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Theorem txuni2

Description: The underlying set of the product of two topologies. (Contributed by Mario Carneiro, 31-Aug-2015)

Ref Expression
Hypotheses txval.1 ⊢ B = ran ⁡ x ∈ R , y ∈ S ⟼ x × y
txuni2.1 ⊢ X = ⋃ R
txuni2.2 ⊢ Y = ⋃ S
Assertion txuni2 ⊢ X × Y = ⋃ B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 txval.1 ⊢ B = ran ⁡ x ∈ R , y ∈ S ⟼ x × y
2 txuni2.1 ⊢ X = ⋃ R
3 txuni2.2 ⊢ Y = ⋃ S
4 relxp ⊢ Rel ⁡ X × Y
5 2 eleq2i ⊢ z ∈ X ↔ z ∈ ⋃ R
6 eluni2 ⊢ z ∈ ⋃ R ↔ ∃ r ∈ R z ∈ r
7 5 6 bitri ⊢ z ∈ X ↔ ∃ r ∈ R z ∈ r
8 3 eleq2i ⊢ w ∈ Y ↔ w ∈ ⋃ S
9 eluni2 ⊢ w ∈ ⋃ S ↔ ∃ s ∈ S w ∈ s
10 8 9 bitri ⊢ w ∈ Y ↔ ∃ s ∈ S w ∈ s
11 7 10 anbi12i ⊢ z ∈ X ∧ w ∈ Y ↔ ∃ r ∈ R z ∈ r ∧ ∃ s ∈ S w ∈ s
12 opelxp ⊢ z w ∈ X × Y ↔ z ∈ X ∧ w ∈ Y
13 reeanv ⊢ ∃ r ∈ R ∃ s ∈ S z ∈ r ∧ w ∈ s ↔ ∃ r ∈ R z ∈ r ∧ ∃ s ∈ S w ∈ s
14 11 12 13 3bitr4i ⊢ z w ∈ X × Y ↔ ∃ r ∈ R ∃ s ∈ S z ∈ r ∧ w ∈ s
15 opelxp ⊢ z w ∈ r × s ↔ z ∈ r ∧ w ∈ s
16 eqid ⊢ r × s = r × s
17 xpeq1 ⊢ x = r → x × y = r × y
18 17 eqeq2d ⊢ x = r → r × s = x × y ↔ r × s = r × y
19 xpeq2 ⊢ y = s → r × y = r × s
20 19 eqeq2d ⊢ y = s → r × s = r × y ↔ r × s = r × s
21 18 20 rspc2ev ⊢ r ∈ R ∧ s ∈ S ∧ r × s = r × s → ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S r × s = x × y
22 16 21 mp3an3 ⊢ r ∈ R ∧ s ∈ S → ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S r × s = x × y
23 vex ⊢ r ∈ V
24 vex ⊢ s ∈ V
25 23 24 xpex ⊢ r × s ∈ V
26 eqeq1 ⊢ z = r × s → z = x × y ↔ r × s = x × y
27 26 2rexbidv ⊢ z = r × s → ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S z = x × y ↔ ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S r × s = x × y
28 eqid ⊢ x ∈ R , y ∈ S ⟼ x × y = x ∈ R , y ∈ S ⟼ x × y
29 28 rnmpo ⊢ ran ⁡ x ∈ R , y ∈ S ⟼ x × y = z | ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S z = x × y
30 1 29 eqtri ⊢ B = z | ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S z = x × y
31 25 27 30 elab2 ⊢ r × s ∈ B ↔ ∃ x ∈ R ∃ y ∈ S r × s = x × y
32 22 31 sylibr ⊢ r ∈ R ∧ s ∈ S → r × s ∈ B
33 elssuni ⊢ r × s ∈ B → r × s ⊆ ⋃ B
34 32 33 syl ⊢ r ∈ R ∧ s ∈ S → r × s ⊆ ⋃ B
35 34 sseld ⊢ r ∈ R ∧ s ∈ S → z w ∈ r × s → z w ∈ ⋃ B
36 15 35 biimtrrid ⊢ r ∈ R ∧ s ∈ S → z ∈ r ∧ w ∈ s → z w ∈ ⋃ B
37 36 rexlimivv ⊢ ∃ r ∈ R ∃ s ∈ S z ∈ r ∧ w ∈ s → z w ∈ ⋃ B
38 14 37 sylbi ⊢ z w ∈ X × Y → z w ∈ ⋃ B
39 4 38 relssi ⊢ X × Y ⊆ ⋃ B
40 elssuni ⊢ x ∈ R → x ⊆ ⋃ R
41 40 2 sseqtrrdi ⊢ x ∈ R → x ⊆ X
42 elssuni ⊢ y ∈ S → y ⊆ ⋃ S
43 42 3 sseqtrrdi ⊢ y ∈ S → y ⊆ Y
44 xpss12 ⊢ x ⊆ X ∧ y ⊆ Y → x × y ⊆ X × Y
45 41 43 44 syl2an ⊢ x ∈ R ∧ y ∈ S → x × y ⊆ X × Y
46 vex ⊢ x ∈ V
47 vex ⊢ y ∈ V
48 46 47 xpex ⊢ x × y ∈ V
49 48 elpw ⊢ x × y ∈ 𝒫 X × Y ↔ x × y ⊆ X × Y
50 45 49 sylibr ⊢ x ∈ R ∧ y ∈ S → x × y ∈ 𝒫 X × Y
51 50 rgen2 ⊢ ∀ x ∈ R ∀ y ∈ S x × y ∈ 𝒫 X × Y
52 28 fmpo ⊢ ∀ x ∈ R ∀ y ∈ S x × y ∈ 𝒫 X × Y ↔ x ∈ R , y ∈ S ⟼ x × y : R × S ⟶ 𝒫 X × Y
53 51 52 mpbi ⊢ x ∈ R , y ∈ S ⟼ x × y : R × S ⟶ 𝒫 X × Y
54 frn ⊢ x ∈ R , y ∈ S ⟼ x × y : R × S ⟶ 𝒫 X × Y → ran ⁡ x ∈ R , y ∈ S ⟼ x × y ⊆ 𝒫 X × Y
55 53 54 ax-mp ⊢ ran ⁡ x ∈ R , y ∈ S ⟼ x × y ⊆ 𝒫 X × Y
56 1 55 eqsstri ⊢ B ⊆ 𝒫 X × Y
57 sspwuni ⊢ B ⊆ 𝒫 X × Y ↔ ⋃ B ⊆ X × Y
58 56 57 mpbi ⊢ ⋃ B ⊆ X × Y
59 39 58 eqssi ⊢ X × Y = ⋃ B