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