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Theorem kqreglem2

Description: If the Kolmogorov quotient of a space is regular then so is the original space. (Contributed by Mario Carneiro, 25-Aug-2015)

Ref Expression
Hypothesis kqval.2 ⊢ F = x ∈ X ⟼ y ∈ J | x ∈ y
Assertion kqreglem2 ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg → J ∈ Reg

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 kqval.2 ⊢ F = x ∈ X ⟼ y ∈ J | x ∈ y
2 topontop ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → J ∈ Top
3 2 adantr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg → J ∈ Top
4 simplr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z → KQ ⁡ J ∈ Reg
5 simpll ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z → J ∈ TopOn ⁡ X
6 simprl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z → z ∈ J
7 1 kqopn ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ z ∈ J → F z ∈ KQ ⁡ J
8 5 6 7 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z → F z ∈ KQ ⁡ J
9 simprr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z → w ∈ z
10 toponss ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ z ∈ J → z ⊆ X
11 5 6 10 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z → z ⊆ X
12 11 9 sseldd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z → w ∈ X
13 1 kqfvima ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ z ∈ J ∧ w ∈ X → w ∈ z ↔ F ⁡ w ∈ F z
14 5 6 12 13 syl3anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z → w ∈ z ↔ F ⁡ w ∈ F z
15 9 14 mpbid ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z → F ⁡ w ∈ F z
16 regsep ⊢ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ F z ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ F z → ∃ n ∈ KQ ⁡ J F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z
17 4 8 15 16 syl3anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z → ∃ n ∈ KQ ⁡ J F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z
18 5 adantr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → J ∈ TopOn ⁡ X
19 1 kqid ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → F ∈ J Cn KQ ⁡ J
20 18 19 syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → F ∈ J Cn KQ ⁡ J
21 simprl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → n ∈ KQ ⁡ J
22 cnima ⊢ F ∈ J Cn KQ ⁡ J ∧ n ∈ KQ ⁡ J → F -1 n ∈ J
23 20 21 22 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → F -1 n ∈ J
24 12 adantr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → w ∈ X
25 simprrl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → F ⁡ w ∈ n
26 1 kqffn ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → F Fn X
27 elpreima ⊢ F Fn X → w ∈ F -1 n ↔ w ∈ X ∧ F ⁡ w ∈ n
28 18 26 27 3syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → w ∈ F -1 n ↔ w ∈ X ∧ F ⁡ w ∈ n
29 24 25 28 mpbir2and ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → w ∈ F -1 n
30 1 kqtopon ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → KQ ⁡ J ∈ TopOn ⁡ ran ⁡ F
31 topontop ⊢ KQ ⁡ J ∈ TopOn ⁡ ran ⁡ F → KQ ⁡ J ∈ Top
32 18 30 31 3syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → KQ ⁡ J ∈ Top
33 elssuni ⊢ n ∈ KQ ⁡ J → n ⊆ ⋃ KQ ⁡ J
34 33 ad2antrl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → n ⊆ ⋃ KQ ⁡ J
35 eqid ⊢ ⋃ KQ ⁡ J = ⋃ KQ ⁡ J
36 35 clscld ⊢ KQ ⁡ J ∈ Top ∧ n ⊆ ⋃ KQ ⁡ J → cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ∈ Clsd ⁡ KQ ⁡ J
37 32 34 36 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ∈ Clsd ⁡ KQ ⁡ J
38 cnclima ⊢ F ∈ J Cn KQ ⁡ J ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ∈ Clsd ⁡ KQ ⁡ J → F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ∈ Clsd ⁡ J
39 20 37 38 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ∈ Clsd ⁡ J
40 35 sscls ⊢ KQ ⁡ J ∈ Top ∧ n ⊆ ⋃ KQ ⁡ J → n ⊆ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n
41 32 34 40 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → n ⊆ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n
42 imass2 ⊢ n ⊆ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n → F -1 n ⊆ F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n
43 41 42 syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → F -1 n ⊆ F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n
44 eqid ⊢ ⋃ J = ⋃ J
45 44 clsss2 ⊢ F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ∈ Clsd ⁡ J ∧ F -1 n ⊆ F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n → cls ⁡ J ⁡ F -1 n ⊆ F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n
46 39 43 45 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → cls ⁡ J ⁡ F -1 n ⊆ F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n
47 simprrr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z
48 imass2 ⊢ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F -1 F z
49 47 48 syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F -1 F z
50 6 adantr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → z ∈ J
51 1 kqsat ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ z ∈ J → F -1 F z = z
52 18 50 51 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → F -1 F z = z
53 49 52 sseqtrd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ z
54 46 53 sstrd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → cls ⁡ J ⁡ F -1 n ⊆ z
55 eleq2 ⊢ m = F -1 n → w ∈ m ↔ w ∈ F -1 n
56 fveq2 ⊢ m = F -1 n → cls ⁡ J ⁡ m = cls ⁡ J ⁡ F -1 n
57 56 sseq1d ⊢ m = F -1 n → cls ⁡ J ⁡ m ⊆ z ↔ cls ⁡ J ⁡ F -1 n ⊆ z
58 55 57 anbi12d ⊢ m = F -1 n → w ∈ m ∧ cls ⁡ J ⁡ m ⊆ z ↔ w ∈ F -1 n ∧ cls ⁡ J ⁡ F -1 n ⊆ z
59 58 rspcev ⊢ F -1 n ∈ J ∧ w ∈ F -1 n ∧ cls ⁡ J ⁡ F -1 n ⊆ z → ∃ m ∈ J w ∈ m ∧ cls ⁡ J ⁡ m ⊆ z
60 23 29 54 59 syl12anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z ∧ n ∈ KQ ⁡ J ∧ F ⁡ w ∈ n ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ n ⊆ F z → ∃ m ∈ J w ∈ m ∧ cls ⁡ J ⁡ m ⊆ z
61 17 60 rexlimddv ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg ∧ z ∈ J ∧ w ∈ z → ∃ m ∈ J w ∈ m ∧ cls ⁡ J ⁡ m ⊆ z
62 61 ralrimivva ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg → ∀ z ∈ J ∀ w ∈ z ∃ m ∈ J w ∈ m ∧ cls ⁡ J ⁡ m ⊆ z
63 isreg ⊢ J ∈ Reg ↔ J ∈ Top ∧ ∀ z ∈ J ∀ w ∈ z ∃ m ∈ J w ∈ m ∧ cls ⁡ J ⁡ m ⊆ z
64 3 62 63 sylanbrc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Reg → J ∈ Reg