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Theorem kqcldsat

Description: Any closed set is saturated with respect to the topological indistinguishability map (in the terminology of qtoprest ). (Contributed by Mario Carneiro, 25-Aug-2015)

Ref Expression
Hypothesis kqval.2 𝐹 = ( 𝑥𝑋 ↦ { 𝑦𝐽𝑥𝑦 } )
Assertion kqcldsat ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) → ( 𝐹 “ ( 𝐹𝑈 ) ) = 𝑈 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 kqval.2 𝐹 = ( 𝑥𝑋 ↦ { 𝑦𝐽𝑥𝑦 } )
2 1 kqffn ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) → 𝐹 Fn 𝑋 )
3 elpreima ( 𝐹 Fn 𝑋 → ( 𝑧 ∈ ( 𝐹 “ ( 𝐹𝑈 ) ) ↔ ( 𝑧𝑋 ∧ ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( 𝐹𝑈 ) ) ) )
4 2 3 syl ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) → ( 𝑧 ∈ ( 𝐹 “ ( 𝐹𝑈 ) ) ↔ ( 𝑧𝑋 ∧ ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( 𝐹𝑈 ) ) ) )
5 4 adantr ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) → ( 𝑧 ∈ ( 𝐹 “ ( 𝐹𝑈 ) ) ↔ ( 𝑧𝑋 ∧ ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( 𝐹𝑈 ) ) ) )
6 noel ¬ ( 𝐹𝑧 ) ∈ ∅
7 elin ( ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( ( 𝐹𝑈 ) ∩ ( 𝐹 “ ( 𝑋𝑈 ) ) ) ↔ ( ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( 𝐹𝑈 ) ∧ ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( 𝐹 “ ( 𝑋𝑈 ) ) ) )
8 incom ( ( 𝐹𝑈 ) ∩ ( 𝐹 “ ( 𝑋𝑈 ) ) ) = ( ( 𝐹 “ ( 𝑋𝑈 ) ) ∩ ( 𝐹𝑈 ) )
9 eqid 𝐽 = 𝐽
10 9 cldss ( 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) → 𝑈 𝐽 )
11 10 adantl ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) → 𝑈 𝐽 )
12 fndm ( 𝐹 Fn 𝑋 → dom 𝐹 = 𝑋 )
13 2 12 syl ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) → dom 𝐹 = 𝑋 )
14 toponuni ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) → 𝑋 = 𝐽 )
15 13 14 eqtrd ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) → dom 𝐹 = 𝐽 )
16 15 adantr ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) → dom 𝐹 = 𝐽 )
17 11 16 sseqtrrd ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) → 𝑈 ⊆ dom 𝐹 )
18 13 adantr ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) → dom 𝐹 = 𝑋 )
19 17 18 sseqtrd ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) → 𝑈𝑋 )
20 19 adantr ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → 𝑈𝑋 )
21 dfss4 ( 𝑈𝑋 ↔ ( 𝑋 ∖ ( 𝑋𝑈 ) ) = 𝑈 )
22 20 21 sylib ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → ( 𝑋 ∖ ( 𝑋𝑈 ) ) = 𝑈 )
23 22 imaeq2d ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → ( 𝐹 “ ( 𝑋 ∖ ( 𝑋𝑈 ) ) ) = ( 𝐹𝑈 ) )
24 23 ineq2d ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → ( ( 𝐹 “ ( 𝑋𝑈 ) ) ∩ ( 𝐹 “ ( 𝑋 ∖ ( 𝑋𝑈 ) ) ) ) = ( ( 𝐹 “ ( 𝑋𝑈 ) ) ∩ ( 𝐹𝑈 ) ) )
25 simpll ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) )
26 14 adantr ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) → 𝑋 = 𝐽 )
27 26 difeq1d ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) → ( 𝑋𝑈 ) = ( 𝐽𝑈 ) )
28 9 cldopn ( 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) → ( 𝐽𝑈 ) ∈ 𝐽 )
29 28 adantl ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) → ( 𝐽𝑈 ) ∈ 𝐽 )
30 27 29 eqeltrd ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) → ( 𝑋𝑈 ) ∈ 𝐽 )
31 30 adantr ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → ( 𝑋𝑈 ) ∈ 𝐽 )
32 1 kqdisj ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑋𝑈 ) ∈ 𝐽 ) → ( ( 𝐹 “ ( 𝑋𝑈 ) ) ∩ ( 𝐹 “ ( 𝑋 ∖ ( 𝑋𝑈 ) ) ) ) = ∅ )
33 25 31 32 syl2anc ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → ( ( 𝐹 “ ( 𝑋𝑈 ) ) ∩ ( 𝐹 “ ( 𝑋 ∖ ( 𝑋𝑈 ) ) ) ) = ∅ )
34 24 33 eqtr3d ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → ( ( 𝐹 “ ( 𝑋𝑈 ) ) ∩ ( 𝐹𝑈 ) ) = ∅ )
35 8 34 eqtrid ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → ( ( 𝐹𝑈 ) ∩ ( 𝐹 “ ( 𝑋𝑈 ) ) ) = ∅ )
36 35 eleq2d ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → ( ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( ( 𝐹𝑈 ) ∩ ( 𝐹 “ ( 𝑋𝑈 ) ) ) ↔ ( 𝐹𝑧 ) ∈ ∅ ) )
37 7 36 bitr3id ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → ( ( ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( 𝐹𝑈 ) ∧ ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( 𝐹 “ ( 𝑋𝑈 ) ) ) ↔ ( 𝐹𝑧 ) ∈ ∅ ) )
38 6 37 mtbiri ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → ¬ ( ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( 𝐹𝑈 ) ∧ ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( 𝐹 “ ( 𝑋𝑈 ) ) ) )
39 imnan ( ( ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( 𝐹𝑈 ) → ¬ ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( 𝐹 “ ( 𝑋𝑈 ) ) ) ↔ ¬ ( ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( 𝐹𝑈 ) ∧ ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( 𝐹 “ ( 𝑋𝑈 ) ) ) )
40 38 39 sylibr ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → ( ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( 𝐹𝑈 ) → ¬ ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( 𝐹 “ ( 𝑋𝑈 ) ) ) )
41 eldif ( 𝑧 ∈ ( 𝑋𝑈 ) ↔ ( 𝑧𝑋 ∧ ¬ 𝑧𝑈 ) )
42 41 baibr ( 𝑧𝑋 → ( ¬ 𝑧𝑈𝑧 ∈ ( 𝑋𝑈 ) ) )
43 42 adantl ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → ( ¬ 𝑧𝑈𝑧 ∈ ( 𝑋𝑈 ) ) )
44 simpr ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → 𝑧𝑋 )
45 1 kqfvima ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝑋𝑈 ) ∈ 𝐽𝑧𝑋 ) → ( 𝑧 ∈ ( 𝑋𝑈 ) ↔ ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( 𝐹 “ ( 𝑋𝑈 ) ) ) )
46 25 31 44 45 syl3anc ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → ( 𝑧 ∈ ( 𝑋𝑈 ) ↔ ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( 𝐹 “ ( 𝑋𝑈 ) ) ) )
47 43 46 bitrd ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → ( ¬ 𝑧𝑈 ↔ ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( 𝐹 “ ( 𝑋𝑈 ) ) ) )
48 47 con1bid ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → ( ¬ ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( 𝐹 “ ( 𝑋𝑈 ) ) ↔ 𝑧𝑈 ) )
49 40 48 sylibd ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ∧ 𝑧𝑋 ) → ( ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( 𝐹𝑈 ) → 𝑧𝑈 ) )
50 49 expimpd ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) → ( ( 𝑧𝑋 ∧ ( 𝐹𝑧 ) ∈ ( 𝐹𝑈 ) ) → 𝑧𝑈 ) )
51 5 50 sylbid ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) → ( 𝑧 ∈ ( 𝐹 “ ( 𝐹𝑈 ) ) → 𝑧𝑈 ) )
52 51 ssrdv ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) → ( 𝐹 “ ( 𝐹𝑈 ) ) ⊆ 𝑈 )
53 sseqin2 ( 𝑈 ⊆ dom 𝐹 ↔ ( dom 𝐹𝑈 ) = 𝑈 )
54 17 53 sylib ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) → ( dom 𝐹𝑈 ) = 𝑈 )
55 dminss ( dom 𝐹𝑈 ) ⊆ ( 𝐹 “ ( 𝐹𝑈 ) )
56 54 55 eqsstrrdi ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) → 𝑈 ⊆ ( 𝐹 “ ( 𝐹𝑈 ) ) )
57 52 56 eqssd ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝑈 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) → ( 𝐹 “ ( 𝐹𝑈 ) ) = 𝑈 )