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Theorem txbas

Description: The set of Cartesian products of elements from two topological bases is a basis. (Contributed by Jeff Madsen, 2-Sep-2009) (Revised by Mario Carneiro, 31-Aug-2015)

Ref Expression
Hypothesis txval.1 ⊢ B = ran ⁡ x ∈ R , y ∈ S ⟼ x × y
Assertion txbas ⊢ R ∈ TopBases ∧ S ∈ TopBases → B ∈ TopBases

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 txval.1 ⊢ B = ran ⁡ x ∈ R , y ∈ S ⟼ x × y
2 xpeq1 ⊢ x = a → x × y = a × y
3 xpeq2 ⊢ y = b → a × y = a × b
4 2 3 cbvmpov ⊢ x ∈ R , y ∈ S ⟼ x × y = a ∈ R , b ∈ S ⟼ a × b
5 4 rnmpo ⊢ ran ⁡ x ∈ R , y ∈ S ⟼ x × y = u | ∃ a ∈ R ∃ b ∈ S u = a × b
6 1 5 eqtri ⊢ B = u | ∃ a ∈ R ∃ b ∈ S u = a × b
7 6 eqabri ⊢ u ∈ B ↔ ∃ a ∈ R ∃ b ∈ S u = a × b
8 xpeq1 ⊢ x = c → x × y = c × y
9 xpeq2 ⊢ y = d → c × y = c × d
10 8 9 cbvmpov ⊢ x ∈ R , y ∈ S ⟼ x × y = c ∈ R , d ∈ S ⟼ c × d
11 10 rnmpo ⊢ ran ⁡ x ∈ R , y ∈ S ⟼ x × y = v | ∃ c ∈ R ∃ d ∈ S v = c × d
12 1 11 eqtri ⊢ B = v | ∃ c ∈ R ∃ d ∈ S v = c × d
13 12 eqabri ⊢ v ∈ B ↔ ∃ c ∈ R ∃ d ∈ S v = c × d
14 7 13 anbi12i ⊢ u ∈ B ∧ v ∈ B ↔ ∃ a ∈ R ∃ b ∈ S u = a × b ∧ ∃ c ∈ R ∃ d ∈ S v = c × d
15 reeanv ⊢ ∃ a ∈ R ∃ c ∈ R ∃ b ∈ S u = a × b ∧ ∃ d ∈ S v = c × d ↔ ∃ a ∈ R ∃ b ∈ S u = a × b ∧ ∃ c ∈ R ∃ d ∈ S v = c × d
16 14 15 bitr4i ⊢ u ∈ B ∧ v ∈ B ↔ ∃ a ∈ R ∃ c ∈ R ∃ b ∈ S u = a × b ∧ ∃ d ∈ S v = c × d
17 reeanv ⊢ ∃ b ∈ S ∃ d ∈ S u = a × b ∧ v = c × d ↔ ∃ b ∈ S u = a × b ∧ ∃ d ∈ S v = c × d
18 basis2 ⊢ R ∈ TopBases ∧ a ∈ R ∧ c ∈ R ∧ u ∈ a ∩ c → ∃ x ∈ R u ∈ x ∧ x ⊆ a ∩ c
19 18 exp43 ⊢ R ∈ TopBases → a ∈ R → c ∈ R → u ∈ a ∩ c → ∃ x ∈ R u ∈ x ∧ x ⊆ a ∩ c
20 19 imp42 ⊢ R ∈ TopBases ∧ a ∈ R ∧ c ∈ R ∧ u ∈ a ∩ c → ∃ x ∈ R u ∈ x ∧ x ⊆ a ∩ c
21 basis2 ⊢ S ∈ TopBases ∧ b ∈ S ∧ d ∈ S ∧ v ∈ b ∩ d → ∃ y ∈ S v ∈ y ∧ y ⊆ b ∩ d
22 21 exp43 ⊢ S ∈ TopBases → b ∈ S → d ∈ S → v ∈ b ∩ d → ∃ y ∈ S v ∈ y ∧ y ⊆ b ∩ d
23 22 imp42 ⊢ S ∈ TopBases ∧ b ∈ S ∧ d ∈ S ∧ v ∈ b ∩ d → ∃ y ∈ S v ∈ y ∧ y ⊆ b ∩ d
24 reeanv ⊢ ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S u ∈ x ∧ x ⊆ a ∩ c ∧ v ∈ y ∧ y ⊆ b ∩ d ↔ ∃ x ∈ R u ∈ x ∧ x ⊆ a ∩ c ∧ ∃ y ∈ S v ∈ y ∧ y ⊆ b ∩ d
25 opelxpi ⊢ u ∈ x ∧ v ∈ y → u v ∈ x × y
26 xpss12 ⊢ x ⊆ a ∩ c ∧ y ⊆ b ∩ d → x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d
27 25 26 anim12i ⊢ u ∈ x ∧ v ∈ y ∧ x ⊆ a ∩ c ∧ y ⊆ b ∩ d → u v ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d
28 27 an4s ⊢ u ∈ x ∧ x ⊆ a ∩ c ∧ v ∈ y ∧ y ⊆ b ∩ d → u v ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d
29 28 reximi ⊢ ∃ y ∈ S u ∈ x ∧ x ⊆ a ∩ c ∧ v ∈ y ∧ y ⊆ b ∩ d → ∃ y ∈ S u v ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d
30 29 reximi ⊢ ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S u ∈ x ∧ x ⊆ a ∩ c ∧ v ∈ y ∧ y ⊆ b ∩ d → ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S u v ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d
31 24 30 sylbir ⊢ ∃ x ∈ R u ∈ x ∧ x ⊆ a ∩ c ∧ ∃ y ∈ S v ∈ y ∧ y ⊆ b ∩ d → ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S u v ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d
32 20 23 31 syl2an ⊢ R ∈ TopBases ∧ a ∈ R ∧ c ∈ R ∧ u ∈ a ∩ c ∧ S ∈ TopBases ∧ b ∈ S ∧ d ∈ S ∧ v ∈ b ∩ d → ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S u v ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d
33 32 an4s ⊢ R ∈ TopBases ∧ a ∈ R ∧ c ∈ R ∧ S ∈ TopBases ∧ b ∈ S ∧ d ∈ S ∧ u ∈ a ∩ c ∧ v ∈ b ∩ d → ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S u v ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d
34 33 ralrimivva ⊢ R ∈ TopBases ∧ a ∈ R ∧ c ∈ R ∧ S ∈ TopBases ∧ b ∈ S ∧ d ∈ S → ∀ u ∈ a ∩ c ∀ v ∈ b ∩ d ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S u v ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d
35 eleq1 ⊢ p = u v → p ∈ x × y ↔ u v ∈ x × y
36 35 anbi1d ⊢ p = u v → p ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d ↔ u v ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d
37 36 2rexbidv ⊢ p = u v → ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S p ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d ↔ ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S u v ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d
38 37 ralxp ⊢ ∀ p ∈ a ∩ c × b ∩ d ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S p ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d ↔ ∀ u ∈ a ∩ c ∀ v ∈ b ∩ d ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S u v ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d
39 34 38 sylibr ⊢ R ∈ TopBases ∧ a ∈ R ∧ c ∈ R ∧ S ∈ TopBases ∧ b ∈ S ∧ d ∈ S → ∀ p ∈ a ∩ c × b ∩ d ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S p ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d
40 39 an4s ⊢ R ∈ TopBases ∧ S ∈ TopBases ∧ a ∈ R ∧ c ∈ R ∧ b ∈ S ∧ d ∈ S → ∀ p ∈ a ∩ c × b ∩ d ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S p ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d
41 40 anassrs ⊢ R ∈ TopBases ∧ S ∈ TopBases ∧ a ∈ R ∧ c ∈ R ∧ b ∈ S ∧ d ∈ S → ∀ p ∈ a ∩ c × b ∩ d ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S p ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d
42 ineq12 ⊢ u = a × b ∧ v = c × d → u ∩ v = a × b ∩ c × d
43 inxp ⊢ a × b ∩ c × d = a ∩ c × b ∩ d
44 42 43 eqtrdi ⊢ u = a × b ∧ v = c × d → u ∩ v = a ∩ c × b ∩ d
45 44 sseq2d ⊢ u = a × b ∧ v = c × d → t ⊆ u ∩ v ↔ t ⊆ a ∩ c × b ∩ d
46 45 anbi2d ⊢ u = a × b ∧ v = c × d → p ∈ t ∧ t ⊆ u ∩ v ↔ p ∈ t ∧ t ⊆ a ∩ c × b ∩ d
47 46 rexbidv ⊢ u = a × b ∧ v = c × d → ∃ t ∈ B p ∈ t ∧ t ⊆ u ∩ v ↔ ∃ t ∈ B p ∈ t ∧ t ⊆ a ∩ c × b ∩ d
48 1 rexeqi ⊢ ∃ t ∈ B p ∈ t ∧ t ⊆ a ∩ c × b ∩ d ↔ ∃ t ∈ ran ⁡ x ∈ R , y ∈ S ⟼ x × y p ∈ t ∧ t ⊆ a ∩ c × b ∩ d
49 fvex ⊢ 1 st ⁡ z ∈ V
50 fvex ⊢ 2 nd ⁡ z ∈ V
51 49 50 xpex ⊢ 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z ∈ V
52 51 rgenw ⊢ ∀ z ∈ R × S 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z ∈ V
53 vex ⊢ x ∈ V
54 vex ⊢ y ∈ V
55 53 54 op1std ⊢ z = x y → 1 st ⁡ z = x
56 53 54 op2ndd ⊢ z = x y → 2 nd ⁡ z = y
57 55 56 xpeq12d ⊢ z = x y → 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z = x × y
58 57 mpompt ⊢ z ∈ R × S ⟼ 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z = x ∈ R , y ∈ S ⟼ x × y
59 58 eqcomi ⊢ x ∈ R , y ∈ S ⟼ x × y = z ∈ R × S ⟼ 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z
60 eleq2 ⊢ t = 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z → p ∈ t ↔ p ∈ 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z
61 sseq1 ⊢ t = 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z → t ⊆ a ∩ c × b ∩ d ↔ 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z ⊆ a ∩ c × b ∩ d
62 60 61 anbi12d ⊢ t = 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z → p ∈ t ∧ t ⊆ a ∩ c × b ∩ d ↔ p ∈ 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z ∧ 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z ⊆ a ∩ c × b ∩ d
63 59 62 rexrnmptw ⊢ ∀ z ∈ R × S 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z ∈ V → ∃ t ∈ ran ⁡ x ∈ R , y ∈ S ⟼ x × y p ∈ t ∧ t ⊆ a ∩ c × b ∩ d ↔ ∃ z ∈ R × S p ∈ 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z ∧ 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z ⊆ a ∩ c × b ∩ d
64 52 63 ax-mp ⊢ ∃ t ∈ ran ⁡ x ∈ R , y ∈ S ⟼ x × y p ∈ t ∧ t ⊆ a ∩ c × b ∩ d ↔ ∃ z ∈ R × S p ∈ 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z ∧ 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z ⊆ a ∩ c × b ∩ d
65 57 eleq2d ⊢ z = x y → p ∈ 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z ↔ p ∈ x × y
66 57 sseq1d ⊢ z = x y → 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z ⊆ a ∩ c × b ∩ d ↔ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d
67 65 66 anbi12d ⊢ z = x y → p ∈ 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z ∧ 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z ⊆ a ∩ c × b ∩ d ↔ p ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d
68 67 rexxp ⊢ ∃ z ∈ R × S p ∈ 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z ∧ 1 st ⁡ z × 2 nd ⁡ z ⊆ a ∩ c × b ∩ d ↔ ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S p ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d
69 48 64 68 3bitri ⊢ ∃ t ∈ B p ∈ t ∧ t ⊆ a ∩ c × b ∩ d ↔ ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S p ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d
70 47 69 bitrdi ⊢ u = a × b ∧ v = c × d → ∃ t ∈ B p ∈ t ∧ t ⊆ u ∩ v ↔ ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S p ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d
71 44 70 raleqbidv ⊢ u = a × b ∧ v = c × d → ∀ p ∈ u ∩ v ∃ t ∈ B p ∈ t ∧ t ⊆ u ∩ v ↔ ∀ p ∈ a ∩ c × b ∩ d ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S p ∈ x × y ∧ x × y ⊆ a ∩ c × b ∩ d
72 41 71 syl5ibrcom ⊢ R ∈ TopBases ∧ S ∈ TopBases ∧ a ∈ R ∧ c ∈ R ∧ b ∈ S ∧ d ∈ S → u = a × b ∧ v = c × d → ∀ p ∈ u ∩ v ∃ t ∈ B p ∈ t ∧ t ⊆ u ∩ v
73 72 rexlimdvva ⊢ R ∈ TopBases ∧ S ∈ TopBases ∧ a ∈ R ∧ c ∈ R → ∃ b ∈ S ∃ d ∈ S u = a × b ∧ v = c × d → ∀ p ∈ u ∩ v ∃ t ∈ B p ∈ t ∧ t ⊆ u ∩ v
74 17 73 biimtrrid ⊢ R ∈ TopBases ∧ S ∈ TopBases ∧ a ∈ R ∧ c ∈ R → ∃ b ∈ S u = a × b ∧ ∃ d ∈ S v = c × d → ∀ p ∈ u ∩ v ∃ t ∈ B p ∈ t ∧ t ⊆ u ∩ v
75 74 rexlimdvva ⊢ R ∈ TopBases ∧ S ∈ TopBases → ∃ a ∈ R ∃ c ∈ R ∃ b ∈ S u = a × b ∧ ∃ d ∈ S v = c × d → ∀ p ∈ u ∩ v ∃ t ∈ B p ∈ t ∧ t ⊆ u ∩ v
76 16 75 biimtrid ⊢ R ∈ TopBases ∧ S ∈ TopBases → u ∈ B ∧ v ∈ B → ∀ p ∈ u ∩ v ∃ t ∈ B p ∈ t ∧ t ⊆ u ∩ v
77 76 ralrimivv ⊢ R ∈ TopBases ∧ S ∈ TopBases → ∀ u ∈ B ∀ v ∈ B ∀ p ∈ u ∩ v ∃ t ∈ B p ∈ t ∧ t ⊆ u ∩ v
78 1 txbasex ⊢ R ∈ TopBases ∧ S ∈ TopBases → B ∈ V
79 isbasis2g ⊢ B ∈ V → B ∈ TopBases ↔ ∀ u ∈ B ∀ v ∈ B ∀ p ∈ u ∩ v ∃ t ∈ B p ∈ t ∧ t ⊆ u ∩ v
80 78 79 syl ⊢ R ∈ TopBases ∧ S ∈ TopBases → B ∈ TopBases ↔ ∀ u ∈ B ∀ v ∈ B ∀ p ∈ u ∩ v ∃ t ∈ B p ∈ t ∧ t ⊆ u ∩ v
81 77 80 mpbird ⊢ R ∈ TopBases ∧ S ∈ TopBases → B ∈ TopBases