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Theorem sconnpi1

Description: A path-connected topological space is simply connected iff its fundamental group is trivial. (Contributed by Mario Carneiro, 12-Feb-2015)

Ref Expression
Hypothesis sconnpi1.1 ⊢ X = ⋃ J
Assertion sconnpi1 ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X → J ∈ SConn ↔ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sconnpi1.1 ⊢ X = ⋃ J
2 sconntop ⊢ J ∈ SConn → J ∈ Top
3 2 adantl ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn → J ∈ Top
4 simpl ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn → Y ∈ X
5 eqid ⊢ J π 1 Y = J π 1 Y
6 eqid ⊢ Base J π 1 Y = Base J π 1 Y
7 simpl ⊢ J ∈ Top ∧ Y ∈ X → J ∈ Top
8 1 toptopon ⊢ J ∈ Top ↔ J ∈ TopOn ⁡ X
9 7 8 sylib ⊢ J ∈ Top ∧ Y ∈ X → J ∈ TopOn ⁡ X
10 simpr ⊢ J ∈ Top ∧ Y ∈ X → Y ∈ X
11 5 6 9 10 elpi1 ⊢ J ∈ Top ∧ Y ∈ X → x ∈ Base J π 1 Y ↔ ∃ f ∈ II Cn J f ⁡ 0 = Y ∧ f ⁡ 1 = Y ∧ x = f ≃ ph ⁡ J
12 3 4 11 syl2anc ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn → x ∈ Base J π 1 Y ↔ ∃ f ∈ II Cn J f ⁡ 0 = Y ∧ f ⁡ 1 = Y ∧ x = f ≃ ph ⁡ J
13 phtpcer ⊢ ≃ ph ⁡ J Er II Cn J
14 13 a1i ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = Y ∧ f ⁡ 1 = Y → ≃ ph ⁡ J Er II Cn J
15 simpllr ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = Y ∧ f ⁡ 1 = Y → J ∈ SConn
16 simplr ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = Y ∧ f ⁡ 1 = Y → f ∈ II Cn J
17 simprl ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = Y ∧ f ⁡ 1 = Y → f ⁡ 0 = Y
18 simprr ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = Y ∧ f ⁡ 1 = Y → f ⁡ 1 = Y
19 17 18 eqtr4d ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = Y ∧ f ⁡ 1 = Y → f ⁡ 0 = f ⁡ 1
20 sconnpht ⊢ J ∈ SConn ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → f ≃ ph ⁡ J 0 1 × f ⁡ 0
21 15 16 19 20 syl3anc ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = Y ∧ f ⁡ 1 = Y → f ≃ ph ⁡ J 0 1 × f ⁡ 0
22 17 sneqd ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = Y ∧ f ⁡ 1 = Y → f ⁡ 0 = Y
23 22 xpeq2d ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = Y ∧ f ⁡ 1 = Y → 0 1 × f ⁡ 0 = 0 1 × Y
24 21 23 breqtrd ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = Y ∧ f ⁡ 1 = Y → f ≃ ph ⁡ J 0 1 × Y
25 14 24 erthi ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = Y ∧ f ⁡ 1 = Y → f ≃ ph ⁡ J = 0 1 × Y ≃ ph ⁡ J
26 3 8 sylib ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn → J ∈ TopOn ⁡ X
27 eqid ⊢ 0 1 × Y = 0 1 × Y
28 5 27 pi1id ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ Y ∈ X → 0 1 × Y ≃ ph ⁡ J = 0 J π 1 Y
29 26 4 28 syl2anc ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn → 0 1 × Y ≃ ph ⁡ J = 0 J π 1 Y
30 29 ad2antrr ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = Y ∧ f ⁡ 1 = Y → 0 1 × Y ≃ ph ⁡ J = 0 J π 1 Y
31 25 30 eqtrd ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = Y ∧ f ⁡ 1 = Y → f ≃ ph ⁡ J = 0 J π 1 Y
32 velsn ⊢ x ∈ 0 J π 1 Y ↔ x = 0 J π 1 Y
33 eqeq1 ⊢ x = f ≃ ph ⁡ J → x = 0 J π 1 Y ↔ f ≃ ph ⁡ J = 0 J π 1 Y
34 32 33 bitrid ⊢ x = f ≃ ph ⁡ J → x ∈ 0 J π 1 Y ↔ f ≃ ph ⁡ J = 0 J π 1 Y
35 31 34 syl5ibrcom ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = Y ∧ f ⁡ 1 = Y → x = f ≃ ph ⁡ J → x ∈ 0 J π 1 Y
36 35 expimpd ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn ∧ f ∈ II Cn J → f ⁡ 0 = Y ∧ f ⁡ 1 = Y ∧ x = f ≃ ph ⁡ J → x ∈ 0 J π 1 Y
37 36 rexlimdva ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn → ∃ f ∈ II Cn J f ⁡ 0 = Y ∧ f ⁡ 1 = Y ∧ x = f ≃ ph ⁡ J → x ∈ 0 J π 1 Y
38 12 37 sylbid ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn → x ∈ Base J π 1 Y → x ∈ 0 J π 1 Y
39 38 ssrdv ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn → Base J π 1 Y ⊆ 0 J π 1 Y
40 5 pi1grp ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ Y ∈ X → J π 1 Y ∈ Grp
41 26 4 40 syl2anc ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn → J π 1 Y ∈ Grp
42 eqid ⊢ 0 J π 1 Y = 0 J π 1 Y
43 6 42 grpidcl ⊢ J π 1 Y ∈ Grp → 0 J π 1 Y ∈ Base J π 1 Y
44 41 43 syl ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn → 0 J π 1 Y ∈ Base J π 1 Y
45 44 snssd ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn → 0 J π 1 Y ⊆ Base J π 1 Y
46 39 45 eqssd ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn → Base J π 1 Y = 0 J π 1 Y
47 fvex ⊢ 0 J π 1 Y ∈ V
48 47 ensn1 ⊢ 0 J π 1 Y ≈ 1 𝑜
49 46 48 eqbrtrdi ⊢ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn → Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜
50 49 adantll ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ J ∈ SConn → Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜
51 simpll ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 → J ∈ PConn
52 eqid ⊢ J π 1 f ⁡ 0 = J π 1 f ⁡ 0
53 eqid ⊢ Base J π 1 f ⁡ 0 = Base J π 1 f ⁡ 0
54 simplll ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → J ∈ PConn
55 pconntop ⊢ J ∈ PConn → J ∈ Top
56 54 55 syl ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → J ∈ Top
57 56 8 sylib ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → J ∈ TopOn ⁡ X
58 simprl ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → f ∈ II Cn J
59 iiuni ⊢ 0 1 = ⋃ II
60 59 1 cnf ⊢ f ∈ II Cn J → f : 0 1 ⟶ X
61 58 60 syl ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → f : 0 1 ⟶ X
62 0elunit ⊢ 0 ∈ 0 1
63 ffvelcdm ⊢ f : 0 1 ⟶ X ∧ 0 ∈ 0 1 → f ⁡ 0 ∈ X
64 61 62 63 sylancl ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → f ⁡ 0 ∈ X
65 eqidd ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → f ⁡ 0 = f ⁡ 0
66 simprr ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → f ⁡ 0 = f ⁡ 1
67 66 eqcomd ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → f ⁡ 1 = f ⁡ 0
68 52 53 57 64 58 65 67 elpi1i ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → f ≃ ph ⁡ J ∈ Base J π 1 f ⁡ 0
69 eqid ⊢ 0 1 × f ⁡ 0 = 0 1 × f ⁡ 0
70 69 pcoptcl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ f ⁡ 0 ∈ X → 0 1 × f ⁡ 0 ∈ II Cn J ∧ 0 1 × f ⁡ 0 ⁡ 0 = f ⁡ 0 ∧ 0 1 × f ⁡ 0 ⁡ 1 = f ⁡ 0
71 57 64 70 syl2anc ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → 0 1 × f ⁡ 0 ∈ II Cn J ∧ 0 1 × f ⁡ 0 ⁡ 0 = f ⁡ 0 ∧ 0 1 × f ⁡ 0 ⁡ 1 = f ⁡ 0
72 71 simp1d ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → 0 1 × f ⁡ 0 ∈ II Cn J
73 71 simp2d ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → 0 1 × f ⁡ 0 ⁡ 0 = f ⁡ 0
74 71 simp3d ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → 0 1 × f ⁡ 0 ⁡ 1 = f ⁡ 0
75 52 53 57 64 72 73 74 elpi1i ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → 0 1 × f ⁡ 0 ≃ ph ⁡ J ∈ Base J π 1 f ⁡ 0
76 simpllr ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → Y ∈ X
77 1 52 5 53 6 pconnpi1 ⊢ J ∈ PConn ∧ f ⁡ 0 ∈ X ∧ Y ∈ X → J π 1 f ⁡ 0 ≃ 𝑔 J π 1 Y
78 54 64 76 77 syl3anc ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → J π 1 f ⁡ 0 ≃ 𝑔 J π 1 Y
79 53 6 gicen ⊢ J π 1 f ⁡ 0 ≃ 𝑔 J π 1 Y → Base J π 1 f ⁡ 0 ≈ Base J π 1 Y
80 78 79 syl ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → Base J π 1 f ⁡ 0 ≈ Base J π 1 Y
81 simplr ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜
82 entr ⊢ Base J π 1 f ⁡ 0 ≈ Base J π 1 Y ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 → Base J π 1 f ⁡ 0 ≈ 1 𝑜
83 80 81 82 syl2anc ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → Base J π 1 f ⁡ 0 ≈ 1 𝑜
84 en1eqsn ⊢ 0 1 × f ⁡ 0 ≃ ph ⁡ J ∈ Base J π 1 f ⁡ 0 ∧ Base J π 1 f ⁡ 0 ≈ 1 𝑜 → Base J π 1 f ⁡ 0 = 0 1 × f ⁡ 0 ≃ ph ⁡ J
85 75 83 84 syl2anc ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → Base J π 1 f ⁡ 0 = 0 1 × f ⁡ 0 ≃ ph ⁡ J
86 68 85 eleqtrd ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → f ≃ ph ⁡ J ∈ 0 1 × f ⁡ 0 ≃ ph ⁡ J
87 elsni ⊢ f ≃ ph ⁡ J ∈ 0 1 × f ⁡ 0 ≃ ph ⁡ J → f ≃ ph ⁡ J = 0 1 × f ⁡ 0 ≃ ph ⁡ J
88 86 87 syl ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → f ≃ ph ⁡ J = 0 1 × f ⁡ 0 ≃ ph ⁡ J
89 13 a1i ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → ≃ ph ⁡ J Er II Cn J
90 89 58 erth ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → f ≃ ph ⁡ J 0 1 × f ⁡ 0 ↔ f ≃ ph ⁡ J = 0 1 × f ⁡ 0 ≃ ph ⁡ J
91 88 90 mpbird ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J ∧ f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → f ≃ ph ⁡ J 0 1 × f ⁡ 0
92 91 expr ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 ∧ f ∈ II Cn J → f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → f ≃ ph ⁡ J 0 1 × f ⁡ 0
93 92 ralrimiva ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 → ∀ f ∈ II Cn J f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → f ≃ ph ⁡ J 0 1 × f ⁡ 0
94 issconn ⊢ J ∈ SConn ↔ J ∈ PConn ∧ ∀ f ∈ II Cn J f ⁡ 0 = f ⁡ 1 → f ≃ ph ⁡ J 0 1 × f ⁡ 0
95 51 93 94 sylanbrc ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X ∧ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜 → J ∈ SConn
96 50 95 impbida ⊢ J ∈ PConn ∧ Y ∈ X → J ∈ SConn ↔ Base J π 1 Y ≈ 1 𝑜