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Theorem clsneiel1

Description: If a (pseudo-)closure function and a (pseudo-)neighborhood function are related by the H operator, then membership in the closure of a subset is equivalent to the complement of the subset not being a neighborhood of the point. (Contributed by RP, 7-Jun-2021)

Ref Expression
Hypotheses clsnei.o 𝑂 = ( 𝑖 ∈ V , 𝑗 ∈ V ↦ ( 𝑘 ∈ ( 𝒫 𝑗m 𝑖 ) ↦ ( 𝑙𝑗 ↦ { 𝑚𝑖𝑙 ∈ ( 𝑘𝑚 ) } ) ) )
clsnei.p 𝑃 = ( 𝑛 ∈ V ↦ ( 𝑝 ∈ ( 𝒫 𝑛m 𝒫 𝑛 ) ↦ ( 𝑜 ∈ 𝒫 𝑛 ↦ ( 𝑛 ∖ ( 𝑝 ‘ ( 𝑛𝑜 ) ) ) ) ) )
clsnei.d 𝐷 = ( 𝑃𝐵 )
clsnei.f 𝐹 = ( 𝒫 𝐵 𝑂 𝐵 )
clsnei.h 𝐻 = ( 𝐹𝐷 )
clsnei.r ( 𝜑𝐾 𝐻 𝑁 )
clsneiel.x ( 𝜑𝑋𝐵 )
clsneiel.s ( 𝜑𝑆 ∈ 𝒫 𝐵 )
Assertion clsneiel1 ( 𝜑 → ( 𝑋 ∈ ( 𝐾𝑆 ) ↔ ¬ ( 𝐵𝑆 ) ∈ ( 𝑁𝑋 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 clsnei.o 𝑂 = ( 𝑖 ∈ V , 𝑗 ∈ V ↦ ( 𝑘 ∈ ( 𝒫 𝑗m 𝑖 ) ↦ ( 𝑙𝑗 ↦ { 𝑚𝑖𝑙 ∈ ( 𝑘𝑚 ) } ) ) )
2 clsnei.p 𝑃 = ( 𝑛 ∈ V ↦ ( 𝑝 ∈ ( 𝒫 𝑛m 𝒫 𝑛 ) ↦ ( 𝑜 ∈ 𝒫 𝑛 ↦ ( 𝑛 ∖ ( 𝑝 ‘ ( 𝑛𝑜 ) ) ) ) ) )
3 clsnei.d 𝐷 = ( 𝑃𝐵 )
4 clsnei.f 𝐹 = ( 𝒫 𝐵 𝑂 𝐵 )
5 clsnei.h 𝐻 = ( 𝐹𝐷 )
6 clsnei.r ( 𝜑𝐾 𝐻 𝑁 )
7 clsneiel.x ( 𝜑𝑋𝐵 )
8 clsneiel.s ( 𝜑𝑆 ∈ 𝒫 𝐵 )
9 3 5 6 clsneibex ( 𝜑𝐵 ∈ V )
10 9 ancli ( 𝜑 → ( 𝜑𝐵 ∈ V ) )
11 simpr ( ( 𝜑𝐵 ∈ V ) → 𝐵 ∈ V )
12 11 pwexd ( ( 𝜑𝐵 ∈ V ) → 𝒫 𝐵 ∈ V )
13 1 12 11 4 fsovfd ( ( 𝜑𝐵 ∈ V ) → 𝐹 : ( 𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵 ) ⟶ ( 𝒫 𝒫 𝐵m 𝐵 ) )
14 13 ffnd ( ( 𝜑𝐵 ∈ V ) → 𝐹 Fn ( 𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵 ) )
15 2 3 11 dssmapf1od ( ( 𝜑𝐵 ∈ V ) → 𝐷 : ( 𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵 ) –1-1-onto→ ( 𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵 ) )
16 f1of ( 𝐷 : ( 𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵 ) –1-1-onto→ ( 𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵 ) → 𝐷 : ( 𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵 ) ⟶ ( 𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵 ) )
17 15 16 syl ( ( 𝜑𝐵 ∈ V ) → 𝐷 : ( 𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵 ) ⟶ ( 𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵 ) )
18 5 breqi ( 𝐾 𝐻 𝑁𝐾 ( 𝐹𝐷 ) 𝑁 )
19 6 18 sylib ( 𝜑𝐾 ( 𝐹𝐷 ) 𝑁 )
20 19 adantr ( ( 𝜑𝐵 ∈ V ) → 𝐾 ( 𝐹𝐷 ) 𝑁 )
21 14 17 20 brcoffn ( ( 𝜑𝐵 ∈ V ) → ( 𝐾 𝐷 ( 𝐷𝐾 ) ∧ ( 𝐷𝐾 ) 𝐹 𝑁 ) )
22 simprl ( ( ( 𝜑𝐵 ∈ V ) ∧ ( 𝐾 𝐷 ( 𝐷𝐾 ) ∧ ( 𝐷𝐾 ) 𝐹 𝑁 ) ) → 𝐾 𝐷 ( 𝐷𝐾 ) )
23 7 ad2antrr ( ( ( 𝜑𝐵 ∈ V ) ∧ ( 𝐾 𝐷 ( 𝐷𝐾 ) ∧ ( 𝐷𝐾 ) 𝐹 𝑁 ) ) → 𝑋𝐵 )
24 8 ad2antrr ( ( ( 𝜑𝐵 ∈ V ) ∧ ( 𝐾 𝐷 ( 𝐷𝐾 ) ∧ ( 𝐷𝐾 ) 𝐹 𝑁 ) ) → 𝑆 ∈ 𝒫 𝐵 )
25 2 3 22 23 24 ntrclselnel1 ( ( ( 𝜑𝐵 ∈ V ) ∧ ( 𝐾 𝐷 ( 𝐷𝐾 ) ∧ ( 𝐷𝐾 ) 𝐹 𝑁 ) ) → ( 𝑋 ∈ ( 𝐾𝑆 ) ↔ ¬ 𝑋 ∈ ( ( 𝐷𝐾 ) ‘ ( 𝐵𝑆 ) ) ) )
26 simprr ( ( ( 𝜑𝐵 ∈ V ) ∧ ( 𝐾 𝐷 ( 𝐷𝐾 ) ∧ ( 𝐷𝐾 ) 𝐹 𝑁 ) ) → ( 𝐷𝐾 ) 𝐹 𝑁 )
27 simplr ( ( ( 𝜑𝐵 ∈ V ) ∧ ( 𝐾 𝐷 ( 𝐷𝐾 ) ∧ ( 𝐷𝐾 ) 𝐹 𝑁 ) ) → 𝐵 ∈ V )
28 difssd ( ( ( 𝜑𝐵 ∈ V ) ∧ ( 𝐾 𝐷 ( 𝐷𝐾 ) ∧ ( 𝐷𝐾 ) 𝐹 𝑁 ) ) → ( 𝐵𝑆 ) ⊆ 𝐵 )
29 27 28 sselpwd ( ( ( 𝜑𝐵 ∈ V ) ∧ ( 𝐾 𝐷 ( 𝐷𝐾 ) ∧ ( 𝐷𝐾 ) 𝐹 𝑁 ) ) → ( 𝐵𝑆 ) ∈ 𝒫 𝐵 )
30 1 4 26 23 29 ntrneiel ( ( ( 𝜑𝐵 ∈ V ) ∧ ( 𝐾 𝐷 ( 𝐷𝐾 ) ∧ ( 𝐷𝐾 ) 𝐹 𝑁 ) ) → ( 𝑋 ∈ ( ( 𝐷𝐾 ) ‘ ( 𝐵𝑆 ) ) ↔ ( 𝐵𝑆 ) ∈ ( 𝑁𝑋 ) ) )
31 30 notbid ( ( ( 𝜑𝐵 ∈ V ) ∧ ( 𝐾 𝐷 ( 𝐷𝐾 ) ∧ ( 𝐷𝐾 ) 𝐹 𝑁 ) ) → ( ¬ 𝑋 ∈ ( ( 𝐷𝐾 ) ‘ ( 𝐵𝑆 ) ) ↔ ¬ ( 𝐵𝑆 ) ∈ ( 𝑁𝑋 ) ) )
32 25 31 bitrd ( ( ( 𝜑𝐵 ∈ V ) ∧ ( 𝐾 𝐷 ( 𝐷𝐾 ) ∧ ( 𝐷𝐾 ) 𝐹 𝑁 ) ) → ( 𝑋 ∈ ( 𝐾𝑆 ) ↔ ¬ ( 𝐵𝑆 ) ∈ ( 𝑁𝑋 ) ) )
33 10 21 32 syl2anc2 ( 𝜑 → ( 𝑋 ∈ ( 𝐾𝑆 ) ↔ ¬ ( 𝐵𝑆 ) ∈ ( 𝑁𝑋 ) ) )