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Theorem eltsms

Description: The property of being a sum of the sequence F in the topological commutative monoid G . (Contributed by Mario Carneiro, 2-Sep-2015)

Ref Expression
Hypotheses eltsms.b 𝐵 = ( Base ‘ 𝐺 )
eltsms.j 𝐽 = ( TopOpen ‘ 𝐺 )
eltsms.s 𝑆 = ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin )
eltsms.1 ( 𝜑𝐺 ∈ CMnd )
eltsms.2 ( 𝜑𝐺 ∈ TopSp )
eltsms.a ( 𝜑𝐴𝑉 )
eltsms.f ( 𝜑𝐹 : 𝐴𝐵 )
Assertion eltsms ( 𝜑 → ( 𝐶 ∈ ( 𝐺 tsums 𝐹 ) ↔ ( 𝐶𝐵 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝐶𝑢 → ∃ 𝑧𝑆𝑦𝑆 ( 𝑧𝑦 → ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ∈ 𝑢 ) ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 eltsms.b 𝐵 = ( Base ‘ 𝐺 )
2 eltsms.j 𝐽 = ( TopOpen ‘ 𝐺 )
3 eltsms.s 𝑆 = ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin )
4 eltsms.1 ( 𝜑𝐺 ∈ CMnd )
5 eltsms.2 ( 𝜑𝐺 ∈ TopSp )
6 eltsms.a ( 𝜑𝐴𝑉 )
7 eltsms.f ( 𝜑𝐹 : 𝐴𝐵 )
8 eqid ran ( 𝑧𝑆 ↦ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) = ran ( 𝑧𝑆 ↦ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } )
9 1 2 3 8 4 6 7 tsmsval ( 𝜑 → ( 𝐺 tsums 𝐹 ) = ( ( 𝐽 fLimf ( 𝑆 filGen ran ( 𝑧𝑆 ↦ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ) ) ‘ ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) ) )
10 9 eleq2d ( 𝜑 → ( 𝐶 ∈ ( 𝐺 tsums 𝐹 ) ↔ 𝐶 ∈ ( ( 𝐽 fLimf ( 𝑆 filGen ran ( 𝑧𝑆 ↦ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ) ) ‘ ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) ) ) )
11 1 2 istps ( 𝐺 ∈ TopSp ↔ 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝐵 ) )
12 5 11 sylib ( 𝜑𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝐵 ) )
13 eqid ( 𝑧𝑆 ↦ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) = ( 𝑧𝑆 ↦ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } )
14 3 13 8 6 tsmsfbas ( 𝜑 → ran ( 𝑧𝑆 ↦ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ∈ ( fBas ‘ 𝑆 ) )
15 1 3 4 6 7 tsmslem1 ( ( 𝜑𝑦𝑆 ) → ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ∈ 𝐵 )
16 15 fmpttd ( 𝜑 → ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) : 𝑆𝐵 )
17 eqid ( 𝑆 filGen ran ( 𝑧𝑆 ↦ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ) = ( 𝑆 filGen ran ( 𝑧𝑆 ↦ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) )
18 17 flffbas ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝐵 ) ∧ ran ( 𝑧𝑆 ↦ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ∈ ( fBas ‘ 𝑆 ) ∧ ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) : 𝑆𝐵 ) → ( 𝐶 ∈ ( ( 𝐽 fLimf ( 𝑆 filGen ran ( 𝑧𝑆 ↦ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ) ) ‘ ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) ) ↔ ( 𝐶𝐵 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝐶𝑢 → ∃ 𝑤 ∈ ran ( 𝑧𝑆 ↦ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ 𝑤 ) ⊆ 𝑢 ) ) ) )
19 12 14 16 18 syl3anc ( 𝜑 → ( 𝐶 ∈ ( ( 𝐽 fLimf ( 𝑆 filGen ran ( 𝑧𝑆 ↦ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ) ) ‘ ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) ) ↔ ( 𝐶𝐵 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝐶𝑢 → ∃ 𝑤 ∈ ran ( 𝑧𝑆 ↦ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ 𝑤 ) ⊆ 𝑢 ) ) ) )
20 pwexg ( 𝐴𝑉 → 𝒫 𝐴 ∈ V )
21 inex1g ( 𝒫 𝐴 ∈ V → ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ∈ V )
22 6 20 21 3syl ( 𝜑 → ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ∈ V )
23 3 22 eqeltrid ( 𝜑𝑆 ∈ V )
24 23 adantr ( ( 𝜑𝑢𝐽 ) → 𝑆 ∈ V )
25 rabexg ( 𝑆 ∈ V → { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ∈ V )
26 24 25 syl ( ( 𝜑𝑢𝐽 ) → { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ∈ V )
27 26 ralrimivw ( ( 𝜑𝑢𝐽 ) → ∀ 𝑧𝑆 { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ∈ V )
28 imaeq2 ( 𝑤 = { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } → ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ 𝑤 ) = ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) )
29 28 sseq1d ( 𝑤 = { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } → ( ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ 𝑤 ) ⊆ 𝑢 ↔ ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ⊆ 𝑢 ) )
30 13 29 rexrnmptw ( ∀ 𝑧𝑆 { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ∈ V → ( ∃ 𝑤 ∈ ran ( 𝑧𝑆 ↦ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ 𝑤 ) ⊆ 𝑢 ↔ ∃ 𝑧𝑆 ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ⊆ 𝑢 ) )
31 27 30 syl ( ( 𝜑𝑢𝐽 ) → ( ∃ 𝑤 ∈ ran ( 𝑧𝑆 ↦ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ 𝑤 ) ⊆ 𝑢 ↔ ∃ 𝑧𝑆 ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ⊆ 𝑢 ) )
32 funmpt Fun ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) )
33 ssrab2 { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ⊆ 𝑆
34 ovex ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ∈ V
35 eqid ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) = ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) )
36 34 35 dmmpti dom ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) = 𝑆
37 33 36 sseqtrri { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ⊆ dom ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) )
38 funimass3 ( ( Fun ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) ∧ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ⊆ dom ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) ) → ( ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ⊆ 𝑢 ↔ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ⊆ ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ 𝑢 ) ) )
39 32 37 38 mp2an ( ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ⊆ 𝑢 ↔ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ⊆ ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ 𝑢 ) )
40 35 mptpreima ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ 𝑢 ) = { 𝑦𝑆 ∣ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ∈ 𝑢 }
41 40 sseq2i ( { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ⊆ ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ 𝑢 ) ↔ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ⊆ { 𝑦𝑆 ∣ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ∈ 𝑢 } )
42 ss2rab ( { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ⊆ { 𝑦𝑆 ∣ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ∈ 𝑢 } ↔ ∀ 𝑦𝑆 ( 𝑧𝑦 → ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ∈ 𝑢 ) )
43 39 41 42 3bitri ( ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ⊆ 𝑢 ↔ ∀ 𝑦𝑆 ( 𝑧𝑦 → ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ∈ 𝑢 ) )
44 43 rexbii ( ∃ 𝑧𝑆 ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ⊆ 𝑢 ↔ ∃ 𝑧𝑆𝑦𝑆 ( 𝑧𝑦 → ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ∈ 𝑢 ) )
45 31 44 bitrdi ( ( 𝜑𝑢𝐽 ) → ( ∃ 𝑤 ∈ ran ( 𝑧𝑆 ↦ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ 𝑤 ) ⊆ 𝑢 ↔ ∃ 𝑧𝑆𝑦𝑆 ( 𝑧𝑦 → ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ∈ 𝑢 ) ) )
46 45 imbi2d ( ( 𝜑𝑢𝐽 ) → ( ( 𝐶𝑢 → ∃ 𝑤 ∈ ran ( 𝑧𝑆 ↦ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ 𝑤 ) ⊆ 𝑢 ) ↔ ( 𝐶𝑢 → ∃ 𝑧𝑆𝑦𝑆 ( 𝑧𝑦 → ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ∈ 𝑢 ) ) ) )
47 46 ralbidva ( 𝜑 → ( ∀ 𝑢𝐽 ( 𝐶𝑢 → ∃ 𝑤 ∈ ran ( 𝑧𝑆 ↦ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ 𝑤 ) ⊆ 𝑢 ) ↔ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝐶𝑢 → ∃ 𝑧𝑆𝑦𝑆 ( 𝑧𝑦 → ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ∈ 𝑢 ) ) ) )
48 47 anbi2d ( 𝜑 → ( ( 𝐶𝐵 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝐶𝑢 → ∃ 𝑤 ∈ ran ( 𝑧𝑆 ↦ { 𝑦𝑆𝑧𝑦 } ) ( ( 𝑦𝑆 ↦ ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ) “ 𝑤 ) ⊆ 𝑢 ) ) ↔ ( 𝐶𝐵 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝐶𝑢 → ∃ 𝑧𝑆𝑦𝑆 ( 𝑧𝑦 → ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ∈ 𝑢 ) ) ) ) )
49 10 19 48 3bitrd ( 𝜑 → ( 𝐶 ∈ ( 𝐺 tsums 𝐹 ) ↔ ( 𝐶𝐵 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝐶𝑢 → ∃ 𝑧𝑆𝑦𝑆 ( 𝑧𝑦 → ( 𝐺 Σg ( 𝐹𝑦 ) ) ∈ 𝑢 ) ) ) ) )