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Theorem tsmsgsum

Description: The convergent points of a finite topological group sum are the closure of the finite group sum operation. (Contributed by Mario Carneiro, 19-Sep-2015) (Revised by AV, 24-Jul-2019)

Ref Expression
Hypotheses tsmsid.b ⊢ B = Base G
tsmsid.z ⊢ 0 ˙ = 0 G
tsmsid.1 ⊢ φ → G ∈ CMnd
tsmsid.2 ⊢ φ → G ∈ TopSp
tsmsid.a ⊢ φ → A ∈ V
tsmsid.f ⊢ φ → F : A ⟶ B
tsmsid.w ⊢ φ → finSupp 0 ˙⁡ F
tsmsgsum.j ⊢ J = TopOpen ⁡ G
Assertion tsmsgsum ⊢ φ → G tsums F = cls ⁡ J ⁡ ∑ G F

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 tsmsid.b ⊢ B = Base G
2 tsmsid.z ⊢ 0 ˙ = 0 G
3 tsmsid.1 ⊢ φ → G ∈ CMnd
4 tsmsid.2 ⊢ φ → G ∈ TopSp
5 tsmsid.a ⊢ φ → A ∈ V
6 tsmsid.f ⊢ φ → F : A ⟶ B
7 tsmsid.w ⊢ φ → finSupp 0 ˙⁡ F
8 tsmsgsum.j ⊢ J = TopOpen ⁡ G
9 1 8 istps ⊢ G ∈ TopSp ↔ J ∈ TopOn ⁡ B
10 4 9 sylib ⊢ φ → J ∈ TopOn ⁡ B
11 toponuni ⊢ J ∈ TopOn ⁡ B → B = ⋃ J
12 10 11 syl ⊢ φ → B = ⋃ J
13 12 eleq2d ⊢ φ → x ∈ B ↔ x ∈ ⋃ J
14 elfpw ⊢ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ↔ y ⊆ A ∧ y ∈ Fin
15 14 simplbi ⊢ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin → y ⊆ A
16 15 adantl ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin → y ⊆ A
17 suppssdm ⊢ F supp 0 ˙ ⊆ dom ⁡ F
18 17 6 fssdm ⊢ φ → F supp 0 ˙ ⊆ A
19 18 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin → F supp 0 ˙ ⊆ A
20 16 19 unssd ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin → y ∪ supp 0 ˙⁡ F ⊆ A
21 elinel2 ⊢ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin → y ∈ Fin
22 21 adantl ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin → y ∈ Fin
23 7 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin → finSupp 0 ˙⁡ F
24 23 fsuppimpd ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin → F supp 0 ˙ ∈ Fin
25 unfi ⊢ y ∈ Fin ∧ F supp 0 ˙ ∈ Fin → y ∪ supp 0 ˙⁡ F ∈ Fin
26 22 24 25 syl2anc ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin → y ∪ supp 0 ˙⁡ F ∈ Fin
27 elfpw ⊢ y ∪ supp 0 ˙⁡ F ∈ 𝒫 A ∩ Fin ↔ y ∪ supp 0 ˙⁡ F ⊆ A ∧ y ∪ supp 0 ˙⁡ F ∈ Fin
28 20 26 27 sylanbrc ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin → y ∪ supp 0 ˙⁡ F ∈ 𝒫 A ∩ Fin
29 ssun1 ⊢ y ⊆ y ∪ supp 0 ˙⁡ F
30 id ⊢ z = y ∪ supp 0 ˙⁡ F → z = y ∪ supp 0 ˙⁡ F
31 29 30 sseqtrrid ⊢ z = y ∪ supp 0 ˙⁡ F → y ⊆ z
32 pm5.5 ⊢ y ⊆ z → y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ ∑ G F ↾ z ∈ u
33 31 32 syl ⊢ z = y ∪ supp 0 ˙⁡ F → y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ ∑ G F ↾ z ∈ u
34 reseq2 ⊢ z = y ∪ supp 0 ˙⁡ F → F ↾ z = F ↾ y ∪ supp 0 ˙⁡ F
35 34 oveq2d ⊢ z = y ∪ supp 0 ˙⁡ F → ∑ G F ↾ z = ∑ G F ↾ y ∪ supp 0 ˙⁡ F
36 35 eleq1d ⊢ z = y ∪ supp 0 ˙⁡ F → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ ∑ G F ↾ y ∪ supp 0 ˙⁡ F ∈ u
37 33 36 bitrd ⊢ z = y ∪ supp 0 ˙⁡ F → y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ ∑ G F ↾ y ∪ supp 0 ˙⁡ F ∈ u
38 37 rspcv ⊢ y ∪ supp 0 ˙⁡ F ∈ 𝒫 A ∩ Fin → ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u → ∑ G F ↾ y ∪ supp 0 ˙⁡ F ∈ u
39 28 38 syl ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin → ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u → ∑ G F ↾ y ∪ supp 0 ˙⁡ F ∈ u
40 3 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin → G ∈ CMnd
41 5 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin → A ∈ V
42 6 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin → F : A ⟶ B
43 ssun2 ⊢ F supp 0 ˙ ⊆ y ∪ supp 0 ˙⁡ F
44 43 a1i ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin → F supp 0 ˙ ⊆ y ∪ supp 0 ˙⁡ F
45 1 2 40 41 42 44 23 gsumres ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin → ∑ G F ↾ y ∪ supp 0 ˙⁡ F = ∑ G F
46 45 eleq1d ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin → ∑ G F ↾ y ∪ supp 0 ˙⁡ F ∈ u ↔ ∑ G F ∈ u
47 39 46 sylibd ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin → ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u → ∑ G F ∈ u
48 47 rexlimdva ⊢ φ ∧ u ∈ J → ∃ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u → ∑ G F ∈ u
49 7 fsuppimpd ⊢ φ → F supp 0 ˙ ∈ Fin
50 elfpw ⊢ F supp 0 ˙ ∈ 𝒫 A ∩ Fin ↔ F supp 0 ˙ ⊆ A ∧ F supp 0 ˙ ∈ Fin
51 18 49 50 sylanbrc ⊢ φ → F supp 0 ˙ ∈ 𝒫 A ∩ Fin
52 3 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ ∑ G F ∈ u ∧ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∧ F supp 0 ˙ ⊆ z → G ∈ CMnd
53 5 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ ∑ G F ∈ u ∧ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∧ F supp 0 ˙ ⊆ z → A ∈ V
54 6 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ ∑ G F ∈ u ∧ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∧ F supp 0 ˙ ⊆ z → F : A ⟶ B
55 simprr ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ ∑ G F ∈ u ∧ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∧ F supp 0 ˙ ⊆ z → F supp 0 ˙ ⊆ z
56 7 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ ∑ G F ∈ u ∧ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∧ F supp 0 ˙ ⊆ z → finSupp 0 ˙⁡ F
57 1 2 52 53 54 55 56 gsumres ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ ∑ G F ∈ u ∧ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∧ F supp 0 ˙ ⊆ z → ∑ G F ↾ z = ∑ G F
58 simplrr ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ ∑ G F ∈ u ∧ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∧ F supp 0 ˙ ⊆ z → ∑ G F ∈ u
59 57 58 eqeltrd ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ ∑ G F ∈ u ∧ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∧ F supp 0 ˙ ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u
60 59 expr ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ ∑ G F ∈ u ∧ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin → F supp 0 ˙ ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u
61 60 ralrimiva ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ ∑ G F ∈ u → ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin F supp 0 ˙ ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u
62 sseq1 ⊢ y = F supp 0 ˙ → y ⊆ z ↔ F supp 0 ˙ ⊆ z
63 62 rspceaimv ⊢ F supp 0 ˙ ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∧ ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin F supp 0 ˙ ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u → ∃ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u
64 51 61 63 syl2an2r ⊢ φ ∧ u ∈ J ∧ ∑ G F ∈ u → ∃ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u
65 64 expr ⊢ φ ∧ u ∈ J → ∑ G F ∈ u → ∃ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u
66 48 65 impbid ⊢ φ ∧ u ∈ J → ∃ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ ∑ G F ∈ u
67 disjsn ⊢ u ∩ ∑ G F = ∅ ↔ ¬ ∑ G F ∈ u
68 67 necon2abii ⊢ ∑ G F ∈ u ↔ u ∩ ∑ G F ≠ ∅
69 66 68 bitrdi ⊢ φ ∧ u ∈ J → ∃ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ u ∩ ∑ G F ≠ ∅
70 69 imbi2d ⊢ φ ∧ u ∈ J → x ∈ u → ∃ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ x ∈ u → u ∩ ∑ G F ≠ ∅
71 70 ralbidva ⊢ φ → ∀ u ∈ J x ∈ u → ∃ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ ∀ u ∈ J x ∈ u → u ∩ ∑ G F ≠ ∅
72 13 71 anbi12d ⊢ φ → x ∈ B ∧ ∀ u ∈ J x ∈ u → ∃ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ x ∈ ⋃ J ∧ ∀ u ∈ J x ∈ u → u ∩ ∑ G F ≠ ∅
73 eqid ⊢ 𝒫 A ∩ Fin = 𝒫 A ∩ Fin
74 1 8 73 3 4 5 6 eltsms ⊢ φ → x ∈ G tsums F ↔ x ∈ B ∧ ∀ u ∈ J x ∈ u → ∃ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u
75 topontop ⊢ J ∈ TopOn ⁡ B → J ∈ Top
76 10 75 syl ⊢ φ → J ∈ Top
77 1 2 3 5 6 7 gsumcl ⊢ φ → ∑ G F ∈ B
78 77 snssd ⊢ φ → ∑ G F ⊆ B
79 78 12 sseqtrd ⊢ φ → ∑ G F ⊆ ⋃ J
80 eqid ⊢ ⋃ J = ⋃ J
81 80 elcls2 ⊢ J ∈ Top ∧ ∑ G F ⊆ ⋃ J → x ∈ cls ⁡ J ⁡ ∑ G F ↔ x ∈ ⋃ J ∧ ∀ u ∈ J x ∈ u → u ∩ ∑ G F ≠ ∅
82 76 79 81 syl2anc ⊢ φ → x ∈ cls ⁡ J ⁡ ∑ G F ↔ x ∈ ⋃ J ∧ ∀ u ∈ J x ∈ u → u ∩ ∑ G F ≠ ∅
83 72 74 82 3bitr4d ⊢ φ → x ∈ G tsums F ↔ x ∈ cls ⁡ J ⁡ ∑ G F
84 83 eqrdv ⊢ φ → G tsums F = cls ⁡ J ⁡ ∑ G F