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Theorem topdifinffinlem

Description: This is the core of the proof of topdifinffin , but to avoid the distinct variables on the definition, we need to split this proof into two. (Contributed by ML, 17-Jul-2020)

Ref Expression
Hypothesis topdifinf.t ⊢ T = x ∈ 𝒫 A | ¬ A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∨ x = A
Assertion topdifinffinlem ⊢ T ∈ TopOn ⁡ A → A ∈ Fin

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 topdifinf.t ⊢ T = x ∈ 𝒫 A | ¬ A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∨ x = A
2 nfv ⊢ Ⅎ u ¬ A ∈ Fin
3 nfab1 ⊢ Ⅎ _ u u | ∃ y ∈ A u = y
4 nfcv ⊢ Ⅎ _ u T
5 abid ⊢ u ∈ u | ∃ y ∈ A u = y ↔ ∃ y ∈ A u = y
6 df-rex ⊢ ∃ y ∈ A u = y ↔ ∃ y y ∈ A ∧ u = y
7 5 6 bitri ⊢ u ∈ u | ∃ y ∈ A u = y ↔ ∃ y y ∈ A ∧ u = y
8 eqid ⊢ y = y
9 vsnex ⊢ y ∈ V
10 snelpwi ⊢ y ∈ A → y ∈ 𝒫 A
11 eleq1 ⊢ x = y → x ∈ 𝒫 A ↔ y ∈ 𝒫 A
12 10 11 imbitrrid ⊢ x = y → y ∈ A → x ∈ 𝒫 A
13 12 imdistani ⊢ x = y ∧ y ∈ A → x = y ∧ x ∈ 𝒫 A
14 13 anim2i ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ y ∈ A → ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ x ∈ 𝒫 A
15 14 3impb ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ y ∈ A → ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ x ∈ 𝒫 A
16 3anass ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ x ∈ 𝒫 A ↔ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ x ∈ 𝒫 A
17 15 16 sylibr ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ y ∈ A → ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ x ∈ 𝒫 A
18 snfi ⊢ y ∈ Fin
19 eleq1 ⊢ x = y → x ∈ Fin ↔ y ∈ Fin
20 18 19 mpbiri ⊢ x = y → x ∈ Fin
21 difinf ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ x ∈ Fin → ¬ A ∖ x ∈ Fin
22 20 21 sylan2 ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y → ¬ A ∖ x ∈ Fin
23 22 orcd ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y → ¬ A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∨ x = A
24 23 anim2i ⊢ x ∈ 𝒫 A ∧ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y → x ∈ 𝒫 A ∧ ¬ A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∨ x = A
25 24 ancoms ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ x ∈ 𝒫 A → x ∈ 𝒫 A ∧ ¬ A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∨ x = A
26 25 3impa ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ x ∈ 𝒫 A → x ∈ 𝒫 A ∧ ¬ A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∨ x = A
27 17 26 syl ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ y ∈ A → x ∈ 𝒫 A ∧ ¬ A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∨ x = A
28 1 reqabi ⊢ x ∈ T ↔ x ∈ 𝒫 A ∧ ¬ A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∨ x = A
29 27 28 sylibr ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ y ∈ A → x ∈ T
30 eleq1 ⊢ x = y → x ∈ T ↔ y ∈ T
31 30 3ad2ant2 ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ y ∈ A → x ∈ T ↔ y ∈ T
32 29 31 mpbid ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ y ∈ A → y ∈ T
33 32 sbcth ⊢ y ∈ V → [˙ y / x]˙ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ y ∈ A → y ∈ T
34 9 33 ax-mp ⊢ [˙ y / x]˙ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ y ∈ A → y ∈ T
35 sbcimg ⊢ y ∈ V → [˙ y / x]˙ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ y ∈ A → y ∈ T ↔ [˙ y / x]˙ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ y ∈ A → [˙ y / x]˙ y ∈ T
36 9 35 ax-mp ⊢ [˙ y / x]˙ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ y ∈ A → y ∈ T ↔ [˙ y / x]˙ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ y ∈ A → [˙ y / x]˙ y ∈ T
37 34 36 mpbi ⊢ [˙ y / x]˙ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ y ∈ A → [˙ y / x]˙ y ∈ T
38 sbc3an ⊢ [˙ y / x]˙ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ y ∈ A ↔ [˙ y / x]˙ ¬ A ∈ Fin ∧ [˙ y / x]˙ x = y ∧ [˙ y / x]˙ y ∈ A
39 sbcg ⊢ y ∈ V → [˙ y / x]˙ ¬ A ∈ Fin ↔ ¬ A ∈ Fin
40 9 39 ax-mp ⊢ [˙ y / x]˙ ¬ A ∈ Fin ↔ ¬ A ∈ Fin
41 40 3anbi1i ⊢ [˙ y / x]˙ ¬ A ∈ Fin ∧ [˙ y / x]˙ x = y ∧ [˙ y / x]˙ y ∈ A ↔ ¬ A ∈ Fin ∧ [˙ y / x]˙ x = y ∧ [˙ y / x]˙ y ∈ A
42 eqsbc1 ⊢ y ∈ V → [˙ y / x]˙ x = y ↔ y = y
43 9 42 ax-mp ⊢ [˙ y / x]˙ x = y ↔ y = y
44 43 3anbi2i ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ [˙ y / x]˙ x = y ∧ [˙ y / x]˙ y ∈ A ↔ ¬ A ∈ Fin ∧ y = y ∧ [˙ y / x]˙ y ∈ A
45 38 41 44 3bitri ⊢ [˙ y / x]˙ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ y ∈ A ↔ ¬ A ∈ Fin ∧ y = y ∧ [˙ y / x]˙ y ∈ A
46 sbcg ⊢ y ∈ V → [˙ y / x]˙ y ∈ A ↔ y ∈ A
47 9 46 ax-mp ⊢ [˙ y / x]˙ y ∈ A ↔ y ∈ A
48 47 3anbi3i ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ y = y ∧ [˙ y / x]˙ y ∈ A ↔ ¬ A ∈ Fin ∧ y = y ∧ y ∈ A
49 45 48 bitri ⊢ [˙ y / x]˙ ¬ A ∈ Fin ∧ x = y ∧ y ∈ A ↔ ¬ A ∈ Fin ∧ y = y ∧ y ∈ A
50 sbcg ⊢ y ∈ V → [˙ y / x]˙ y ∈ T ↔ y ∈ T
51 9 50 ax-mp ⊢ [˙ y / x]˙ y ∈ T ↔ y ∈ T
52 37 49 51 3imtr3i ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ y = y ∧ y ∈ A → y ∈ T
53 8 52 mp3an2 ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ y ∈ A → y ∈ T
54 53 ex ⊢ ¬ A ∈ Fin → y ∈ A → y ∈ T
55 54 pm4.71d ⊢ ¬ A ∈ Fin → y ∈ A ↔ y ∈ A ∧ y ∈ T
56 55 anbi1d ⊢ ¬ A ∈ Fin → y ∈ A ∧ u = y ↔ y ∈ A ∧ y ∈ T ∧ u = y
57 56 exbidv ⊢ ¬ A ∈ Fin → ∃ y y ∈ A ∧ u = y ↔ ∃ y y ∈ A ∧ y ∈ T ∧ u = y
58 7 57 bitrid ⊢ ¬ A ∈ Fin → u ∈ u | ∃ y ∈ A u = y ↔ ∃ y y ∈ A ∧ y ∈ T ∧ u = y
59 anass ⊢ y ∈ A ∧ y ∈ T ∧ u = y ↔ y ∈ A ∧ y ∈ T ∧ u = y
60 59 exbii ⊢ ∃ y y ∈ A ∧ y ∈ T ∧ u = y ↔ ∃ y y ∈ A ∧ y ∈ T ∧ u = y
61 exsimpr ⊢ ∃ y y ∈ A ∧ y ∈ T ∧ u = y → ∃ y y ∈ T ∧ u = y
62 60 61 sylbi ⊢ ∃ y y ∈ A ∧ y ∈ T ∧ u = y → ∃ y y ∈ T ∧ u = y
63 58 62 biimtrdi ⊢ ¬ A ∈ Fin → u ∈ u | ∃ y ∈ A u = y → ∃ y y ∈ T ∧ u = y
64 ancom ⊢ y ∈ T ∧ u = y ↔ u = y ∧ y ∈ T
65 eleq1 ⊢ u = y → u ∈ T ↔ y ∈ T
66 65 pm5.32i ⊢ u = y ∧ u ∈ T ↔ u = y ∧ y ∈ T
67 64 66 bitr4i ⊢ y ∈ T ∧ u = y ↔ u = y ∧ u ∈ T
68 67 exbii ⊢ ∃ y y ∈ T ∧ u = y ↔ ∃ y u = y ∧ u ∈ T
69 63 68 imbitrdi ⊢ ¬ A ∈ Fin → u ∈ u | ∃ y ∈ A u = y → ∃ y u = y ∧ u ∈ T
70 exsimpr ⊢ ∃ y u = y ∧ u ∈ T → ∃ y u ∈ T
71 69 70 syl6 ⊢ ¬ A ∈ Fin → u ∈ u | ∃ y ∈ A u = y → ∃ y u ∈ T
72 ax5e ⊢ ∃ y u ∈ T → u ∈ T
73 71 72 syl6 ⊢ ¬ A ∈ Fin → u ∈ u | ∃ y ∈ A u = y → u ∈ T
74 2 3 4 73 ssrd ⊢ ¬ A ∈ Fin → u | ∃ y ∈ A u = y ⊆ T
75 eqid ⊢ u | ∃ y ∈ A u = y = u | ∃ y ∈ A u = y
76 75 dissneq ⊢ u | ∃ y ∈ A u = y ⊆ T ∧ T ∈ TopOn ⁡ A → T = 𝒫 A
77 74 76 sylan ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ T ∈ TopOn ⁡ A → T = 𝒫 A
78 nfielex ⊢ ¬ A ∈ Fin → ∃ y y ∈ A
79 78 adantr ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ T ∈ TopOn ⁡ A → ∃ y y ∈ A
80 difss ⊢ A ∖ y ⊆ A
81 elfvex ⊢ T ∈ TopOn ⁡ A → A ∈ V
82 difexg ⊢ A ∈ V → A ∖ y ∈ V
83 elpwg ⊢ A ∖ y ∈ V → A ∖ y ∈ 𝒫 A ↔ A ∖ y ⊆ A
84 81 82 83 3syl ⊢ T ∈ TopOn ⁡ A → A ∖ y ∈ 𝒫 A ↔ A ∖ y ⊆ A
85 80 84 mpbiri ⊢ T ∈ TopOn ⁡ A → A ∖ y ∈ 𝒫 A
86 85 adantl ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ T ∈ TopOn ⁡ A → A ∖ y ∈ 𝒫 A
87 difinf ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ y ∈ Fin → ¬ A ∖ y ∈ Fin
88 18 87 mpan2 ⊢ ¬ A ∈ Fin → ¬ A ∖ y ∈ Fin
89 0fi ⊢ ∅ ∈ Fin
90 eleq1 ⊢ A ∖ y = ∅ → A ∖ y ∈ Fin ↔ ∅ ∈ Fin
91 89 90 mpbiri ⊢ A ∖ y = ∅ → A ∖ y ∈ Fin
92 88 91 nsyl ⊢ ¬ A ∈ Fin → ¬ A ∖ y = ∅
93 92 ad2antrl ⊢ y ∈ A ∧ ¬ A ∈ Fin ∧ T ∈ TopOn ⁡ A → ¬ A ∖ y = ∅
94 vsnid ⊢ y ∈ y
95 inelcm ⊢ y ∈ A ∧ y ∈ y → A ∩ y ≠ ∅
96 94 95 mpan2 ⊢ y ∈ A → A ∩ y ≠ ∅
97 disj4 ⊢ A ∩ y = ∅ ↔ ¬ A ∖ y ⊂ A
98 97 necon2abii ⊢ A ∖ y ⊂ A ↔ A ∩ y ≠ ∅
99 96 98 sylibr ⊢ y ∈ A → A ∖ y ⊂ A
100 99 pssned ⊢ y ∈ A → A ∖ y ≠ A
101 100 adantr ⊢ y ∈ A ∧ ¬ A ∈ Fin ∧ T ∈ TopOn ⁡ A → A ∖ y ≠ A
102 101 neneqd ⊢ y ∈ A ∧ ¬ A ∈ Fin ∧ T ∈ TopOn ⁡ A → ¬ A ∖ y = A
103 93 102 jca ⊢ y ∈ A ∧ ¬ A ∈ Fin ∧ T ∈ TopOn ⁡ A → ¬ A ∖ y = ∅ ∧ ¬ A ∖ y = A
104 pm4.56 ⊢ ¬ A ∖ y = ∅ ∧ ¬ A ∖ y = A ↔ ¬ A ∖ y = ∅ ∨ A ∖ y = A
105 103 104 sylib ⊢ y ∈ A ∧ ¬ A ∈ Fin ∧ T ∈ TopOn ⁡ A → ¬ A ∖ y = ∅ ∨ A ∖ y = A
106 difeq2 ⊢ x = A ∖ y → A ∖ x = A ∖ A ∖ y
107 106 eleq1d ⊢ x = A ∖ y → A ∖ x ∈ Fin ↔ A ∖ A ∖ y ∈ Fin
108 107 notbid ⊢ x = A ∖ y → ¬ A ∖ x ∈ Fin ↔ ¬ A ∖ A ∖ y ∈ Fin
109 eqeq1 ⊢ x = A ∖ y → x = ∅ ↔ A ∖ y = ∅
110 eqeq1 ⊢ x = A ∖ y → x = A ↔ A ∖ y = A
111 109 110 orbi12d ⊢ x = A ∖ y → x = ∅ ∨ x = A ↔ A ∖ y = ∅ ∨ A ∖ y = A
112 108 111 orbi12d ⊢ x = A ∖ y → ¬ A ∖ x ∈ Fin ∨ x = ∅ ∨ x = A ↔ ¬ A ∖ A ∖ y ∈ Fin ∨ A ∖ y = ∅ ∨ A ∖ y = A
113 112 1 elrab2 ⊢ A ∖ y ∈ T ↔ A ∖ y ∈ 𝒫 A ∧ ¬ A ∖ A ∖ y ∈ Fin ∨ A ∖ y = ∅ ∨ A ∖ y = A
114 85 biantrurd ⊢ T ∈ TopOn ⁡ A → ¬ A ∖ A ∖ y ∈ Fin ∨ A ∖ y = ∅ ∨ A ∖ y = A ↔ A ∖ y ∈ 𝒫 A ∧ ¬ A ∖ A ∖ y ∈ Fin ∨ A ∖ y = ∅ ∨ A ∖ y = A
115 113 114 bitr4id ⊢ T ∈ TopOn ⁡ A → A ∖ y ∈ T ↔ ¬ A ∖ A ∖ y ∈ Fin ∨ A ∖ y = ∅ ∨ A ∖ y = A
116 dfin4 ⊢ A ∩ y = A ∖ A ∖ y
117 inss2 ⊢ A ∩ y ⊆ y
118 ssfi ⊢ y ∈ Fin ∧ A ∩ y ⊆ y → A ∩ y ∈ Fin
119 18 117 118 mp2an ⊢ A ∩ y ∈ Fin
120 116 119 eqeltrri ⊢ A ∖ A ∖ y ∈ Fin
121 biortn ⊢ A ∖ A ∖ y ∈ Fin → A ∖ y = ∅ ∨ A ∖ y = A ↔ ¬ A ∖ A ∖ y ∈ Fin ∨ A ∖ y = ∅ ∨ A ∖ y = A
122 120 121 ax-mp ⊢ A ∖ y = ∅ ∨ A ∖ y = A ↔ ¬ A ∖ A ∖ y ∈ Fin ∨ A ∖ y = ∅ ∨ A ∖ y = A
123 115 122 bitr4di ⊢ T ∈ TopOn ⁡ A → A ∖ y ∈ T ↔ A ∖ y = ∅ ∨ A ∖ y = A
124 123 ad2antll ⊢ y ∈ A ∧ ¬ A ∈ Fin ∧ T ∈ TopOn ⁡ A → A ∖ y ∈ T ↔ A ∖ y = ∅ ∨ A ∖ y = A
125 105 124 mtbird ⊢ y ∈ A ∧ ¬ A ∈ Fin ∧ T ∈ TopOn ⁡ A → ¬ A ∖ y ∈ T
126 125 expcom ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ T ∈ TopOn ⁡ A → y ∈ A → ¬ A ∖ y ∈ T
127 nelneq2 ⊢ A ∖ y ∈ 𝒫 A ∧ ¬ A ∖ y ∈ T → ¬ 𝒫 A = T
128 eqcom ⊢ T = 𝒫 A ↔ 𝒫 A = T
129 127 128 sylnibr ⊢ A ∖ y ∈ 𝒫 A ∧ ¬ A ∖ y ∈ T → ¬ T = 𝒫 A
130 86 126 129 syl6an ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ T ∈ TopOn ⁡ A → y ∈ A → ¬ T = 𝒫 A
131 79 130 exellimddv ⊢ ¬ A ∈ Fin ∧ T ∈ TopOn ⁡ A → ¬ T = 𝒫 A
132 77 131 pm2.65da ⊢ ¬ A ∈ Fin → ¬ T ∈ TopOn ⁡ A
133 132 con4i ⊢ T ∈ TopOn ⁡ A → A ∈ Fin