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Theorem ntrneiel2

Description: Membership in iterated interior of a set is equivalent to there existing a particular neighborhood of that member such that points are members of that neighborhood if and only if the set is a neighborhood of each of those points. (Contributed by RP, 11-Jul-2021)

Ref Expression
Hypotheses ntrnei.o ⊢ O = i ∈ V , j ∈ V ⟼ k ∈ 𝒫 j i ⟼ l ∈ j ⟼ m ∈ i | l ∈ k ⁡ m
ntrnei.f ⊢ F = 𝒫 B O B
ntrnei.r ⊢ φ → I F N
ntrneiel2.x ⊢ φ → X ∈ B
ntrneiel2.s ⊢ φ → S ∈ 𝒫 B
Assertion ntrneiel2 ⊢ φ → X ∈ I ⁡ I ⁡ S ↔ ∃ u ∈ N ⁡ X ∀ y ∈ B y ∈ u ↔ S ∈ N ⁡ y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ntrnei.o ⊢ O = i ∈ V , j ∈ V ⟼ k ∈ 𝒫 j i ⟼ l ∈ j ⟼ m ∈ i | l ∈ k ⁡ m
2 ntrnei.f ⊢ F = 𝒫 B O B
3 ntrnei.r ⊢ φ → I F N
4 ntrneiel2.x ⊢ φ → X ∈ B
5 ntrneiel2.s ⊢ φ → S ∈ 𝒫 B
6 1 2 3 ntrneiiex ⊢ φ → I ∈ 𝒫 B 𝒫 B
7 elmapi ⊢ I ∈ 𝒫 B 𝒫 B → I : 𝒫 B ⟶ 𝒫 B
8 6 7 syl ⊢ φ → I : 𝒫 B ⟶ 𝒫 B
9 8 5 ffvelcdmd ⊢ φ → I ⁡ S ∈ 𝒫 B
10 1 2 3 4 9 ntrneiel ⊢ φ → X ∈ I ⁡ I ⁡ S ↔ I ⁡ S ∈ N ⁡ X
11 1 2 3 5 ntrneifv4 ⊢ φ → I ⁡ S = y ∈ B | S ∈ N ⁡ y
12 df-rab ⊢ y ∈ B | S ∈ N ⁡ y = y | y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y
13 11 12 eqtrdi ⊢ φ → I ⁡ S = y | y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y
14 13 eleq1d ⊢ φ → I ⁡ S ∈ N ⁡ X ↔ y | y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y ∈ N ⁡ X
15 clabel ⊢ y | y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y ∈ N ⁡ X ↔ ∃ u u ∈ N ⁡ X ∧ ∀ y y ∈ u ↔ y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y
16 df-rex ⊢ ∃ u ∈ N ⁡ X ∀ y y ∈ u ↔ y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y ↔ ∃ u u ∈ N ⁡ X ∧ ∀ y y ∈ u ↔ y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y
17 15 16 bitr4i ⊢ y | y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y ∈ N ⁡ X ↔ ∃ u ∈ N ⁡ X ∀ y y ∈ u ↔ y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y
18 ibar ⊢ y ∈ B → S ∈ N ⁡ y ↔ y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y
19 18 bibi2d ⊢ y ∈ B → y ∈ u ↔ S ∈ N ⁡ y ↔ y ∈ u ↔ y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y
20 19 ralbiia ⊢ ∀ y ∈ B y ∈ u ↔ S ∈ N ⁡ y ↔ ∀ y ∈ B y ∈ u ↔ y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y
21 ssv ⊢ B ⊆ V
22 21 a1i ⊢ φ ∧ u ∈ N ⁡ X → B ⊆ V
23 vex ⊢ y ∈ V
24 eldif ⊢ y ∈ V ∖ B ↔ y ∈ V ∧ ¬ y ∈ B
25 23 24 mpbiran ⊢ y ∈ V ∖ B ↔ ¬ y ∈ B
26 1 2 3 ntrneinex ⊢ φ → N ∈ 𝒫 𝒫 B B
27 elmapi ⊢ N ∈ 𝒫 𝒫 B B → N : B ⟶ 𝒫 𝒫 B
28 26 27 syl ⊢ φ → N : B ⟶ 𝒫 𝒫 B
29 28 4 ffvelcdmd ⊢ φ → N ⁡ X ∈ 𝒫 𝒫 B
30 29 elpwid ⊢ φ → N ⁡ X ⊆ 𝒫 B
31 30 sselda ⊢ φ ∧ u ∈ N ⁡ X → u ∈ 𝒫 B
32 31 elpwid ⊢ φ ∧ u ∈ N ⁡ X → u ⊆ B
33 32 sseld ⊢ φ ∧ u ∈ N ⁡ X → y ∈ u → y ∈ B
34 33 con3dimp ⊢ φ ∧ u ∈ N ⁡ X ∧ ¬ y ∈ B → ¬ y ∈ u
35 pm3.14 ⊢ ¬ y ∈ B ∨ ¬ S ∈ N ⁡ y → ¬ y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y
36 35 orcs ⊢ ¬ y ∈ B → ¬ y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y
37 36 adantl ⊢ φ ∧ u ∈ N ⁡ X ∧ ¬ y ∈ B → ¬ y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y
38 34 37 2falsed ⊢ φ ∧ u ∈ N ⁡ X ∧ ¬ y ∈ B → y ∈ u ↔ y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y
39 38 ex ⊢ φ ∧ u ∈ N ⁡ X → ¬ y ∈ B → y ∈ u ↔ y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y
40 25 39 biimtrid ⊢ φ ∧ u ∈ N ⁡ X → y ∈ V ∖ B → y ∈ u ↔ y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y
41 40 ralrimiv ⊢ φ ∧ u ∈ N ⁡ X → ∀ y ∈ V ∖ B y ∈ u ↔ y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y
42 22 41 raldifeq ⊢ φ ∧ u ∈ N ⁡ X → ∀ y ∈ B y ∈ u ↔ y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y ↔ ∀ y ∈ V y ∈ u ↔ y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y
43 20 42 bitrid ⊢ φ ∧ u ∈ N ⁡ X → ∀ y ∈ B y ∈ u ↔ S ∈ N ⁡ y ↔ ∀ y ∈ V y ∈ u ↔ y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y
44 ralv ⊢ ∀ y ∈ V y ∈ u ↔ y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y ↔ ∀ y y ∈ u ↔ y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y
45 43 44 bitr2di ⊢ φ ∧ u ∈ N ⁡ X → ∀ y y ∈ u ↔ y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y ↔ ∀ y ∈ B y ∈ u ↔ S ∈ N ⁡ y
46 45 rexbidva ⊢ φ → ∃ u ∈ N ⁡ X ∀ y y ∈ u ↔ y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y ↔ ∃ u ∈ N ⁡ X ∀ y ∈ B y ∈ u ↔ S ∈ N ⁡ y
47 17 46 bitrid ⊢ φ → y | y ∈ B ∧ S ∈ N ⁡ y ∈ N ⁡ X ↔ ∃ u ∈ N ⁡ X ∀ y ∈ B y ∈ u ↔ S ∈ N ⁡ y
48 10 14 47 3bitrd ⊢ φ → X ∈ I ⁡ I ⁡ S ↔ ∃ u ∈ N ⁡ X ∀ y ∈ B y ∈ u ↔ S ∈ N ⁡ y