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Theorem insiga

Description: The intersection of a collection of sigma-algebras of same base is a sigma-algebra. (Contributed by Thierry Arnoux, 27-Dec-2016)

Ref Expression
Assertion insiga ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) → 𝐴 ∈ ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 intex ( 𝐴 ≠ ∅ ↔ 𝐴 ∈ V )
2 1 biimpi ( 𝐴 ≠ ∅ → 𝐴 ∈ V )
3 2 adantr ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) → 𝐴 ∈ V )
4 intssuni ( 𝐴 ≠ ∅ → 𝐴 𝐴 )
5 4 adantr ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) → 𝐴 𝐴 )
6 simpr ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) → 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) )
7 elpwi ( 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) → 𝐴 ⊆ ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) )
8 sigasspw ( 𝑠 ∈ ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) → 𝑠 ⊆ 𝒫 𝑂 )
9 velpw ( 𝑠 ∈ 𝒫 𝒫 𝑂𝑠 ⊆ 𝒫 𝑂 )
10 8 9 sylibr ( 𝑠 ∈ ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) → 𝑠 ∈ 𝒫 𝒫 𝑂 )
11 10 ssriv ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ⊆ 𝒫 𝒫 𝑂
12 7 11 sstrdi ( 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) → 𝐴 ⊆ 𝒫 𝒫 𝑂 )
13 6 12 syl ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) → 𝐴 ⊆ 𝒫 𝒫 𝑂 )
14 sspwuni ( 𝐴 ⊆ 𝒫 𝒫 𝑂 𝐴 ⊆ 𝒫 𝑂 )
15 13 14 sylib ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) → 𝐴 ⊆ 𝒫 𝑂 )
16 5 15 sstrd ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) → 𝐴 ⊆ 𝒫 𝑂 )
17 simpr ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑠𝐴 ) → 𝑠𝐴 )
18 simplr ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑠𝐴 ) → 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) )
19 elelpwi ( ( 𝑠𝐴𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) → 𝑠 ∈ ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) )
20 17 18 19 syl2anc ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑠𝐴 ) → 𝑠 ∈ ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) )
21 vex 𝑠 ∈ V
22 issiga ( 𝑠 ∈ V → ( 𝑠 ∈ ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ↔ ( 𝑠 ⊆ 𝒫 𝑂 ∧ ( 𝑂𝑠 ∧ ∀ 𝑥𝑠 ( 𝑂𝑥 ) ∈ 𝑠 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝒫 𝑠 ( 𝑥 ≼ ω → 𝑥𝑠 ) ) ) ) )
23 21 22 ax-mp ( 𝑠 ∈ ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ↔ ( 𝑠 ⊆ 𝒫 𝑂 ∧ ( 𝑂𝑠 ∧ ∀ 𝑥𝑠 ( 𝑂𝑥 ) ∈ 𝑠 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝒫 𝑠 ( 𝑥 ≼ ω → 𝑥𝑠 ) ) ) )
24 20 23 sylib ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑠𝐴 ) → ( 𝑠 ⊆ 𝒫 𝑂 ∧ ( 𝑂𝑠 ∧ ∀ 𝑥𝑠 ( 𝑂𝑥 ) ∈ 𝑠 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝒫 𝑠 ( 𝑥 ≼ ω → 𝑥𝑠 ) ) ) )
25 24 simprd ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑠𝐴 ) → ( 𝑂𝑠 ∧ ∀ 𝑥𝑠 ( 𝑂𝑥 ) ∈ 𝑠 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝒫 𝑠 ( 𝑥 ≼ ω → 𝑥𝑠 ) ) )
26 25 simp1d ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑠𝐴 ) → 𝑂𝑠 )
27 26 ralrimiva ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) → ∀ 𝑠𝐴 𝑂𝑠 )
28 n0 ( 𝐴 ≠ ∅ ↔ ∃ 𝑠 𝑠𝐴 )
29 28 biimpi ( 𝐴 ≠ ∅ → ∃ 𝑠 𝑠𝐴 )
30 29 adantr ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) → ∃ 𝑠 𝑠𝐴 )
31 20 ex ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) → ( 𝑠𝐴𝑠 ∈ ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) )
32 31 eximdv ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) → ( ∃ 𝑠 𝑠𝐴 → ∃ 𝑠 𝑠 ∈ ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) )
33 30 32 mpd ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) → ∃ 𝑠 𝑠 ∈ ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) )
34 elfvex ( 𝑠 ∈ ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) → 𝑂 ∈ V )
35 34 exlimiv ( ∃ 𝑠 𝑠 ∈ ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) → 𝑂 ∈ V )
36 33 35 syl ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) → 𝑂 ∈ V )
37 elintg ( 𝑂 ∈ V → ( 𝑂 𝐴 ↔ ∀ 𝑠𝐴 𝑂𝑠 ) )
38 36 37 syl ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) → ( 𝑂 𝐴 ↔ ∀ 𝑠𝐴 𝑂𝑠 ) )
39 27 38 mpbird ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) → 𝑂 𝐴 )
40 simpll ( ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 𝐴 ) ∧ 𝑠𝐴 ) → ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) )
41 simpr ( ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 𝐴 ) ∧ 𝑠𝐴 ) → 𝑠𝐴 )
42 40 41 jca ( ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 𝐴 ) ∧ 𝑠𝐴 ) → ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑠𝐴 ) )
43 elinti ( 𝑥 𝐴 → ( 𝑠𝐴𝑥𝑠 ) )
44 43 imp ( ( 𝑥 𝐴𝑠𝐴 ) → 𝑥𝑠 )
45 44 adantll ( ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 𝐴 ) ∧ 𝑠𝐴 ) → 𝑥𝑠 )
46 25 simp2d ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑠𝐴 ) → ∀ 𝑥𝑠 ( 𝑂𝑥 ) ∈ 𝑠 )
47 46 r19.21bi ( ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑠𝐴 ) ∧ 𝑥𝑠 ) → ( 𝑂𝑥 ) ∈ 𝑠 )
48 42 45 47 syl2anc ( ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 𝐴 ) ∧ 𝑠𝐴 ) → ( 𝑂𝑥 ) ∈ 𝑠 )
49 48 ralrimiva ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 𝐴 ) → ∀ 𝑠𝐴 ( 𝑂𝑥 ) ∈ 𝑠 )
50 36 difexd ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) → ( 𝑂𝑥 ) ∈ V )
51 50 adantr ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 𝐴 ) → ( 𝑂𝑥 ) ∈ V )
52 elintg ( ( 𝑂𝑥 ) ∈ V → ( ( 𝑂𝑥 ) ∈ 𝐴 ↔ ∀ 𝑠𝐴 ( 𝑂𝑥 ) ∈ 𝑠 ) )
53 51 52 syl ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 𝐴 ) → ( ( 𝑂𝑥 ) ∈ 𝐴 ↔ ∀ 𝑠𝐴 ( 𝑂𝑥 ) ∈ 𝑠 ) )
54 49 53 mpbird ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 𝐴 ) → ( 𝑂𝑥 ) ∈ 𝐴 )
55 54 ralrimiva ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) → ∀ 𝑥 𝐴 ( 𝑂𝑥 ) ∈ 𝐴 )
56 simplll ( ( ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 ) ∧ 𝑥 ≼ ω ) ∧ 𝑠𝐴 ) → ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) )
57 simpr ( ( ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 ) ∧ 𝑥 ≼ ω ) ∧ 𝑠𝐴 ) → 𝑠𝐴 )
58 56 57 jca ( ( ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 ) ∧ 𝑥 ≼ ω ) ∧ 𝑠𝐴 ) → ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑠𝐴 ) )
59 simpllr ( ( ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 ) ∧ 𝑥 ≼ ω ) ∧ 𝑠𝐴 ) → 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 )
60 elpwi ( 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴𝑥 𝐴 )
61 intss1 ( 𝑠𝐴 𝐴𝑠 )
62 60 61 sylan9ss ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴𝑠𝐴 ) → 𝑥𝑠 )
63 velpw ( 𝑥 ∈ 𝒫 𝑠𝑥𝑠 )
64 62 63 sylibr ( ( 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴𝑠𝐴 ) → 𝑥 ∈ 𝒫 𝑠 )
65 59 64 sylancom ( ( ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 ) ∧ 𝑥 ≼ ω ) ∧ 𝑠𝐴 ) → 𝑥 ∈ 𝒫 𝑠 )
66 58 65 jca ( ( ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 ) ∧ 𝑥 ≼ ω ) ∧ 𝑠𝐴 ) → ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑠𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ 𝒫 𝑠 ) )
67 simplr ( ( ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 ) ∧ 𝑥 ≼ ω ) ∧ 𝑠𝐴 ) → 𝑥 ≼ ω )
68 25 simp3d ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑠𝐴 ) → ∀ 𝑥 ∈ 𝒫 𝑠 ( 𝑥 ≼ ω → 𝑥𝑠 ) )
69 68 r19.21bi ( ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑠𝐴 ) ∧ 𝑥 ∈ 𝒫 𝑠 ) → ( 𝑥 ≼ ω → 𝑥𝑠 ) )
70 66 67 69 sylc ( ( ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 ) ∧ 𝑥 ≼ ω ) ∧ 𝑠𝐴 ) → 𝑥𝑠 )
71 70 ralrimiva ( ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 ) ∧ 𝑥 ≼ ω ) → ∀ 𝑠𝐴 𝑥𝑠 )
72 uniexg ( 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 𝑥 ∈ V )
73 72 ad2antlr ( ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 ) ∧ 𝑥 ≼ ω ) → 𝑥 ∈ V )
74 elintg ( 𝑥 ∈ V → ( 𝑥 𝐴 ↔ ∀ 𝑠𝐴 𝑥𝑠 ) )
75 73 74 syl ( ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 ) ∧ 𝑥 ≼ ω ) → ( 𝑥 𝐴 ↔ ∀ 𝑠𝐴 𝑥𝑠 ) )
76 71 75 mpbird ( ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 ) ∧ 𝑥 ≼ ω ) → 𝑥 𝐴 )
77 76 ex ( ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) ∧ 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 ) → ( 𝑥 ≼ ω → 𝑥 𝐴 ) )
78 77 ralrimiva ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) → ∀ 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 ( 𝑥 ≼ ω → 𝑥 𝐴 ) )
79 39 55 78 3jca ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) → ( 𝑂 𝐴 ∧ ∀ 𝑥 𝐴 ( 𝑂𝑥 ) ∈ 𝐴 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 ( 𝑥 ≼ ω → 𝑥 𝐴 ) ) )
80 issiga ( 𝐴 ∈ V → ( 𝐴 ∈ ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ↔ ( 𝐴 ⊆ 𝒫 𝑂 ∧ ( 𝑂 𝐴 ∧ ∀ 𝑥 𝐴 ( 𝑂𝑥 ) ∈ 𝐴 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 ( 𝑥 ≼ ω → 𝑥 𝐴 ) ) ) ) )
81 80 biimpar ( ( 𝐴 ∈ V ∧ ( 𝐴 ⊆ 𝒫 𝑂 ∧ ( 𝑂 𝐴 ∧ ∀ 𝑥 𝐴 ( 𝑂𝑥 ) ∈ 𝐴 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 ( 𝑥 ≼ ω → 𝑥 𝐴 ) ) ) ) → 𝐴 ∈ ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) )
82 3 16 79 81 syl12anc ( ( 𝐴 ≠ ∅ ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) ) → 𝐴 ∈ ( sigAlgebra ‘ 𝑂 ) )