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Theorem qustgphaus

Description: The quotient of a topological group by a closed normal subgroup is a Hausdorff topological group. In particular, the quotient by the closure of the identity is a Hausdorff topological group, isomorphic to both the Kolmogorov quotient and the Hausdorff quotient operations on topological spaces (because T0 and Hausdorff coincide for topological groups). (Contributed by Mario Carneiro, 22-Sep-2015)

Ref Expression
Hypotheses qustgp.h H = G / 𝑠 G ~ QG Y
qustgphaus.j J = TopOpen G
qustgphaus.k K = TopOpen H
Assertion qustgphaus G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J K Haus

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 qustgp.h H = G / 𝑠 G ~ QG Y
2 qustgphaus.j J = TopOpen G
3 qustgphaus.k K = TopOpen H
4 eqid 0 G = 0 G
5 1 4 qus0 Y NrmSGrp G 0 G G ~ QG Y = 0 H
6 5 3ad2ant2 G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J 0 G G ~ QG Y = 0 H
7 tgpgrp G TopGrp G Grp
8 7 3ad2ant1 G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J G Grp
9 eqid Base G = Base G
10 9 4 grpidcl G Grp 0 G Base G
11 8 10 syl G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J 0 G Base G
12 ovex G ~ QG Y V
13 12 ecelqsi 0 G Base G 0 G G ~ QG Y Base G / G ~ QG Y
14 11 13 syl G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J 0 G G ~ QG Y Base G / G ~ QG Y
15 6 14 eqeltrrd G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J 0 H Base G / G ~ QG Y
16 15 snssd G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J 0 H Base G / G ~ QG Y
17 eqid x Base G x G ~ QG Y = x Base G x G ~ QG Y
18 17 mptpreima x Base G x G ~ QG Y -1 0 H = x Base G | x G ~ QG Y 0 H
19 nsgsubg Y NrmSGrp G Y SubGrp G
20 19 3ad2ant2 G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J Y SubGrp G
21 eqid G ~ QG Y = G ~ QG Y
22 9 21 4 eqgid Y SubGrp G 0 G G ~ QG Y = Y
23 20 22 syl G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J 0 G G ~ QG Y = Y
24 9 subgss Y SubGrp G Y Base G
25 20 24 syl G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J Y Base G
26 23 25 eqsstrd G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J 0 G G ~ QG Y Base G
27 sseqin2 0 G G ~ QG Y Base G Base G 0 G G ~ QG Y = 0 G G ~ QG Y
28 26 27 sylib G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J Base G 0 G G ~ QG Y = 0 G G ~ QG Y
29 9 21 eqger Y SubGrp G G ~ QG Y Er Base G
30 20 29 syl G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J G ~ QG Y Er Base G
31 30 11 erth G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J 0 G G ~ QG Y x 0 G G ~ QG Y = x G ~ QG Y
32 31 adantr G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J x Base G 0 G G ~ QG Y x 0 G G ~ QG Y = x G ~ QG Y
33 6 adantr G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J x Base G 0 G G ~ QG Y = 0 H
34 33 eqeq1d G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J x Base G 0 G G ~ QG Y = x G ~ QG Y 0 H = x G ~ QG Y
35 32 34 bitrd G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J x Base G 0 G G ~ QG Y x 0 H = x G ~ QG Y
36 vex x V
37 fvex 0 G V
38 36 37 elec x 0 G G ~ QG Y 0 G G ~ QG Y x
39 fvex 0 H V
40 39 elsn2 x G ~ QG Y 0 H x G ~ QG Y = 0 H
41 eqcom x G ~ QG Y = 0 H 0 H = x G ~ QG Y
42 40 41 bitri x G ~ QG Y 0 H 0 H = x G ~ QG Y
43 35 38 42 3bitr4g G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J x Base G x 0 G G ~ QG Y x G ~ QG Y 0 H
44 43 rabbi2dva G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J Base G 0 G G ~ QG Y = x Base G | x G ~ QG Y 0 H
45 28 44 23 3eqtr3d G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J x Base G | x G ~ QG Y 0 H = Y
46 18 45 eqtrid G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J x Base G x G ~ QG Y -1 0 H = Y
47 simp3 G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J Y Clsd J
48 46 47 eqeltrd G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J x Base G x G ~ QG Y -1 0 H Clsd J
49 2 9 tgptopon G TopGrp J TopOn Base G
50 49 3ad2ant1 G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J J TopOn Base G
51 1 a1i G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J H = G / 𝑠 G ~ QG Y
52 eqidd G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J Base G = Base G
53 12 a1i G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J G ~ QG Y V
54 simp1 G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J G TopGrp
55 51 52 17 53 54 quslem G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J x Base G x G ~ QG Y : Base G onto Base G / G ~ QG Y
56 qtopcld J TopOn Base G x Base G x G ~ QG Y : Base G onto Base G / G ~ QG Y 0 H Clsd J qTop x Base G x G ~ QG Y 0 H Base G / G ~ QG Y x Base G x G ~ QG Y -1 0 H Clsd J
57 50 55 56 syl2anc G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J 0 H Clsd J qTop x Base G x G ~ QG Y 0 H Base G / G ~ QG Y x Base G x G ~ QG Y -1 0 H Clsd J
58 16 48 57 mpbir2and G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J 0 H Clsd J qTop x Base G x G ~ QG Y
59 51 52 17 53 54 qusval G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J H = x Base G x G ~ QG Y 𝑠 G
60 59 52 55 54 2 3 imastopn G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J K = J qTop x Base G x G ~ QG Y
61 60 fveq2d G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J Clsd K = Clsd J qTop x Base G x G ~ QG Y
62 58 61 eleqtrrd G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J 0 H Clsd K
63 1 qustgp G TopGrp Y NrmSGrp G H TopGrp
64 63 3adant3 G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J H TopGrp
65 eqid 0 H = 0 H
66 65 3 tgphaus H TopGrp K Haus 0 H Clsd K
67 64 66 syl G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J K Haus 0 H Clsd K
68 62 67 mpbird G TopGrp Y NrmSGrp G Y Clsd J K Haus