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Theorem neibastop2

Description: In the topology generated by a neighborhood base, a set is a neighborhood of a point iff it contains a subset in the base. (Contributed by Jeff Hankins, 9-Sep-2009) (Proof shortened by Mario Carneiro, 11-Sep-2015)

Ref Expression
Hypotheses neibastop1.1 ⊢ φ → X ∈ V
neibastop1.2 ⊢ φ → F : X ⟶ 𝒫 𝒫 X ∖ ∅
neibastop1.3 ⊢ φ ∧ x ∈ X ∧ v ∈ F ⁡ x ∧ w ∈ F ⁡ x → F ⁡ x ∩ 𝒫 v ∩ w ≠ ∅
neibastop1.4 ⊢ J = o ∈ 𝒫 X | ∀ x ∈ o F ⁡ x ∩ 𝒫 o ≠ ∅
neibastop1.5 ⊢ φ ∧ x ∈ X ∧ v ∈ F ⁡ x → x ∈ v
neibastop1.6 ⊢ φ ∧ x ∈ X ∧ v ∈ F ⁡ x → ∃ t ∈ F ⁡ x ∀ y ∈ t F ⁡ y ∩ 𝒫 v ≠ ∅
Assertion neibastop2 ⊢ φ ∧ P ∈ X → N ∈ nei ⁡ J ⁡ P ↔ N ⊆ X ∧ F ⁡ P ∩ 𝒫 N ≠ ∅

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 neibastop1.1 ⊢ φ → X ∈ V
2 neibastop1.2 ⊢ φ → F : X ⟶ 𝒫 𝒫 X ∖ ∅
3 neibastop1.3 ⊢ φ ∧ x ∈ X ∧ v ∈ F ⁡ x ∧ w ∈ F ⁡ x → F ⁡ x ∩ 𝒫 v ∩ w ≠ ∅
4 neibastop1.4 ⊢ J = o ∈ 𝒫 X | ∀ x ∈ o F ⁡ x ∩ 𝒫 o ≠ ∅
5 neibastop1.5 ⊢ φ ∧ x ∈ X ∧ v ∈ F ⁡ x → x ∈ v
6 neibastop1.6 ⊢ φ ∧ x ∈ X ∧ v ∈ F ⁡ x → ∃ t ∈ F ⁡ x ∀ y ∈ t F ⁡ y ∩ 𝒫 v ≠ ∅
7 1 2 3 4 neibastop1 ⊢ φ → J ∈ TopOn ⁡ X
8 topontop ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → J ∈ Top
9 7 8 syl ⊢ φ → J ∈ Top
10 9 adantr ⊢ φ ∧ P ∈ X → J ∈ Top
11 eqid ⊢ ⋃ J = ⋃ J
12 11 neii1 ⊢ J ∈ Top ∧ N ∈ nei ⁡ J ⁡ P → N ⊆ ⋃ J
13 10 12 sylan ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ∈ nei ⁡ J ⁡ P → N ⊆ ⋃ J
14 toponuni ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → X = ⋃ J
15 7 14 syl ⊢ φ → X = ⋃ J
16 15 ad2antrr ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ∈ nei ⁡ J ⁡ P → X = ⋃ J
17 13 16 sseqtrrd ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ∈ nei ⁡ J ⁡ P → N ⊆ X
18 neii2 ⊢ J ∈ Top ∧ N ∈ nei ⁡ J ⁡ P → ∃ y ∈ J P ⊆ y ∧ y ⊆ N
19 10 18 sylan ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ∈ nei ⁡ J ⁡ P → ∃ y ∈ J P ⊆ y ∧ y ⊆ N
20 pweq ⊢ o = y → 𝒫 o = 𝒫 y
21 20 ineq2d ⊢ o = y → F ⁡ x ∩ 𝒫 o = F ⁡ x ∩ 𝒫 y
22 21 neeq1d ⊢ o = y → F ⁡ x ∩ 𝒫 o ≠ ∅ ↔ F ⁡ x ∩ 𝒫 y ≠ ∅
23 22 raleqbi1dv ⊢ o = y → ∀ x ∈ o F ⁡ x ∩ 𝒫 o ≠ ∅ ↔ ∀ x ∈ y F ⁡ x ∩ 𝒫 y ≠ ∅
24 23 4 elrab2 ⊢ y ∈ J ↔ y ∈ 𝒫 X ∧ ∀ x ∈ y F ⁡ x ∩ 𝒫 y ≠ ∅
25 simprrr ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ∈ nei ⁡ J ⁡ P ∧ y ∈ 𝒫 X ∧ P ⊆ y ∧ y ⊆ N → y ⊆ N
26 25 sspwd ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ∈ nei ⁡ J ⁡ P ∧ y ∈ 𝒫 X ∧ P ⊆ y ∧ y ⊆ N → 𝒫 y ⊆ 𝒫 N
27 sslin ⊢ 𝒫 y ⊆ 𝒫 N → F ⁡ P ∩ 𝒫 y ⊆ F ⁡ P ∩ 𝒫 N
28 26 27 syl ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ∈ nei ⁡ J ⁡ P ∧ y ∈ 𝒫 X ∧ P ⊆ y ∧ y ⊆ N → F ⁡ P ∩ 𝒫 y ⊆ F ⁡ P ∩ 𝒫 N
29 simprrl ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ∈ nei ⁡ J ⁡ P ∧ y ∈ 𝒫 X ∧ P ⊆ y ∧ y ⊆ N → P ⊆ y
30 snssg ⊢ P ∈ X → P ∈ y ↔ P ⊆ y
31 30 ad3antlr ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ∈ nei ⁡ J ⁡ P ∧ y ∈ 𝒫 X ∧ P ⊆ y ∧ y ⊆ N → P ∈ y ↔ P ⊆ y
32 29 31 mpbird ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ∈ nei ⁡ J ⁡ P ∧ y ∈ 𝒫 X ∧ P ⊆ y ∧ y ⊆ N → P ∈ y
33 fveq2 ⊢ x = P → F ⁡ x = F ⁡ P
34 33 ineq1d ⊢ x = P → F ⁡ x ∩ 𝒫 y = F ⁡ P ∩ 𝒫 y
35 34 neeq1d ⊢ x = P → F ⁡ x ∩ 𝒫 y ≠ ∅ ↔ F ⁡ P ∩ 𝒫 y ≠ ∅
36 35 rspcv ⊢ P ∈ y → ∀ x ∈ y F ⁡ x ∩ 𝒫 y ≠ ∅ → F ⁡ P ∩ 𝒫 y ≠ ∅
37 32 36 syl ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ∈ nei ⁡ J ⁡ P ∧ y ∈ 𝒫 X ∧ P ⊆ y ∧ y ⊆ N → ∀ x ∈ y F ⁡ x ∩ 𝒫 y ≠ ∅ → F ⁡ P ∩ 𝒫 y ≠ ∅
38 ssn0 ⊢ F ⁡ P ∩ 𝒫 y ⊆ F ⁡ P ∩ 𝒫 N ∧ F ⁡ P ∩ 𝒫 y ≠ ∅ → F ⁡ P ∩ 𝒫 N ≠ ∅
39 28 37 38 syl6an ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ∈ nei ⁡ J ⁡ P ∧ y ∈ 𝒫 X ∧ P ⊆ y ∧ y ⊆ N → ∀ x ∈ y F ⁡ x ∩ 𝒫 y ≠ ∅ → F ⁡ P ∩ 𝒫 N ≠ ∅
40 39 expr ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ∈ nei ⁡ J ⁡ P ∧ y ∈ 𝒫 X → P ⊆ y ∧ y ⊆ N → ∀ x ∈ y F ⁡ x ∩ 𝒫 y ≠ ∅ → F ⁡ P ∩ 𝒫 N ≠ ∅
41 40 com23 ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ∈ nei ⁡ J ⁡ P ∧ y ∈ 𝒫 X → ∀ x ∈ y F ⁡ x ∩ 𝒫 y ≠ ∅ → P ⊆ y ∧ y ⊆ N → F ⁡ P ∩ 𝒫 N ≠ ∅
42 41 expimpd ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ∈ nei ⁡ J ⁡ P → y ∈ 𝒫 X ∧ ∀ x ∈ y F ⁡ x ∩ 𝒫 y ≠ ∅ → P ⊆ y ∧ y ⊆ N → F ⁡ P ∩ 𝒫 N ≠ ∅
43 24 42 biimtrid ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ∈ nei ⁡ J ⁡ P → y ∈ J → P ⊆ y ∧ y ⊆ N → F ⁡ P ∩ 𝒫 N ≠ ∅
44 43 rexlimdv ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ∈ nei ⁡ J ⁡ P → ∃ y ∈ J P ⊆ y ∧ y ⊆ N → F ⁡ P ∩ 𝒫 N ≠ ∅
45 19 44 mpd ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ∈ nei ⁡ J ⁡ P → F ⁡ P ∩ 𝒫 N ≠ ∅
46 17 45 jca ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ∈ nei ⁡ J ⁡ P → N ⊆ X ∧ F ⁡ P ∩ 𝒫 N ≠ ∅
47 46 ex ⊢ φ ∧ P ∈ X → N ∈ nei ⁡ J ⁡ P → N ⊆ X ∧ F ⁡ P ∩ 𝒫 N ≠ ∅
48 n0 ⊢ F ⁡ P ∩ 𝒫 N ≠ ∅ ↔ ∃ s s ∈ F ⁡ P ∩ 𝒫 N
49 elin ⊢ s ∈ F ⁡ P ∩ 𝒫 N ↔ s ∈ F ⁡ P ∧ s ∈ 𝒫 N
50 simprl ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X ∧ s ∈ F ⁡ P ∧ s ∈ 𝒫 N → N ⊆ X
51 15 ad2antrr ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X ∧ s ∈ F ⁡ P ∧ s ∈ 𝒫 N → X = ⋃ J
52 50 51 sseqtrd ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X ∧ s ∈ F ⁡ P ∧ s ∈ 𝒫 N → N ⊆ ⋃ J
53 1 ad2antrr ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X ∧ s ∈ F ⁡ P ∧ s ∈ 𝒫 N → X ∈ V
54 2 ad2antrr ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X ∧ s ∈ F ⁡ P ∧ s ∈ 𝒫 N → F : X ⟶ 𝒫 𝒫 X ∖ ∅
55 simpll ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X ∧ s ∈ F ⁡ P ∧ s ∈ 𝒫 N → φ
56 55 3 sylan ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X ∧ s ∈ F ⁡ P ∧ s ∈ 𝒫 N ∧ x ∈ X ∧ v ∈ F ⁡ x ∧ w ∈ F ⁡ x → F ⁡ x ∩ 𝒫 v ∩ w ≠ ∅
57 55 5 sylan ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X ∧ s ∈ F ⁡ P ∧ s ∈ 𝒫 N ∧ x ∈ X ∧ v ∈ F ⁡ x → x ∈ v
58 55 6 sylan ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X ∧ s ∈ F ⁡ P ∧ s ∈ 𝒫 N ∧ x ∈ X ∧ v ∈ F ⁡ x → ∃ t ∈ F ⁡ x ∀ y ∈ t F ⁡ y ∩ 𝒫 v ≠ ∅
59 simplr ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X ∧ s ∈ F ⁡ P ∧ s ∈ 𝒫 N → P ∈ X
60 simprrl ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X ∧ s ∈ F ⁡ P ∧ s ∈ 𝒫 N → s ∈ F ⁡ P
61 simprrr ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X ∧ s ∈ F ⁡ P ∧ s ∈ 𝒫 N → s ∈ 𝒫 N
62 61 elpwid ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X ∧ s ∈ F ⁡ P ∧ s ∈ 𝒫 N → s ⊆ N
63 fveq2 ⊢ n = x → F ⁡ n = F ⁡ x
64 63 ineq1d ⊢ n = x → F ⁡ n ∩ 𝒫 b = F ⁡ x ∩ 𝒫 b
65 64 cbviunv ⊢ ⋃ n ∈ X F ⁡ n ∩ 𝒫 b = ⋃ x ∈ X F ⁡ x ∩ 𝒫 b
66 pweq ⊢ b = z → 𝒫 b = 𝒫 z
67 66 ineq2d ⊢ b = z → F ⁡ x ∩ 𝒫 b = F ⁡ x ∩ 𝒫 z
68 67 iuneq2d ⊢ b = z → ⋃ x ∈ X F ⁡ x ∩ 𝒫 b = ⋃ x ∈ X F ⁡ x ∩ 𝒫 z
69 65 68 eqtrid ⊢ b = z → ⋃ n ∈ X F ⁡ n ∩ 𝒫 b = ⋃ x ∈ X F ⁡ x ∩ 𝒫 z
70 69 cbviunv ⊢ ⋃ b ∈ a ⋃ n ∈ X F ⁡ n ∩ 𝒫 b = ⋃ z ∈ a ⋃ x ∈ X F ⁡ x ∩ 𝒫 z
71 70 mpteq2i ⊢ a ∈ V ⟼ ⋃ b ∈ a ⋃ n ∈ X F ⁡ n ∩ 𝒫 b = a ∈ V ⟼ ⋃ z ∈ a ⋃ x ∈ X F ⁡ x ∩ 𝒫 z
72 rdgeq1 ⊢ a ∈ V ⟼ ⋃ b ∈ a ⋃ n ∈ X F ⁡ n ∩ 𝒫 b = a ∈ V ⟼ ⋃ z ∈ a ⋃ x ∈ X F ⁡ x ∩ 𝒫 z → rec ⁡ a ∈ V ⟼ ⋃ b ∈ a ⋃ n ∈ X F ⁡ n ∩ 𝒫 b s = rec ⁡ a ∈ V ⟼ ⋃ z ∈ a ⋃ x ∈ X F ⁡ x ∩ 𝒫 z s
73 71 72 ax-mp ⊢ rec ⁡ a ∈ V ⟼ ⋃ b ∈ a ⋃ n ∈ X F ⁡ n ∩ 𝒫 b s = rec ⁡ a ∈ V ⟼ ⋃ z ∈ a ⋃ x ∈ X F ⁡ x ∩ 𝒫 z s
74 73 reseq1i ⊢ rec ⁡ a ∈ V ⟼ ⋃ b ∈ a ⋃ n ∈ X F ⁡ n ∩ 𝒫 b s ↾ ω = rec ⁡ a ∈ V ⟼ ⋃ z ∈ a ⋃ x ∈ X F ⁡ x ∩ 𝒫 z s ↾ ω
75 pweq ⊢ g = f → 𝒫 g = 𝒫 f
76 75 ineq2d ⊢ g = f → F ⁡ w ∩ 𝒫 g = F ⁡ w ∩ 𝒫 f
77 76 neeq1d ⊢ g = f → F ⁡ w ∩ 𝒫 g ≠ ∅ ↔ F ⁡ w ∩ 𝒫 f ≠ ∅
78 77 cbvrexvw ⊢ ∃ g ∈ ⋃ ran ⁡ rec ⁡ a ∈ V ⟼ ⋃ b ∈ a ⋃ n ∈ X F ⁡ n ∩ 𝒫 b s ↾ ω F ⁡ w ∩ 𝒫 g ≠ ∅ ↔ ∃ f ∈ ⋃ ran ⁡ rec ⁡ a ∈ V ⟼ ⋃ b ∈ a ⋃ n ∈ X F ⁡ n ∩ 𝒫 b s ↾ ω F ⁡ w ∩ 𝒫 f ≠ ∅
79 fveq2 ⊢ w = y → F ⁡ w = F ⁡ y
80 79 ineq1d ⊢ w = y → F ⁡ w ∩ 𝒫 f = F ⁡ y ∩ 𝒫 f
81 80 neeq1d ⊢ w = y → F ⁡ w ∩ 𝒫 f ≠ ∅ ↔ F ⁡ y ∩ 𝒫 f ≠ ∅
82 81 rexbidv ⊢ w = y → ∃ f ∈ ⋃ ran ⁡ rec ⁡ a ∈ V ⟼ ⋃ b ∈ a ⋃ n ∈ X F ⁡ n ∩ 𝒫 b s ↾ ω F ⁡ w ∩ 𝒫 f ≠ ∅ ↔ ∃ f ∈ ⋃ ran ⁡ rec ⁡ a ∈ V ⟼ ⋃ b ∈ a ⋃ n ∈ X F ⁡ n ∩ 𝒫 b s ↾ ω F ⁡ y ∩ 𝒫 f ≠ ∅
83 78 82 bitrid ⊢ w = y → ∃ g ∈ ⋃ ran ⁡ rec ⁡ a ∈ V ⟼ ⋃ b ∈ a ⋃ n ∈ X F ⁡ n ∩ 𝒫 b s ↾ ω F ⁡ w ∩ 𝒫 g ≠ ∅ ↔ ∃ f ∈ ⋃ ran ⁡ rec ⁡ a ∈ V ⟼ ⋃ b ∈ a ⋃ n ∈ X F ⁡ n ∩ 𝒫 b s ↾ ω F ⁡ y ∩ 𝒫 f ≠ ∅
84 83 cbvrabv ⊢ w ∈ X | ∃ g ∈ ⋃ ran ⁡ rec ⁡ a ∈ V ⟼ ⋃ b ∈ a ⋃ n ∈ X F ⁡ n ∩ 𝒫 b s ↾ ω F ⁡ w ∩ 𝒫 g ≠ ∅ = y ∈ X | ∃ f ∈ ⋃ ran ⁡ rec ⁡ a ∈ V ⟼ ⋃ b ∈ a ⋃ n ∈ X F ⁡ n ∩ 𝒫 b s ↾ ω F ⁡ y ∩ 𝒫 f ≠ ∅
85 53 54 56 4 57 58 59 50 60 62 74 84 neibastop2lem ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X ∧ s ∈ F ⁡ P ∧ s ∈ 𝒫 N → ∃ u ∈ J P ∈ u ∧ u ⊆ N
86 9 ad2antrr ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X ∧ s ∈ F ⁡ P ∧ s ∈ 𝒫 N → J ∈ Top
87 59 51 eleqtrd ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X ∧ s ∈ F ⁡ P ∧ s ∈ 𝒫 N → P ∈ ⋃ J
88 11 isneip ⊢ J ∈ Top ∧ P ∈ ⋃ J → N ∈ nei ⁡ J ⁡ P ↔ N ⊆ ⋃ J ∧ ∃ u ∈ J P ∈ u ∧ u ⊆ N
89 86 87 88 syl2anc ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X ∧ s ∈ F ⁡ P ∧ s ∈ 𝒫 N → N ∈ nei ⁡ J ⁡ P ↔ N ⊆ ⋃ J ∧ ∃ u ∈ J P ∈ u ∧ u ⊆ N
90 52 85 89 mpbir2and ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X ∧ s ∈ F ⁡ P ∧ s ∈ 𝒫 N → N ∈ nei ⁡ J ⁡ P
91 90 expr ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X → s ∈ F ⁡ P ∧ s ∈ 𝒫 N → N ∈ nei ⁡ J ⁡ P
92 49 91 biimtrid ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X → s ∈ F ⁡ P ∩ 𝒫 N → N ∈ nei ⁡ J ⁡ P
93 92 exlimdv ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X → ∃ s s ∈ F ⁡ P ∩ 𝒫 N → N ∈ nei ⁡ J ⁡ P
94 48 93 biimtrid ⊢ φ ∧ P ∈ X ∧ N ⊆ X → F ⁡ P ∩ 𝒫 N ≠ ∅ → N ∈ nei ⁡ J ⁡ P
95 94 expimpd ⊢ φ ∧ P ∈ X → N ⊆ X ∧ F ⁡ P ∩ 𝒫 N ≠ ∅ → N ∈ nei ⁡ J ⁡ P
96 47 95 impbid ⊢ φ ∧ P ∈ X → N ∈ nei ⁡ J ⁡ P ↔ N ⊆ X ∧ F ⁡ P ∩ 𝒫 N ≠ ∅