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Theorem ntrclsk2

Description: An interior function is contracting if and only if the closure function is expansive. (Contributed by RP, 9-Jun-2021)

Ref Expression
Hypotheses ntrcls.o 𝑂 = ( 𝑖 ∈ V ↦ ( 𝑘 ∈ ( 𝒫 𝑖m 𝒫 𝑖 ) ↦ ( 𝑗 ∈ 𝒫 𝑖 ↦ ( 𝑖 ∖ ( 𝑘 ‘ ( 𝑖𝑗 ) ) ) ) ) )
ntrcls.d 𝐷 = ( 𝑂𝐵 )
ntrcls.r ( 𝜑𝐼 𝐷 𝐾 )
Assertion ntrclsk2 ( 𝜑 → ( ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ( 𝐼𝑠 ) ⊆ 𝑠 ↔ ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 𝑠 ⊆ ( 𝐾𝑠 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ntrcls.o 𝑂 = ( 𝑖 ∈ V ↦ ( 𝑘 ∈ ( 𝒫 𝑖m 𝒫 𝑖 ) ↦ ( 𝑗 ∈ 𝒫 𝑖 ↦ ( 𝑖 ∖ ( 𝑘 ‘ ( 𝑖𝑗 ) ) ) ) ) )
2 ntrcls.d 𝐷 = ( 𝑂𝐵 )
3 ntrcls.r ( 𝜑𝐼 𝐷 𝐾 )
4 fveq2 ( 𝑠 = 𝑡 → ( 𝐼𝑠 ) = ( 𝐼𝑡 ) )
5 id ( 𝑠 = 𝑡𝑠 = 𝑡 )
6 4 5 sseq12d ( 𝑠 = 𝑡 → ( ( 𝐼𝑠 ) ⊆ 𝑠 ↔ ( 𝐼𝑡 ) ⊆ 𝑡 ) )
7 6 cbvralvw ( ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ( 𝐼𝑠 ) ⊆ 𝑠 ↔ ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( 𝐼𝑡 ) ⊆ 𝑡 )
8 2 3 ntrclsrcomplex ( 𝜑 → ( 𝐵𝑠 ) ∈ 𝒫 𝐵 )
9 8 adantr ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝐵𝑠 ) ∈ 𝒫 𝐵 )
10 2 3 ntrclsrcomplex ( 𝜑 → ( 𝐵𝑡 ) ∈ 𝒫 𝐵 )
11 10 adantr ( ( 𝜑𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝐵𝑡 ) ∈ 𝒫 𝐵 )
12 difeq2 ( 𝑠 = ( 𝐵𝑡 ) → ( 𝐵𝑠 ) = ( 𝐵 ∖ ( 𝐵𝑡 ) ) )
13 12 eqeq2d ( 𝑠 = ( 𝐵𝑡 ) → ( 𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) ↔ 𝑡 = ( 𝐵 ∖ ( 𝐵𝑡 ) ) ) )
14 13 adantl ( ( ( 𝜑𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑠 = ( 𝐵𝑡 ) ) → ( 𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) ↔ 𝑡 = ( 𝐵 ∖ ( 𝐵𝑡 ) ) ) )
15 elpwi ( 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵𝑡𝐵 )
16 dfss4 ( 𝑡𝐵 ↔ ( 𝐵 ∖ ( 𝐵𝑡 ) ) = 𝑡 )
17 15 16 sylib ( 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 → ( 𝐵 ∖ ( 𝐵𝑡 ) ) = 𝑡 )
18 17 adantl ( ( 𝜑𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝐵 ∖ ( 𝐵𝑡 ) ) = 𝑡 )
19 18 eqcomd ( ( 𝜑𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → 𝑡 = ( 𝐵 ∖ ( 𝐵𝑡 ) ) )
20 11 14 19 rspcedvd ( ( 𝜑𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ∃ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) )
21 fveq2 ( 𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) → ( 𝐼𝑡 ) = ( 𝐼 ‘ ( 𝐵𝑠 ) ) )
22 id ( 𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) → 𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) )
23 21 22 sseq12d ( 𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) → ( ( 𝐼𝑡 ) ⊆ 𝑡 ↔ ( 𝐼 ‘ ( 𝐵𝑠 ) ) ⊆ ( 𝐵𝑠 ) ) )
24 23 3ad2ant3 ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) ) → ( ( 𝐼𝑡 ) ⊆ 𝑡 ↔ ( 𝐼 ‘ ( 𝐵𝑠 ) ) ⊆ ( 𝐵𝑠 ) ) )
25 1 2 3 ntrclsiex ( 𝜑𝐼 ∈ ( 𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵 ) )
26 elmapi ( 𝐼 ∈ ( 𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵 ) → 𝐼 : 𝒫 𝐵 ⟶ 𝒫 𝐵 )
27 25 26 syl ( 𝜑𝐼 : 𝒫 𝐵 ⟶ 𝒫 𝐵 )
28 27 3ad2ant1 ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) ) → 𝐼 : 𝒫 𝐵 ⟶ 𝒫 𝐵 )
29 8 3ad2ant1 ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) ) → ( 𝐵𝑠 ) ∈ 𝒫 𝐵 )
30 28 29 ffvelrnd ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) ) → ( 𝐼 ‘ ( 𝐵𝑠 ) ) ∈ 𝒫 𝐵 )
31 30 elpwid ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) ) → ( 𝐼 ‘ ( 𝐵𝑠 ) ) ⊆ 𝐵 )
32 difssd ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) ) → ( 𝐵𝑠 ) ⊆ 𝐵 )
33 sscon34b ( ( ( 𝐼 ‘ ( 𝐵𝑠 ) ) ⊆ 𝐵 ∧ ( 𝐵𝑠 ) ⊆ 𝐵 ) → ( ( 𝐼 ‘ ( 𝐵𝑠 ) ) ⊆ ( 𝐵𝑠 ) ↔ ( 𝐵 ∖ ( 𝐵𝑠 ) ) ⊆ ( 𝐵 ∖ ( 𝐼 ‘ ( 𝐵𝑠 ) ) ) ) )
34 31 32 33 syl2anc ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) ) → ( ( 𝐼 ‘ ( 𝐵𝑠 ) ) ⊆ ( 𝐵𝑠 ) ↔ ( 𝐵 ∖ ( 𝐵𝑠 ) ) ⊆ ( 𝐵 ∖ ( 𝐼 ‘ ( 𝐵𝑠 ) ) ) ) )
35 simp2 ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) ) → 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 )
36 elpwi ( 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑠𝐵 )
37 dfss4 ( 𝑠𝐵 ↔ ( 𝐵 ∖ ( 𝐵𝑠 ) ) = 𝑠 )
38 36 37 sylib ( 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 → ( 𝐵 ∖ ( 𝐵𝑠 ) ) = 𝑠 )
39 38 sseq1d ( 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 → ( ( 𝐵 ∖ ( 𝐵𝑠 ) ) ⊆ ( 𝐵 ∖ ( 𝐼 ‘ ( 𝐵𝑠 ) ) ) ↔ 𝑠 ⊆ ( 𝐵 ∖ ( 𝐼 ‘ ( 𝐵𝑠 ) ) ) ) )
40 35 39 syl ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) ) → ( ( 𝐵 ∖ ( 𝐵𝑠 ) ) ⊆ ( 𝐵 ∖ ( 𝐼 ‘ ( 𝐵𝑠 ) ) ) ↔ 𝑠 ⊆ ( 𝐵 ∖ ( 𝐼 ‘ ( 𝐵𝑠 ) ) ) ) )
41 34 40 bitrd ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) ) → ( ( 𝐼 ‘ ( 𝐵𝑠 ) ) ⊆ ( 𝐵𝑠 ) ↔ 𝑠 ⊆ ( 𝐵 ∖ ( 𝐼 ‘ ( 𝐵𝑠 ) ) ) ) )
42 2 3 ntrclsbex ( 𝜑𝐵 ∈ V )
43 42 3ad2ant1 ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) ) → 𝐵 ∈ V )
44 25 3ad2ant1 ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) ) → 𝐼 ∈ ( 𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵 ) )
45 eqid ( 𝐷𝐼 ) = ( 𝐷𝐼 )
46 eqid ( ( 𝐷𝐼 ) ‘ 𝑠 ) = ( ( 𝐷𝐼 ) ‘ 𝑠 )
47 1 2 43 44 45 35 46 dssmapfv3d ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) ) → ( ( 𝐷𝐼 ) ‘ 𝑠 ) = ( 𝐵 ∖ ( 𝐼 ‘ ( 𝐵𝑠 ) ) ) )
48 47 sseq2d ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) ) → ( 𝑠 ⊆ ( ( 𝐷𝐼 ) ‘ 𝑠 ) ↔ 𝑠 ⊆ ( 𝐵 ∖ ( 𝐼 ‘ ( 𝐵𝑠 ) ) ) ) )
49 1 2 3 ntrclsfv1 ( 𝜑 → ( 𝐷𝐼 ) = 𝐾 )
50 49 fveq1d ( 𝜑 → ( ( 𝐷𝐼 ) ‘ 𝑠 ) = ( 𝐾𝑠 ) )
51 50 sseq2d ( 𝜑 → ( 𝑠 ⊆ ( ( 𝐷𝐼 ) ‘ 𝑠 ) ↔ 𝑠 ⊆ ( 𝐾𝑠 ) ) )
52 51 3ad2ant1 ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) ) → ( 𝑠 ⊆ ( ( 𝐷𝐼 ) ‘ 𝑠 ) ↔ 𝑠 ⊆ ( 𝐾𝑠 ) ) )
53 41 48 52 3bitr2d ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) ) → ( ( 𝐼 ‘ ( 𝐵𝑠 ) ) ⊆ ( 𝐵𝑠 ) ↔ 𝑠 ⊆ ( 𝐾𝑠 ) ) )
54 24 53 bitrd ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 = ( 𝐵𝑠 ) ) → ( ( 𝐼𝑡 ) ⊆ 𝑡𝑠 ⊆ ( 𝐾𝑠 ) ) )
55 9 20 54 ralxfrd2 ( 𝜑 → ( ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( 𝐼𝑡 ) ⊆ 𝑡 ↔ ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 𝑠 ⊆ ( 𝐾𝑠 ) ) )
56 7 55 syl5bb ( 𝜑 → ( ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ( 𝐼𝑠 ) ⊆ 𝑠 ↔ ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 𝑠 ⊆ ( 𝐾𝑠 ) ) )