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Theorem txcmpb

Description: The topological product of two nonempty topologies is compact iff the component topologies are both compact. (Contributed by Mario Carneiro, 14-Sep-2014)

Ref Expression
Hypotheses txcmpb.1 ⊢ X = ⋃ R
txcmpb.2 ⊢ Y = ⋃ S
Assertion txcmpb ⊢ R ∈ Top ∧ S ∈ Top ∧ X ≠ ∅ ∧ Y ≠ ∅ → R × t S ∈ Comp ↔ R ∈ Comp ∧ S ∈ Comp

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 txcmpb.1 ⊢ X = ⋃ R
2 txcmpb.2 ⊢ Y = ⋃ S
3 simpr ⊢ R ∈ Top ∧ S ∈ Top ∧ X ≠ ∅ ∧ Y ≠ ∅ ∧ R × t S ∈ Comp → R × t S ∈ Comp
4 simplrr ⊢ R ∈ Top ∧ S ∈ Top ∧ X ≠ ∅ ∧ Y ≠ ∅ ∧ R × t S ∈ Comp → Y ≠ ∅
5 fo1stres ⊢ Y ≠ ∅ → 1 st ↾ X × Y : X × Y ⟶ onto X
6 4 5 syl ⊢ R ∈ Top ∧ S ∈ Top ∧ X ≠ ∅ ∧ Y ≠ ∅ ∧ R × t S ∈ Comp → 1 st ↾ X × Y : X × Y ⟶ onto X
7 1 2 txuni ⊢ R ∈ Top ∧ S ∈ Top → X × Y = ⋃ R × t S
8 7 ad2antrr ⊢ R ∈ Top ∧ S ∈ Top ∧ X ≠ ∅ ∧ Y ≠ ∅ ∧ R × t S ∈ Comp → X × Y = ⋃ R × t S
9 foeq2 ⊢ X × Y = ⋃ R × t S → 1 st ↾ X × Y : X × Y ⟶ onto X ↔ 1 st ↾ X × Y : ⋃ R × t S ⟶ onto X
10 8 9 syl ⊢ R ∈ Top ∧ S ∈ Top ∧ X ≠ ∅ ∧ Y ≠ ∅ ∧ R × t S ∈ Comp → 1 st ↾ X × Y : X × Y ⟶ onto X ↔ 1 st ↾ X × Y : ⋃ R × t S ⟶ onto X
11 6 10 mpbid ⊢ R ∈ Top ∧ S ∈ Top ∧ X ≠ ∅ ∧ Y ≠ ∅ ∧ R × t S ∈ Comp → 1 st ↾ X × Y : ⋃ R × t S ⟶ onto X
12 1 toptopon ⊢ R ∈ Top ↔ R ∈ TopOn ⁡ X
13 2 toptopon ⊢ S ∈ Top ↔ S ∈ TopOn ⁡ Y
14 tx1cn ⊢ R ∈ TopOn ⁡ X ∧ S ∈ TopOn ⁡ Y → 1 st ↾ X × Y ∈ R × t S Cn R
15 12 13 14 syl2anb ⊢ R ∈ Top ∧ S ∈ Top → 1 st ↾ X × Y ∈ R × t S Cn R
16 15 ad2antrr ⊢ R ∈ Top ∧ S ∈ Top ∧ X ≠ ∅ ∧ Y ≠ ∅ ∧ R × t S ∈ Comp → 1 st ↾ X × Y ∈ R × t S Cn R
17 1 cncmp ⊢ R × t S ∈ Comp ∧ 1 st ↾ X × Y : ⋃ R × t S ⟶ onto X ∧ 1 st ↾ X × Y ∈ R × t S Cn R → R ∈ Comp
18 3 11 16 17 syl3anc ⊢ R ∈ Top ∧ S ∈ Top ∧ X ≠ ∅ ∧ Y ≠ ∅ ∧ R × t S ∈ Comp → R ∈ Comp
19 simplrl ⊢ R ∈ Top ∧ S ∈ Top ∧ X ≠ ∅ ∧ Y ≠ ∅ ∧ R × t S ∈ Comp → X ≠ ∅
20 fo2ndres ⊢ X ≠ ∅ → 2 nd ↾ X × Y : X × Y ⟶ onto Y
21 19 20 syl ⊢ R ∈ Top ∧ S ∈ Top ∧ X ≠ ∅ ∧ Y ≠ ∅ ∧ R × t S ∈ Comp → 2 nd ↾ X × Y : X × Y ⟶ onto Y
22 foeq2 ⊢ X × Y = ⋃ R × t S → 2 nd ↾ X × Y : X × Y ⟶ onto Y ↔ 2 nd ↾ X × Y : ⋃ R × t S ⟶ onto Y
23 8 22 syl ⊢ R ∈ Top ∧ S ∈ Top ∧ X ≠ ∅ ∧ Y ≠ ∅ ∧ R × t S ∈ Comp → 2 nd ↾ X × Y : X × Y ⟶ onto Y ↔ 2 nd ↾ X × Y : ⋃ R × t S ⟶ onto Y
24 21 23 mpbid ⊢ R ∈ Top ∧ S ∈ Top ∧ X ≠ ∅ ∧ Y ≠ ∅ ∧ R × t S ∈ Comp → 2 nd ↾ X × Y : ⋃ R × t S ⟶ onto Y
25 tx2cn ⊢ R ∈ TopOn ⁡ X ∧ S ∈ TopOn ⁡ Y → 2 nd ↾ X × Y ∈ R × t S Cn S
26 12 13 25 syl2anb ⊢ R ∈ Top ∧ S ∈ Top → 2 nd ↾ X × Y ∈ R × t S Cn S
27 26 ad2antrr ⊢ R ∈ Top ∧ S ∈ Top ∧ X ≠ ∅ ∧ Y ≠ ∅ ∧ R × t S ∈ Comp → 2 nd ↾ X × Y ∈ R × t S Cn S
28 2 cncmp ⊢ R × t S ∈ Comp ∧ 2 nd ↾ X × Y : ⋃ R × t S ⟶ onto Y ∧ 2 nd ↾ X × Y ∈ R × t S Cn S → S ∈ Comp
29 3 24 27 28 syl3anc ⊢ R ∈ Top ∧ S ∈ Top ∧ X ≠ ∅ ∧ Y ≠ ∅ ∧ R × t S ∈ Comp → S ∈ Comp
30 18 29 jca ⊢ R ∈ Top ∧ S ∈ Top ∧ X ≠ ∅ ∧ Y ≠ ∅ ∧ R × t S ∈ Comp → R ∈ Comp ∧ S ∈ Comp
31 30 ex ⊢ R ∈ Top ∧ S ∈ Top ∧ X ≠ ∅ ∧ Y ≠ ∅ → R × t S ∈ Comp → R ∈ Comp ∧ S ∈ Comp
32 txcmp ⊢ R ∈ Comp ∧ S ∈ Comp → R × t S ∈ Comp
33 31 32 impbid1 ⊢ R ∈ Top ∧ S ∈ Top ∧ X ≠ ∅ ∧ Y ≠ ∅ → R × t S ∈ Comp ↔ R ∈ Comp ∧ S ∈ Comp