Metamath Proof Explorer


Theorem regsep2

Description: In a regular space, a closed set is separated by open sets from a point not in it. (Contributed by Jeff Hankins, 1-Feb-2010) (Revised by Mario Carneiro, 25-Aug-2015)

Ref Expression
Hypothesis t1sep.1 ⊢ X = ⋃ J
Assertion regsep2 ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C → ∃ x ∈ J ∃ y ∈ J C ⊆ x ∧ A ∈ y ∧ x ∩ y = ∅

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 t1sep.1 ⊢ X = ⋃ J
2 regtop ⊢ J ∈ Reg → J ∈ Top
3 2 ad2antrr ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C ∧ y ∈ J ∧ A ∈ y ∧ cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X ∖ C → J ∈ Top
4 elssuni ⊢ y ∈ J → y ⊆ ⋃ J
5 4 1 sseqtrrdi ⊢ y ∈ J → y ⊆ X
6 5 ad2antrl ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C ∧ y ∈ J ∧ A ∈ y ∧ cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X ∖ C → y ⊆ X
7 1 clscld ⊢ J ∈ Top ∧ y ⊆ X → cls ⁡ J ⁡ y ∈ Clsd ⁡ J
8 3 6 7 syl2anc ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C ∧ y ∈ J ∧ A ∈ y ∧ cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X ∖ C → cls ⁡ J ⁡ y ∈ Clsd ⁡ J
9 1 cldopn ⊢ cls ⁡ J ⁡ y ∈ Clsd ⁡ J → X ∖ cls ⁡ J ⁡ y ∈ J
10 8 9 syl ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C ∧ y ∈ J ∧ A ∈ y ∧ cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X ∖ C → X ∖ cls ⁡ J ⁡ y ∈ J
11 simprrr ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C ∧ y ∈ J ∧ A ∈ y ∧ cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X ∖ C → cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X ∖ C
12 1 clsss3 ⊢ J ∈ Top ∧ y ⊆ X → cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X
13 3 6 12 syl2anc ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C ∧ y ∈ J ∧ A ∈ y ∧ cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X ∖ C → cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X
14 simplr1 ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C ∧ y ∈ J ∧ A ∈ y ∧ cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X ∖ C → C ∈ Clsd ⁡ J
15 1 cldss ⊢ C ∈ Clsd ⁡ J → C ⊆ X
16 14 15 syl ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C ∧ y ∈ J ∧ A ∈ y ∧ cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X ∖ C → C ⊆ X
17 ssconb ⊢ cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X ∧ C ⊆ X → cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X ∖ C ↔ C ⊆ X ∖ cls ⁡ J ⁡ y
18 13 16 17 syl2anc ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C ∧ y ∈ J ∧ A ∈ y ∧ cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X ∖ C → cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X ∖ C ↔ C ⊆ X ∖ cls ⁡ J ⁡ y
19 11 18 mpbid ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C ∧ y ∈ J ∧ A ∈ y ∧ cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X ∖ C → C ⊆ X ∖ cls ⁡ J ⁡ y
20 simprrl ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C ∧ y ∈ J ∧ A ∈ y ∧ cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X ∖ C → A ∈ y
21 1 sscls ⊢ J ∈ Top ∧ y ⊆ X → y ⊆ cls ⁡ J ⁡ y
22 3 6 21 syl2anc ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C ∧ y ∈ J ∧ A ∈ y ∧ cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X ∖ C → y ⊆ cls ⁡ J ⁡ y
23 sslin ⊢ y ⊆ cls ⁡ J ⁡ y → X ∖ cls ⁡ J ⁡ y ∩ y ⊆ X ∖ cls ⁡ J ⁡ y ∩ cls ⁡ J ⁡ y
24 22 23 syl ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C ∧ y ∈ J ∧ A ∈ y ∧ cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X ∖ C → X ∖ cls ⁡ J ⁡ y ∩ y ⊆ X ∖ cls ⁡ J ⁡ y ∩ cls ⁡ J ⁡ y
25 disjdifr ⊢ X ∖ cls ⁡ J ⁡ y ∩ cls ⁡ J ⁡ y = ∅
26 sseq0 ⊢ X ∖ cls ⁡ J ⁡ y ∩ y ⊆ X ∖ cls ⁡ J ⁡ y ∩ cls ⁡ J ⁡ y ∧ X ∖ cls ⁡ J ⁡ y ∩ cls ⁡ J ⁡ y = ∅ → X ∖ cls ⁡ J ⁡ y ∩ y = ∅
27 24 25 26 sylancl ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C ∧ y ∈ J ∧ A ∈ y ∧ cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X ∖ C → X ∖ cls ⁡ J ⁡ y ∩ y = ∅
28 sseq2 ⊢ x = X ∖ cls ⁡ J ⁡ y → C ⊆ x ↔ C ⊆ X ∖ cls ⁡ J ⁡ y
29 ineq1 ⊢ x = X ∖ cls ⁡ J ⁡ y → x ∩ y = X ∖ cls ⁡ J ⁡ y ∩ y
30 29 eqeq1d ⊢ x = X ∖ cls ⁡ J ⁡ y → x ∩ y = ∅ ↔ X ∖ cls ⁡ J ⁡ y ∩ y = ∅
31 28 30 3anbi13d ⊢ x = X ∖ cls ⁡ J ⁡ y → C ⊆ x ∧ A ∈ y ∧ x ∩ y = ∅ ↔ C ⊆ X ∖ cls ⁡ J ⁡ y ∧ A ∈ y ∧ X ∖ cls ⁡ J ⁡ y ∩ y = ∅
32 31 rspcev ⊢ X ∖ cls ⁡ J ⁡ y ∈ J ∧ C ⊆ X ∖ cls ⁡ J ⁡ y ∧ A ∈ y ∧ X ∖ cls ⁡ J ⁡ y ∩ y = ∅ → ∃ x ∈ J C ⊆ x ∧ A ∈ y ∧ x ∩ y = ∅
33 10 19 20 27 32 syl13anc ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C ∧ y ∈ J ∧ A ∈ y ∧ cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X ∖ C → ∃ x ∈ J C ⊆ x ∧ A ∈ y ∧ x ∩ y = ∅
34 simpl ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C → J ∈ Reg
35 simpr1 ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C → C ∈ Clsd ⁡ J
36 1 cldopn ⊢ C ∈ Clsd ⁡ J → X ∖ C ∈ J
37 35 36 syl ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C → X ∖ C ∈ J
38 simpr2 ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C → A ∈ X
39 simpr3 ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C → ¬ A ∈ C
40 38 39 eldifd ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C → A ∈ X ∖ C
41 regsep ⊢ J ∈ Reg ∧ X ∖ C ∈ J ∧ A ∈ X ∖ C → ∃ y ∈ J A ∈ y ∧ cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X ∖ C
42 34 37 40 41 syl3anc ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C → ∃ y ∈ J A ∈ y ∧ cls ⁡ J ⁡ y ⊆ X ∖ C
43 33 42 reximddv ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C → ∃ y ∈ J ∃ x ∈ J C ⊆ x ∧ A ∈ y ∧ x ∩ y = ∅
44 rexcom ⊢ ∃ y ∈ J ∃ x ∈ J C ⊆ x ∧ A ∈ y ∧ x ∩ y = ∅ ↔ ∃ x ∈ J ∃ y ∈ J C ⊆ x ∧ A ∈ y ∧ x ∩ y = ∅
45 43 44 sylib ⊢ J ∈ Reg ∧ C ∈ Clsd ⁡ J ∧ A ∈ X ∧ ¬ A ∈ C → ∃ x ∈ J ∃ y ∈ J C ⊆ x ∧ A ∈ y ∧ x ∩ y = ∅