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Theorem utoptop

Description: The topology induced by a uniform structure U is a topology. (Contributed by Thierry Arnoux, 30-Nov-2017)

Ref Expression
Assertion utoptop ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X → unifTop ⁡ U ∈ Top

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 simpr ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ⊆ unifTop ⁡ U → x ⊆ unifTop ⁡ U
2 utopval ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X → unifTop ⁡ U = a ∈ 𝒫 X | ∀ p ∈ a ∃ v ∈ U v p ⊆ a
3 ssrab2 ⊢ a ∈ 𝒫 X | ∀ p ∈ a ∃ v ∈ U v p ⊆ a ⊆ 𝒫 X
4 2 3 eqsstrdi ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X → unifTop ⁡ U ⊆ 𝒫 X
5 4 adantr ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ⊆ unifTop ⁡ U → unifTop ⁡ U ⊆ 𝒫 X
6 1 5 sstrd ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ⊆ unifTop ⁡ U → x ⊆ 𝒫 X
7 sspwuni ⊢ x ⊆ 𝒫 X ↔ ⋃ x ⊆ X
8 6 7 sylib ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ⊆ unifTop ⁡ U → ⋃ x ⊆ X
9 simp-4l ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ⊆ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ ⋃ x ∧ y ∈ x ∧ p ∈ y → U ∈ UnifOn ⁡ X
10 simp-4r ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ⊆ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ ⋃ x ∧ y ∈ x ∧ p ∈ y → x ⊆ unifTop ⁡ U
11 simplr ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ⊆ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ ⋃ x ∧ y ∈ x ∧ p ∈ y → y ∈ x
12 10 11 sseldd ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ⊆ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ ⋃ x ∧ y ∈ x ∧ p ∈ y → y ∈ unifTop ⁡ U
13 simpr ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ⊆ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ ⋃ x ∧ y ∈ x ∧ p ∈ y → p ∈ y
14 elutop ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X → y ∈ unifTop ⁡ U ↔ y ⊆ X ∧ ∀ p ∈ y ∃ v ∈ U v p ⊆ y
15 14 biimpa ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ y ∈ unifTop ⁡ U → y ⊆ X ∧ ∀ p ∈ y ∃ v ∈ U v p ⊆ y
16 15 simprd ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ y ∈ unifTop ⁡ U → ∀ p ∈ y ∃ v ∈ U v p ⊆ y
17 16 r19.21bi ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ y → ∃ v ∈ U v p ⊆ y
18 9 12 13 17 syl21anc ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ⊆ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ ⋃ x ∧ y ∈ x ∧ p ∈ y → ∃ v ∈ U v p ⊆ y
19 r19.41v ⊢ ∃ v ∈ U v p ⊆ y ∧ y ∈ x ↔ ∃ v ∈ U v p ⊆ y ∧ y ∈ x
20 ssuni ⊢ v p ⊆ y ∧ y ∈ x → v p ⊆ ⋃ x
21 20 reximi ⊢ ∃ v ∈ U v p ⊆ y ∧ y ∈ x → ∃ v ∈ U v p ⊆ ⋃ x
22 19 21 sylbir ⊢ ∃ v ∈ U v p ⊆ y ∧ y ∈ x → ∃ v ∈ U v p ⊆ ⋃ x
23 18 11 22 syl2anc ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ⊆ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ ⋃ x ∧ y ∈ x ∧ p ∈ y → ∃ v ∈ U v p ⊆ ⋃ x
24 eluni2 ⊢ p ∈ ⋃ x ↔ ∃ y ∈ x p ∈ y
25 24 bilani ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ⊆ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ ⋃ x → ∃ y ∈ x p ∈ y
26 23 25 r19.29a ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ⊆ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ ⋃ x → ∃ v ∈ U v p ⊆ ⋃ x
27 26 ralrimiva ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ⊆ unifTop ⁡ U → ∀ p ∈ ⋃ x ∃ v ∈ U v p ⊆ ⋃ x
28 elutop ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X → ⋃ x ∈ unifTop ⁡ U ↔ ⋃ x ⊆ X ∧ ∀ p ∈ ⋃ x ∃ v ∈ U v p ⊆ ⋃ x
29 28 adantr ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ⊆ unifTop ⁡ U → ⋃ x ∈ unifTop ⁡ U ↔ ⋃ x ⊆ X ∧ ∀ p ∈ ⋃ x ∃ v ∈ U v p ⊆ ⋃ x
30 8 27 29 mpbir2and ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ⊆ unifTop ⁡ U → ⋃ x ∈ unifTop ⁡ U
31 30 ex ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X → x ⊆ unifTop ⁡ U → ⋃ x ∈ unifTop ⁡ U
32 31 alrimiv ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X → ∀ x x ⊆ unifTop ⁡ U → ⋃ x ∈ unifTop ⁡ U
33 elutop ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X → x ∈ unifTop ⁡ U ↔ x ⊆ X ∧ ∀ p ∈ x ∃ u ∈ U u p ⊆ x
34 33 biimpa ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U → x ⊆ X ∧ ∀ p ∈ x ∃ u ∈ U u p ⊆ x
35 34 simpld ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U → x ⊆ X
36 35 adantrr ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U → x ⊆ X
37 ssinss1 ⊢ x ⊆ X → x ∩ y ⊆ X
38 36 37 syl ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U → x ∩ y ⊆ X
39 simpl ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y ∧ u ∈ U ∧ v ∈ U ∧ u p ⊆ x ∧ v p ⊆ y → U ∈ UnifOn ⁡ X
40 simpr31 ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y ∧ u ∈ U ∧ v ∈ U ∧ u p ⊆ x ∧ v p ⊆ y → u ∈ U
41 simpr32 ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y ∧ u ∈ U ∧ v ∈ U ∧ u p ⊆ x ∧ v p ⊆ y → v ∈ U
42 ustincl ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ u ∈ U ∧ v ∈ U → u ∩ v ∈ U
43 39 40 41 42 syl3anc ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y ∧ u ∈ U ∧ v ∈ U ∧ u p ⊆ x ∧ v p ⊆ y → u ∩ v ∈ U
44 inss1 ⊢ u ∩ v ⊆ u
45 imass1 ⊢ u ∩ v ⊆ u → u ∩ v p ⊆ u p
46 44 45 ax-mp ⊢ u ∩ v p ⊆ u p
47 simpr33 ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y ∧ u ∈ U ∧ v ∈ U ∧ u p ⊆ x ∧ v p ⊆ y → u p ⊆ x ∧ v p ⊆ y
48 47 simpld ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y ∧ u ∈ U ∧ v ∈ U ∧ u p ⊆ x ∧ v p ⊆ y → u p ⊆ x
49 46 48 sstrid ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y ∧ u ∈ U ∧ v ∈ U ∧ u p ⊆ x ∧ v p ⊆ y → u ∩ v p ⊆ x
50 inss2 ⊢ u ∩ v ⊆ v
51 imass1 ⊢ u ∩ v ⊆ v → u ∩ v p ⊆ v p
52 50 51 ax-mp ⊢ u ∩ v p ⊆ v p
53 47 simprd ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y ∧ u ∈ U ∧ v ∈ U ∧ u p ⊆ x ∧ v p ⊆ y → v p ⊆ y
54 52 53 sstrid ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y ∧ u ∈ U ∧ v ∈ U ∧ u p ⊆ x ∧ v p ⊆ y → u ∩ v p ⊆ y
55 49 54 ssind ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y ∧ u ∈ U ∧ v ∈ U ∧ u p ⊆ x ∧ v p ⊆ y → u ∩ v p ⊆ x ∩ y
56 imaeq1 ⊢ w = u ∩ v → w p = u ∩ v p
57 56 sseq1d ⊢ w = u ∩ v → w p ⊆ x ∩ y ↔ u ∩ v p ⊆ x ∩ y
58 57 rspcev ⊢ u ∩ v ∈ U ∧ u ∩ v p ⊆ x ∩ y → ∃ w ∈ U w p ⊆ x ∩ y
59 43 55 58 syl2anc ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y ∧ u ∈ U ∧ v ∈ U ∧ u p ⊆ x ∧ v p ⊆ y → ∃ w ∈ U w p ⊆ x ∩ y
60 59 3anassrs ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y ∧ u ∈ U ∧ v ∈ U ∧ u p ⊆ x ∧ v p ⊆ y → ∃ w ∈ U w p ⊆ x ∩ y
61 60 3anassrs ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y ∧ u ∈ U ∧ v ∈ U ∧ u p ⊆ x ∧ v p ⊆ y → ∃ w ∈ U w p ⊆ x ∩ y
62 simpll ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y → U ∈ UnifOn ⁡ X
63 simplrl ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y → x ∈ unifTop ⁡ U
64 elin ⊢ p ∈ x ∩ y ↔ p ∈ x ∧ p ∈ y
65 64 bilani ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y → p ∈ x ∧ p ∈ y
66 65 simpld ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y → p ∈ x
67 34 simprd ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U → ∀ p ∈ x ∃ u ∈ U u p ⊆ x
68 67 r19.21bi ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x → ∃ u ∈ U u p ⊆ x
69 62 63 66 68 syl21anc ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y → ∃ u ∈ U u p ⊆ x
70 simplrr ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y → y ∈ unifTop ⁡ U
71 65 simprd ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y → p ∈ y
72 62 70 71 17 syl21anc ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y → ∃ v ∈ U v p ⊆ y
73 reeanv ⊢ ∃ u ∈ U ∃ v ∈ U u p ⊆ x ∧ v p ⊆ y ↔ ∃ u ∈ U u p ⊆ x ∧ ∃ v ∈ U v p ⊆ y
74 69 72 73 sylanbrc ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y → ∃ u ∈ U ∃ v ∈ U u p ⊆ x ∧ v p ⊆ y
75 61 74 r19.29vva ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U ∧ p ∈ x ∩ y → ∃ w ∈ U w p ⊆ x ∩ y
76 75 ralrimiva ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U → ∀ p ∈ x ∩ y ∃ w ∈ U w p ⊆ x ∩ y
77 elutop ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X → x ∩ y ∈ unifTop ⁡ U ↔ x ∩ y ⊆ X ∧ ∀ p ∈ x ∩ y ∃ w ∈ U w p ⊆ x ∩ y
78 77 adantr ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U → x ∩ y ∈ unifTop ⁡ U ↔ x ∩ y ⊆ X ∧ ∀ p ∈ x ∩ y ∃ w ∈ U w p ⊆ x ∩ y
79 38 76 78 mpbir2and ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X ∧ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ y ∈ unifTop ⁡ U → x ∩ y ∈ unifTop ⁡ U
80 79 ralrimivva ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X → ∀ x ∈ unifTop ⁡ U ∀ y ∈ unifTop ⁡ U x ∩ y ∈ unifTop ⁡ U
81 fvex ⊢ unifTop ⁡ U ∈ V
82 istopg ⊢ unifTop ⁡ U ∈ V → unifTop ⁡ U ∈ Top ↔ ∀ x x ⊆ unifTop ⁡ U → ⋃ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ ∀ x ∈ unifTop ⁡ U ∀ y ∈ unifTop ⁡ U x ∩ y ∈ unifTop ⁡ U
83 81 82 ax-mp ⊢ unifTop ⁡ U ∈ Top ↔ ∀ x x ⊆ unifTop ⁡ U → ⋃ x ∈ unifTop ⁡ U ∧ ∀ x ∈ unifTop ⁡ U ∀ y ∈ unifTop ⁡ U x ∩ y ∈ unifTop ⁡ U
84 32 80 83 sylanbrc ⊢ U ∈ UnifOn ⁡ X → unifTop ⁡ U ∈ Top