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Theorem nrmr0reg

Description: A normal R_0 space is also regular. These spaces are usually referred to as normal regular spaces. (Contributed by Mario Carneiro, 25-Aug-2015)

Ref Expression
Assertion nrmr0reg ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) → 𝐽 ∈ Reg )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 nrmtop ( 𝐽 ∈ Nrm → 𝐽 ∈ Top )
2 1 adantr ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) → 𝐽 ∈ Top )
3 simpll ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) → 𝐽 ∈ Nrm )
4 simprl ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) → 𝑥𝐽 )
5 2 adantr ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) → 𝐽 ∈ Top )
6 toptopon2 ( 𝐽 ∈ Top ↔ 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝐽 ) )
7 5 6 sylib ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) → 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝐽 ) )
8 simplr ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) → ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre )
9 simprr ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) → 𝑦𝑥 )
10 elunii ( ( 𝑦𝑥𝑥𝐽 ) → 𝑦 𝐽 )
11 9 4 10 syl2anc ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) → 𝑦 𝐽 )
12 eqid ( 𝑧 𝐽 ↦ { 𝑤𝐽𝑧𝑤 } ) = ( 𝑧 𝐽 ↦ { 𝑤𝐽𝑧𝑤 } )
13 12 r0cld ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝐽 ) ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ∧ 𝑦 𝐽 ) → { 𝑎 𝐽 ∣ ∀ 𝑏𝐽 ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) } ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) )
14 7 8 11 13 syl3anc ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) → { 𝑎 𝐽 ∣ ∀ 𝑏𝐽 ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) } ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) )
15 simp1rr ( ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) ∧ 𝑎 𝐽 ∧ ∀ 𝑏𝐽 ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) ) → 𝑦𝑥 )
16 4 adantr ( ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) ∧ 𝑎 𝐽 ) → 𝑥𝐽 )
17 elequ2 ( 𝑏 = 𝑥 → ( 𝑎𝑏𝑎𝑥 ) )
18 elequ2 ( 𝑏 = 𝑥 → ( 𝑦𝑏𝑦𝑥 ) )
19 17 18 bibi12d ( 𝑏 = 𝑥 → ( ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) ↔ ( 𝑎𝑥𝑦𝑥 ) ) )
20 19 rspcv ( 𝑥𝐽 → ( ∀ 𝑏𝐽 ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) → ( 𝑎𝑥𝑦𝑥 ) ) )
21 16 20 syl ( ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) ∧ 𝑎 𝐽 ) → ( ∀ 𝑏𝐽 ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) → ( 𝑎𝑥𝑦𝑥 ) ) )
22 21 3impia ( ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) ∧ 𝑎 𝐽 ∧ ∀ 𝑏𝐽 ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) ) → ( 𝑎𝑥𝑦𝑥 ) )
23 15 22 mpbird ( ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) ∧ 𝑎 𝐽 ∧ ∀ 𝑏𝐽 ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) ) → 𝑎𝑥 )
24 23 rabssdv ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) → { 𝑎 𝐽 ∣ ∀ 𝑏𝐽 ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) } ⊆ 𝑥 )
25 nrmsep3 ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( 𝑥𝐽 ∧ { 𝑎 𝐽 ∣ ∀ 𝑏𝐽 ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) } ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ∧ { 𝑎 𝐽 ∣ ∀ 𝑏𝐽 ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) } ⊆ 𝑥 ) ) → ∃ 𝑧𝐽 ( { 𝑎 𝐽 ∣ ∀ 𝑏𝐽 ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) } ⊆ 𝑧 ∧ ( ( cls ‘ 𝐽 ) ‘ 𝑧 ) ⊆ 𝑥 ) )
26 3 4 14 24 25 syl13anc ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) → ∃ 𝑧𝐽 ( { 𝑎 𝐽 ∣ ∀ 𝑏𝐽 ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) } ⊆ 𝑧 ∧ ( ( cls ‘ 𝐽 ) ‘ 𝑧 ) ⊆ 𝑥 ) )
27 elequ1 ( 𝑎 = 𝑦 → ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) )
28 27 bibi1d ( 𝑎 = 𝑦 → ( ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) ↔ ( 𝑦𝑏𝑦𝑏 ) ) )
29 28 ralbidv ( 𝑎 = 𝑦 → ( ∀ 𝑏𝐽 ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) ↔ ∀ 𝑏𝐽 ( 𝑦𝑏𝑦𝑏 ) ) )
30 biidd ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) → ( 𝑦𝑏𝑦𝑏 ) )
31 30 ralrimivw ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) → ∀ 𝑏𝐽 ( 𝑦𝑏𝑦𝑏 ) )
32 29 11 31 elrabd ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) → 𝑦 ∈ { 𝑎 𝐽 ∣ ∀ 𝑏𝐽 ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) } )
33 ssel ( { 𝑎 𝐽 ∣ ∀ 𝑏𝐽 ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) } ⊆ 𝑧 → ( 𝑦 ∈ { 𝑎 𝐽 ∣ ∀ 𝑏𝐽 ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) } → 𝑦𝑧 ) )
34 32 33 syl5com ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) → ( { 𝑎 𝐽 ∣ ∀ 𝑏𝐽 ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) } ⊆ 𝑧𝑦𝑧 ) )
35 34 anim1d ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) → ( ( { 𝑎 𝐽 ∣ ∀ 𝑏𝐽 ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) } ⊆ 𝑧 ∧ ( ( cls ‘ 𝐽 ) ‘ 𝑧 ) ⊆ 𝑥 ) → ( 𝑦𝑧 ∧ ( ( cls ‘ 𝐽 ) ‘ 𝑧 ) ⊆ 𝑥 ) ) )
36 35 reximdv ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) → ( ∃ 𝑧𝐽 ( { 𝑎 𝐽 ∣ ∀ 𝑏𝐽 ( 𝑎𝑏𝑦𝑏 ) } ⊆ 𝑧 ∧ ( ( cls ‘ 𝐽 ) ‘ 𝑧 ) ⊆ 𝑥 ) → ∃ 𝑧𝐽 ( 𝑦𝑧 ∧ ( ( cls ‘ 𝐽 ) ‘ 𝑧 ) ⊆ 𝑥 ) ) )
37 26 36 mpd ( ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) ∧ ( 𝑥𝐽𝑦𝑥 ) ) → ∃ 𝑧𝐽 ( 𝑦𝑧 ∧ ( ( cls ‘ 𝐽 ) ‘ 𝑧 ) ⊆ 𝑥 ) )
38 37 ralrimivva ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) → ∀ 𝑥𝐽𝑦𝑥𝑧𝐽 ( 𝑦𝑧 ∧ ( ( cls ‘ 𝐽 ) ‘ 𝑧 ) ⊆ 𝑥 ) )
39 isreg ( 𝐽 ∈ Reg ↔ ( 𝐽 ∈ Top ∧ ∀ 𝑥𝐽𝑦𝑥𝑧𝐽 ( 𝑦𝑧 ∧ ( ( cls ‘ 𝐽 ) ‘ 𝑧 ) ⊆ 𝑥 ) ) )
40 2 38 39 sylanbrc ( ( 𝐽 ∈ Nrm ∧ ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Fre ) → 𝐽 ∈ Reg )