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Theorem ntrneiiso

Description: If (pseudo-)interior and (pseudo-)neighborhood functions are related by the operator, F , then conditions equal to claiming that the interior function is isotonic hold equally. (Contributed by RP, 3-Jun-2021)

Ref Expression
Hypotheses ntrnei.o ⊢ 𝑂 = ( 𝑖 ∈ V , 𝑗 ∈ V ↦ ( 𝑘 ∈ ( 𝒫 𝑗 ↑m 𝑖 ) ↦ ( 𝑙 ∈ 𝑗 ↦ { 𝑚 ∈ 𝑖 ∣ 𝑙 ∈ ( 𝑘 ‘ 𝑚 ) } ) ) )
ntrnei.f ⊢ 𝐹 = ( 𝒫 𝐵 𝑂 𝐵 )
ntrnei.r ⊢ ( 𝜑 → 𝐼 𝐹 𝑁 )
Assertion ntrneiiso ( 𝜑 → ( ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) ⊆ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ 𝐵 ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ∧ 𝑠 ⊆ 𝑡 ) → 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ntrnei.o ⊢ 𝑂 = ( 𝑖 ∈ V , 𝑗 ∈ V ↦ ( 𝑘 ∈ ( 𝒫 𝑗 ↑m 𝑖 ) ↦ ( 𝑙 ∈ 𝑗 ↦ { 𝑚 ∈ 𝑖 ∣ 𝑙 ∈ ( 𝑘 ‘ 𝑚 ) } ) ) )
2 ntrnei.f ⊢ 𝐹 = ( 𝒫 𝐵 𝑂 𝐵 )
3 ntrnei.r ⊢ ( 𝜑 → 𝐼 𝐹 𝑁 )
4 df-ss ⊢ ( ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) ⊆ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ↔ ∀ 𝑥 ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) )
5 4 imbi2i ⊢ ( ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) ⊆ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ↔ ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ∀ 𝑥 ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) )
6 19.21v ⊢ ( ∀ 𝑥 ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) ↔ ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ∀ 𝑥 ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) )
7 5 6 bitr4i ⊢ ( ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) ⊆ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥 ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) )
8 ax-1 ⊢ ( ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) → ( 𝑥 ∈ 𝐵 → ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) ) )
9 simpll ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → 𝜑 )
10 1 2 3 ntrneiiex ⊢ ( 𝜑 → 𝐼 ∈ ( 𝒫 𝐵 ↑m 𝒫 𝐵 ) )
11 elmapi ⊢ ( 𝐼 ∈ ( 𝒫 𝐵 ↑m 𝒫 𝐵 ) → 𝐼 : 𝒫 𝐵 ⟶ 𝒫 𝐵 )
12 9 10 11 3syl ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → 𝐼 : 𝒫 𝐵 ⟶ 𝒫 𝐵 )
13 simplr ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 )
14 12 13 ffvelcdmd ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) ∈ 𝒫 𝐵 )
15 14 elpwid ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) ⊆ 𝐵 )
16 15 sselda ⊢ ( ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) ) → 𝑥 ∈ 𝐵 )
17 16 pm2.24d ⊢ ( ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) ) → ( ¬ 𝑥 ∈ 𝐵 → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) )
18 17 ex ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → ( ¬ 𝑥 ∈ 𝐵 → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) )
19 18 com23 ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ¬ 𝑥 ∈ 𝐵 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) )
20 19 a1dd ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ¬ 𝑥 ∈ 𝐵 → ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) ) )
21 idd ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) → ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) ) )
22 20 21 jad ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ( 𝑥 ∈ 𝐵 → ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) ) → ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) ) )
23 8 22 impbid2 ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) ↔ ( 𝑥 ∈ 𝐵 → ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) ) ) )
24 23 albidv ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ∀ 𝑥 ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) ↔ ∀ 𝑥 ( 𝑥 ∈ 𝐵 → ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) ) ) )
25 df-ral ⊢ ( ∀ 𝑥 ∈ 𝐵 ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) ↔ ∀ 𝑥 ( 𝑥 ∈ 𝐵 → ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) ) )
26 24 25 bitr4di ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ∀ 𝑥 ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ 𝐵 ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) ) )
27 3 ad3antrrr ⊢ ( ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥 ∈ 𝐵 ) → 𝐼 𝐹 𝑁 )
28 simpr ⊢ ( ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥 ∈ 𝐵 ) → 𝑥 ∈ 𝐵 )
29 simpllr ⊢ ( ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥 ∈ 𝐵 ) → 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 )
30 1 2 27 28 29 ntrneiel ⊢ ( ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥 ∈ 𝐵 ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) ↔ 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) )
31 simplr ⊢ ( ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥 ∈ 𝐵 ) → 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 )
32 1 2 27 28 31 ntrneiel ⊢ ( ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥 ∈ 𝐵 ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ↔ 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) )
33 30 32 imbi12d ⊢ ( ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥 ∈ 𝐵 ) → ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ↔ ( 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) → 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) ) )
34 33 imbi2d ⊢ ( ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥 ∈ 𝐵 ) → ( ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) ↔ ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) → 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) ) ) )
35 impexp ⊢ ( ( ( 𝑠 ⊆ 𝑡 ∧ 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) → 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) ↔ ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) → 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) ) )
36 ancomst ⊢ ( ( ( 𝑠 ⊆ 𝑡 ∧ 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) → 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) ↔ ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ∧ 𝑠 ⊆ 𝑡 ) → 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) )
37 35 36 bitr3i ⊢ ( ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) → 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) ) ↔ ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ∧ 𝑠 ⊆ 𝑡 ) → 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) )
38 34 37 bitrdi ⊢ ( ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥 ∈ 𝐵 ) → ( ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) ↔ ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ∧ 𝑠 ⊆ 𝑡 ) → 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) ) )
39 38 ralbidva ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ∀ 𝑥 ∈ 𝐵 ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ 𝐵 ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ∧ 𝑠 ⊆ 𝑡 ) → 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) ) )
40 26 39 bitrd ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ∀ 𝑥 ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ 𝐵 ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ∧ 𝑠 ⊆ 𝑡 ) → 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) ) )
41 7 40 bitrid ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) ⊆ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ 𝐵 ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ∧ 𝑠 ⊆ 𝑡 ) → 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) ) )
42 41 ralbidva ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) ⊆ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ∀ 𝑥 ∈ 𝐵 ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ∧ 𝑠 ⊆ 𝑡 ) → 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) ) )
43 ralcom ⊢ ( ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ∀ 𝑥 ∈ 𝐵 ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ∧ 𝑠 ⊆ 𝑡 ) → 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ 𝐵 ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ∧ 𝑠 ⊆ 𝑡 ) → 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) )
44 42 43 bitrdi ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) ⊆ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ 𝐵 ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ∧ 𝑠 ⊆ 𝑡 ) → 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) ) )
45 44 ralbidva ⊢ ( 𝜑 → ( ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) ⊆ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ∀ 𝑥 ∈ 𝐵 ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ∧ 𝑠 ⊆ 𝑡 ) → 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) ) )
46 ralcom ⊢ ( ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ∀ 𝑥 ∈ 𝐵 ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ∧ 𝑠 ⊆ 𝑡 ) → 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ 𝐵 ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ∧ 𝑠 ⊆ 𝑡 ) → 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) )
47 45 46 bitrdi ⊢ ( 𝜑 → ( ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( 𝑠 ⊆ 𝑡 → ( 𝐼 ‘ 𝑠 ) ⊆ ( 𝐼 ‘ 𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ 𝐵 ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ∧ 𝑠 ⊆ 𝑡 ) → 𝑡 ∈ ( 𝑁 ‘ 𝑥 ) ) ) )