ ∧ x ∈ dom ⁡ F ∩ I ∧ y ∈ dom ⁡ F ∩ I → F ⁡ x = x
54 fnelfp ⊢ F Fn 𝒫 B ∧ y ∈ 𝒫 B → y ∈ dom ⁡ F ∩ I ↔ F ⁡ y = y
55 50 47 54 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ dom ⁡ F ∩ I ∧ y ∈ dom ⁡ F ∩ I → y ∈ dom ⁡ F ∩ I ↔ F ⁡ y = y
56 46 55 mpbid ⊢ φ ∧ x ∈ dom ⁡ F ∩ I ∧ y ∈ dom ⁡ F ∩ I → F ⁡ y = y
57 53 56 uneq12d ⊢ φ ∧ x ∈ dom ⁡ F ∩ I ∧ y ∈ dom ⁡ F ∩ I → F ⁡ x ∪ F ⁡ y = x ∪ y
58 49 57 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ dom ⁡ F ∩ I ∧ y ∈ dom ⁡ F ∩ I → F ⁡ x ∪ y = x ∪ y
59 45 48 unssd ⊢ φ ∧ x ∈ dom ⁡ F ∩ I ∧ y ∈ dom ⁡ F ∩ I → x ∪ y ⊆ B
60 vex ⊢ x ∈ V
61 vex ⊢ y ∈ V
62 60 61 unex ⊢ x ∪ y ∈ V
63 62 elpw ⊢ x ∪ y ∈ 𝒫 B ↔ x ∪ y ⊆ B
64 59 63 sylibr ⊢ φ ∧ x ∈ dom ⁡ F ∩ I ∧ y ∈ dom ⁡ F ∩ I → x ∪ y ∈ 𝒫 B
65 fnelfp ⊢ F Fn 𝒫 B ∧ x ∪ y ∈ 𝒫 B → x ∪ y ∈ dom ⁡ F ∩ I ↔ F ⁡ x ∪ y = x ∪ y
66 50 64 65 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ dom ⁡ F ∩ I ∧ y ∈ dom ⁡ F ∩ I → x ∪ y ∈ dom ⁡ F ∩ I ↔ F ⁡ x ∪ y = x ∪ y
67 58 66 mpbird ⊢ φ ∧ x ∈ dom ⁡ F ∩ I ∧ y ∈ dom ⁡ F ∩ I → x ∪ y ∈ dom ⁡ F ∩ I
68 eqid ⊢ z ∈ 𝒫 B | B ∖ z ∈ dom ⁡ F ∩ I = z ∈ 𝒫 B | B ∖ z ∈ dom ⁡ F ∩ I
69 32 36 67 68 mretopd ⊢ φ → z ∈ 𝒫 B | B ∖ z ∈ dom ⁡ F ∩ I ∈ TopOn ⁡ B ∧ dom ⁡ F ∩ I = Clsd ⁡ z ∈ 𝒫 B | B ∖ z ∈ dom ⁡ F ∩ I
70 69 simpld ⊢ φ → z ∈ 𝒫 B | B ∖ z ∈ dom ⁡ F ∩ I ∈ TopOn ⁡ B
71 19 70 eqeltrd ⊢ φ → J ∈ TopOn ⁡ B
72 topontop ⊢ J ∈ TopOn ⁡ B → J ∈ Top
73 71 72 syl ⊢ φ → J ∈ Top
74 eqid ⊢ mrCls ⁡ Clsd ⁡ J = mrCls ⁡ Clsd ⁡ J
75 74 mrccls ⊢ J ∈ Top → cls ⁡ J = mrCls ⁡ Clsd ⁡ J
76 73 75 syl ⊢ φ → cls ⁡ J = mrCls ⁡ Clsd ⁡ J
77 69 simprd ⊢ φ → dom ⁡ F ∩ I = Clsd ⁡ z ∈ 𝒫 B | B ∖ z ∈ dom ⁡ F ∩ I
78 19 fveq2d ⊢ φ → Clsd ⁡ J = Clsd ⁡ z ∈ 𝒫 B | B ∖ z ∈ dom ⁡ F ∩ I
79 77 78 eqtr4d ⊢ φ → dom ⁡ F ∩ I = Clsd ⁡ J
80 79 fveq2d ⊢ φ → mrCls ⁡ dom ⁡ F ∩ I = mrCls ⁡ Clsd ⁡ J
81 76 80 eqtr4d ⊢ φ → cls ⁡ J = mrCls ⁡ dom ⁡ F ∩ I
82 1 2 3 31 4 ismrcd2 ⊢ φ → F = mrCls ⁡ dom ⁡ F ∩ I
83 81 82 eqtr4d ⊢ φ → cls ⁡ J = F
84 71 83 jca ⊢ φ → J ∈ TopOn ⁡ B ∧ cls ⁡ J = F