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Theorem ptbasfi

Description: The basis for the product topology can also be written as the set of finite intersections of "cylinder sets", the preimages of projections into one factor from open sets in the factor. (We have to add X itself to the list because if A is empty we get ( fi(/) ) = (/) while B = { (/) } .) (Contributed by Mario Carneiro, 3-Feb-2015)

Ref Expression
Hypotheses ptbas.1 B = x | g g Fn A y A g y F y z Fin y A z g y = F y x = y A g y
ptbasfi.2 X = n A F n
Assertion ptbasfi A V F : A Top B = fi X ran k A , u F k w X w k -1 u

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ptbas.1 B = x | g g Fn A y A g y F y z Fin y A z g y = F y x = y A g y
2 ptbasfi.2 X = n A F n
3 1 elpt s B h h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y s = y A h y
4 df-3an h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y
5 simprr A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y y A m h y = F y
6 disjdif2 A m = A m = A
7 6 raleqdv A m = y A m h y = F y y A h y = F y
8 7 biimpac y A m h y = F y A m = y A h y = F y
9 ixpeq2 y A h y = F y y A h y = y A F y
10 8 9 syl y A m h y = F y A m = y A h y = y A F y
11 fveq2 n = y F n = F y
12 11 unieqd n = y F n = F y
13 12 cbvixpv n A F n = y A F y
14 2 13 eqtri X = y A F y
15 10 14 eqtr4di y A m h y = F y A m = y A h y = X
16 5 15 sylan A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y A m = y A h y = X
17 ssv X V
18 iineq1 A m = n A m w X w n -1 h n = n w X w n -1 h n
19 0iin n w X w n -1 h n = V
20 18 19 eqtrdi A m = n A m w X w n -1 h n = V
21 17 20 sseqtrrid A m = X n A m w X w n -1 h n
22 21 adantl A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y A m = X n A m w X w n -1 h n
23 df-ss X n A m w X w n -1 h n X n A m w X w n -1 h n = X
24 22 23 sylib A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y A m = X n A m w X w n -1 h n = X
25 16 24 eqtr4d A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y A m = y A h y = X n A m w X w n -1 h n
26 simplll A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y n A m A V F : A Top
27 inss1 A m A
28 simpr A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y n A m n A m
29 27 28 sseldi A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y n A m n A
30 fveq2 y = n h y = h n
31 fveq2 y = n F y = F n
32 30 31 eleq12d y = n h y F y h n F n
33 simprr A V F : A Top h Fn A y A h y F y y A h y F y
34 33 ad2antrr A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y n A m y A h y F y
35 32 34 29 rspcdva A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y n A m h n F n
36 14 ptpjpre1 A V F : A Top n A h n F n w X w n -1 h n = y A if y = n h n F y
37 26 29 35 36 syl12anc A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y n A m w X w n -1 h n = y A if y = n h n F y
38 37 adantlr A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y A m n A m w X w n -1 h n = y A if y = n h n F y
39 38 iineq2dv A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y A m n A m w X w n -1 h n = n A m y A if y = n h n F y
40 simpr A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y A m A m
41 cnvimass w X w n -1 h n dom w X w n
42 eqid w X w n = w X w n
43 42 dmmptss dom w X w n X
44 41 43 sstri w X w n -1 h n X
45 44 14 sseqtri w X w n -1 h n y A F y
46 45 rgenw n A m w X w n -1 h n y A F y
47 r19.2z A m n A m w X w n -1 h n y A F y n A m w X w n -1 h n y A F y
48 40 46 47 sylancl A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y A m n A m w X w n -1 h n y A F y
49 iinss n A m w X w n -1 h n y A F y n A m w X w n -1 h n y A F y
50 48 49 syl A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y A m n A m w X w n -1 h n y A F y
51 50 14 sseqtrrdi A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y A m n A m w X w n -1 h n X
52 sseqin2 n A m w X w n -1 h n X X n A m w X w n -1 h n = n A m w X w n -1 h n
53 51 52 sylib A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y A m X n A m w X w n -1 h n = n A m w X w n -1 h n
54 33 ad2antrr A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y A m y A h y F y
55 ssralv A m A y A h y F y y A m h y F y
56 27 55 ax-mp y A h y F y y A m h y F y
57 elssuni h y F y h y F y
58 iffalse ¬ y = n if y = n h n F y = F y
59 58 sseq2d ¬ y = n h y if y = n h n F y h y F y
60 57 59 syl5ibrcom h y F y ¬ y = n h y if y = n h n F y
61 ssid h y h y
62 iftrue y = n if y = n h n F y = h n
63 62 30 eqtr4d y = n if y = n h n F y = h y
64 61 63 sseqtrrid y = n h y if y = n h n F y
65 60 64 pm2.61d2 h y F y h y if y = n h n F y
66 65 ralrimivw h y F y n A m h y if y = n h n F y
67 ssiin h y n A m if y = n h n F y n A m h y if y = n h n F y
68 66 67 sylibr h y F y h y n A m if y = n h n F y
69 68 adantl y A m h y F y h y n A m if y = n h n F y
70 62 equcoms n = y if y = n h n F y = h n
71 fveq2 n = y h n = h y
72 70 71 eqtrd n = y if y = n h n F y = h y
73 72 sseq1d n = y if y = n h n F y h y h y h y
74 73 rspcev y A m h y h y n A m if y = n h n F y h y
75 61 74 mpan2 y A m n A m if y = n h n F y h y
76 iinss n A m if y = n h n F y h y n A m if y = n h n F y h y
77 75 76 syl y A m n A m if y = n h n F y h y
78 77 adantr y A m h y F y n A m if y = n h n F y h y
79 69 78 eqssd y A m h y F y h y = n A m if y = n h n F y
80 79 ralimiaa y A m h y F y y A m h y = n A m if y = n h n F y
81 54 56 80 3syl A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y A m y A m h y = n A m if y = n h n F y
82 eldifn y A m ¬ y m
83 82 ad2antlr A m y A m n A m ¬ y m
84 inss2 A m m
85 simpr A m y A m n A m n A m
86 84 85 sseldi A m y A m n A m n m
87 eleq1 y = n y m n m
88 86 87 syl5ibrcom A m y A m n A m y = n y m
89 83 88 mtod A m y A m n A m ¬ y = n
90 89 58 syl A m y A m n A m if y = n h n F y = F y
91 90 iineq2dv A m y A m n A m if y = n h n F y = n A m F y
92 iinconst A m n A m F y = F y
93 92 adantr A m y A m n A m F y = F y
94 91 93 eqtr2d A m y A m F y = n A m if y = n h n F y
95 eqeq1 h y = F y h y = n A m if y = n h n F y F y = n A m if y = n h n F y
96 94 95 syl5ibrcom A m y A m h y = F y h y = n A m if y = n h n F y
97 96 ralimdva A m y A m h y = F y y A m h y = n A m if y = n h n F y
98 5 97 mpan9 A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y A m y A m h y = n A m if y = n h n F y
99 inundif A m A m = A
100 99 raleqi y A m A m h y = n A m if y = n h n F y y A h y = n A m if y = n h n F y
101 ralunb y A m A m h y = n A m if y = n h n F y y A m h y = n A m if y = n h n F y y A m h y = n A m if y = n h n F y
102 100 101 bitr3i y A h y = n A m if y = n h n F y y A m h y = n A m if y = n h n F y y A m h y = n A m if y = n h n F y
103 81 98 102 sylanbrc A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y A m y A h y = n A m if y = n h n F y
104 ixpeq2 y A h y = n A m if y = n h n F y y A h y = y A n A m if y = n h n F y
105 103 104 syl A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y A m y A h y = y A n A m if y = n h n F y
106 ixpiin A m y A n A m if y = n h n F y = n A m y A if y = n h n F y
107 106 adantl A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y A m y A n A m if y = n h n F y = n A m y A if y = n h n F y
108 105 107 eqtrd A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y A m y A h y = n A m y A if y = n h n F y
109 39 53 108 3eqtr4rd A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y A m y A h y = X n A m w X w n -1 h n
110 25 109 pm2.61dane A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y y A h y = X n A m w X w n -1 h n
111 ixpexg n A F n V n A F n V
112 fvex F n V
113 112 uniex F n V
114 113 a1i n A F n V
115 111 114 mprg n A F n V
116 2 115 eqeltri X V
117 116 mptex w X w n V
118 117 cnvex w X w n -1 V
119 118 imaex w X w n -1 h n V
120 119 dfiin2 n A m w X w n -1 h n = z | n A m z = w X w n -1 h n
121 inteq z | n A m z = w X w n -1 h n = z | n A m z = w X w n -1 h n =
122 120 121 syl5eq z | n A m z = w X w n -1 h n = n A m w X w n -1 h n =
123 int0 = V
124 122 123 eqtrdi z | n A m z = w X w n -1 h n = n A m w X w n -1 h n = V
125 124 ineq2d z | n A m z = w X w n -1 h n = X n A m w X w n -1 h n = X V
126 inv1 X V = X
127 125 126 eqtrdi z | n A m z = w X w n -1 h n = X n A m w X w n -1 h n = X
128 127 adantl A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y z | n A m z = w X w n -1 h n = X n A m w X w n -1 h n = X
129 snex X V
130 1 ptbas A V F : A Top B TopBases
131 1 2 ptpjpre2 A V F : A Top k A u F k w X w k -1 u B
132 131 ralrimivva A V F : A Top k A u F k w X w k -1 u B
133 eqid k A , u F k w X w k -1 u = k A , u F k w X w k -1 u
134 133 fmpox k A u F k w X w k -1 u B k A , u F k w X w k -1 u : k A k × F k B
135 132 134 sylib A V F : A Top k A , u F k w X w k -1 u : k A k × F k B
136 135 frnd A V F : A Top ran k A , u F k w X w k -1 u B
137 130 136 ssexd A V F : A Top ran k A , u F k w X w k -1 u V
138 unexg X V ran k A , u F k w X w k -1 u V X ran k A , u F k w X w k -1 u V
139 129 137 138 sylancr A V F : A Top X ran k A , u F k w X w k -1 u V
140 ssfii X ran k A , u F k w X w k -1 u V X ran k A , u F k w X w k -1 u fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
141 139 140 syl A V F : A Top X ran k A , u F k w X w k -1 u fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
142 141 ad2antrr A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y X ran k A , u F k w X w k -1 u fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
143 ssun1 X X ran k A , u F k w X w k -1 u
144 116 snss X X ran k A , u F k w X w k -1 u X X ran k A , u F k w X w k -1 u
145 143 144 mpbir X X ran k A , u F k w X w k -1 u
146 145 a1i A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y X X ran k A , u F k w X w k -1 u
147 142 146 sseldd A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y X fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
148 147 adantr A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y z | n A m z = w X w n -1 h n = X fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
149 128 148 eqeltrd A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y z | n A m z = w X w n -1 h n = X n A m w X w n -1 h n fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
150 139 ad3antrrr A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y z | n A m z = w X w n -1 h n X ran k A , u F k w X w k -1 u V
151 nfv n A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y
152 nfcv _ n A
153 nfcv _ n F k
154 nfixp1 _ n n A F n
155 2 154 nfcxfr _ n X
156 nfcv _ n w k
157 155 156 nfmpt _ n w X w k
158 157 nfcnv _ n w X w k -1
159 nfcv _ n u
160 158 159 nfima _ n w X w k -1 u
161 152 153 160 nfmpo _ n k A , u F k w X w k -1 u
162 161 nfrn _ n ran k A , u F k w X w k -1 u
163 162 nfcri n z ran k A , u F k w X w k -1 u
164 df-ov n k A , u F k w X w k -1 u h n = k A , u F k w X w k -1 u n h n
165 119 a1i A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y n A m w X w n -1 h n V
166 fveq2 k = n w k = w n
167 166 mpteq2dv k = n w X w k = w X w n
168 167 cnveqd k = n w X w k -1 = w X w n -1
169 168 imaeq1d k = n w X w k -1 u = w X w n -1 u
170 imaeq2 u = h n w X w n -1 u = w X w n -1 h n
171 169 170 sylan9eq k = n u = h n w X w k -1 u = w X w n -1 h n
172 fveq2 k = n F k = F n
173 171 172 133 ovmpox n A h n F n w X w n -1 h n V n k A , u F k w X w k -1 u h n = w X w n -1 h n
174 29 35 165 173 syl3anc A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y n A m n k A , u F k w X w k -1 u h n = w X w n -1 h n
175 164 174 syl5eqr A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y n A m k A , u F k w X w k -1 u n h n = w X w n -1 h n
176 135 ad3antrrr A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y n A m k A , u F k w X w k -1 u : k A k × F k B
177 176 ffnd A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y n A m k A , u F k w X w k -1 u Fn k A k × F k
178 opeliunxp n h n n A n × F n n A h n F n
179 29 35 178 sylanbrc A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y n A m n h n n A n × F n
180 sneq n = k n = k
181 fveq2 n = k F n = F k
182 180 181 xpeq12d n = k n × F n = k × F k
183 182 cbviunv n A n × F n = k A k × F k
184 179 183 eleqtrdi A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y n A m n h n k A k × F k
185 fnfvelrn k A , u F k w X w k -1 u Fn k A k × F k n h n k A k × F k k A , u F k w X w k -1 u n h n ran k A , u F k w X w k -1 u
186 177 184 185 syl2anc A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y n A m k A , u F k w X w k -1 u n h n ran k A , u F k w X w k -1 u
187 175 186 eqeltrrd A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y n A m w X w n -1 h n ran k A , u F k w X w k -1 u
188 eleq1 z = w X w n -1 h n z ran k A , u F k w X w k -1 u w X w n -1 h n ran k A , u F k w X w k -1 u
189 187 188 syl5ibrcom A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y n A m z = w X w n -1 h n z ran k A , u F k w X w k -1 u
190 189 ex A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y n A m z = w X w n -1 h n z ran k A , u F k w X w k -1 u
191 151 163 190 rexlimd A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y n A m z = w X w n -1 h n z ran k A , u F k w X w k -1 u
192 191 abssdv A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y z | n A m z = w X w n -1 h n ran k A , u F k w X w k -1 u
193 ssun2 ran k A , u F k w X w k -1 u X ran k A , u F k w X w k -1 u
194 192 193 sstrdi A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y z | n A m z = w X w n -1 h n X ran k A , u F k w X w k -1 u
195 194 adantr A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y z | n A m z = w X w n -1 h n z | n A m z = w X w n -1 h n X ran k A , u F k w X w k -1 u
196 simpr A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y z | n A m z = w X w n -1 h n z | n A m z = w X w n -1 h n
197 simplrl A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y z | n A m z = w X w n -1 h n m Fin
198 ssfi m Fin A m m A m Fin
199 197 84 198 sylancl A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y z | n A m z = w X w n -1 h n A m Fin
200 abrexfi A m Fin z | n A m z = w X w n -1 h n Fin
201 199 200 syl A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y z | n A m z = w X w n -1 h n z | n A m z = w X w n -1 h n Fin
202 elfir X ran k A , u F k w X w k -1 u V z | n A m z = w X w n -1 h n X ran k A , u F k w X w k -1 u z | n A m z = w X w n -1 h n z | n A m z = w X w n -1 h n Fin z | n A m z = w X w n -1 h n fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
203 150 195 196 201 202 syl13anc A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y z | n A m z = w X w n -1 h n z | n A m z = w X w n -1 h n fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
204 120 203 eqeltrid A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y z | n A m z = w X w n -1 h n n A m w X w n -1 h n fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
205 elssuni n A m w X w n -1 h n fi X ran k A , u F k w X w k -1 u n A m w X w n -1 h n fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
206 204 205 syl A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y z | n A m z = w X w n -1 h n n A m w X w n -1 h n fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
207 fiuni X ran k A , u F k w X w k -1 u V X ran k A , u F k w X w k -1 u = fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
208 139 207 syl A V F : A Top X ran k A , u F k w X w k -1 u = fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
209 116 pwid X 𝒫 X
210 209 a1i A V F : A Top X 𝒫 X
211 210 snssd A V F : A Top X 𝒫 X
212 1 ptuni2 A V F : A Top n A F n = B
213 2 212 syl5eq A V F : A Top X = B
214 eqimss2 X = B B X
215 213 214 syl A V F : A Top B X
216 sspwuni B 𝒫 X B X
217 215 216 sylibr A V F : A Top B 𝒫 X
218 136 217 sstrd A V F : A Top ran k A , u F k w X w k -1 u 𝒫 X
219 211 218 unssd A V F : A Top X ran k A , u F k w X w k -1 u 𝒫 X
220 sspwuni X ran k A , u F k w X w k -1 u 𝒫 X X ran k A , u F k w X w k -1 u X
221 219 220 sylib A V F : A Top X ran k A , u F k w X w k -1 u X
222 elssuni X X ran k A , u F k w X w k -1 u X X ran k A , u F k w X w k -1 u
223 145 222 mp1i A V F : A Top X X ran k A , u F k w X w k -1 u
224 221 223 eqssd A V F : A Top X ran k A , u F k w X w k -1 u = X
225 208 224 eqtr3d A V F : A Top fi X ran k A , u F k w X w k -1 u = X
226 225 ad3antrrr A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y z | n A m z = w X w n -1 h n fi X ran k A , u F k w X w k -1 u = X
227 206 226 sseqtrd A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y z | n A m z = w X w n -1 h n n A m w X w n -1 h n X
228 227 52 sylib A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y z | n A m z = w X w n -1 h n X n A m w X w n -1 h n = n A m w X w n -1 h n
229 228 204 eqeltrd A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y z | n A m z = w X w n -1 h n X n A m w X w n -1 h n fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
230 149 229 pm2.61dane A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y X n A m w X w n -1 h n fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
231 110 230 eqeltrd A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y y A h y fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
232 231 rexlimdvaa A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y y A h y fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
233 232 impr A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y y A h y fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
234 4 233 sylan2b A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y y A h y fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
235 eleq1 s = y A h y s fi X ran k A , u F k w X w k -1 u y A h y fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
236 234 235 syl5ibrcom A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y s = y A h y s fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
237 236 expimpd A V F : A Top h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y s = y A h y s fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
238 237 exlimdv A V F : A Top h h Fn A y A h y F y m Fin y A m h y = F y s = y A h y s fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
239 3 238 syl5bi A V F : A Top s B s fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
240 239 ssrdv A V F : A Top B fi X ran k A , u F k w X w k -1 u
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242 2 241 eqeltrid A V F : A Top X B
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248 246 247 sseqtrd A V F : A Top fi X ran k A , u F k w X w k -1 u B
249 240 248 eqssd A V F : A Top B = fi X ran k A , u F k w X w k -1 u