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Theorem ntrneik13

Description: The interior of the intersection of any pair equals intersection of interiors if and only if the intersection of any pair belonging to the neighborhood of a point is equivalent to both of the pair belonging to the neighborhood of that point. (Contributed by RP, 19-Jun-2021)

Ref Expression
Hypotheses ntrnei.o 𝑂 = ( 𝑖 ∈ V , 𝑗 ∈ V ↦ ( 𝑘 ∈ ( 𝒫 𝑗m 𝑖 ) ↦ ( 𝑙𝑗 ↦ { 𝑚𝑖𝑙 ∈ ( 𝑘𝑚 ) } ) ) )
ntrnei.f 𝐹 = ( 𝒫 𝐵 𝑂 𝐵 )
ntrnei.r ( 𝜑𝐼 𝐹 𝑁 )
Assertion ntrneik13 ( 𝜑 → ( ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) = ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥𝐵𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) ∈ ( 𝑁𝑥 ) ↔ ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ntrnei.o 𝑂 = ( 𝑖 ∈ V , 𝑗 ∈ V ↦ ( 𝑘 ∈ ( 𝒫 𝑗m 𝑖 ) ↦ ( 𝑙𝑗 ↦ { 𝑚𝑖𝑙 ∈ ( 𝑘𝑚 ) } ) ) )
2 ntrnei.f 𝐹 = ( 𝒫 𝐵 𝑂 𝐵 )
3 ntrnei.r ( 𝜑𝐼 𝐹 𝑁 )
4 dfss3 ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ⊆ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) )
5 1 2 3 ntrneiiex ( 𝜑𝐼 ∈ ( 𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵 ) )
6 elmapi ( 𝐼 ∈ ( 𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵 ) → 𝐼 : 𝒫 𝐵 ⟶ 𝒫 𝐵 )
7 5 6 syl ( 𝜑𝐼 : 𝒫 𝐵 ⟶ 𝒫 𝐵 )
8 7 ad2antrr ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → 𝐼 : 𝒫 𝐵 ⟶ 𝒫 𝐵 )
9 1 2 3 ntrneibex ( 𝜑𝐵 ∈ V )
10 9 ad2antrr ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → 𝐵 ∈ V )
11 simplr ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 )
12 elpwi ( 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑠𝐵 )
13 ssinss1 ( 𝑠𝐵 → ( 𝑠𝑡 ) ⊆ 𝐵 )
14 11 12 13 3syl ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝑠𝑡 ) ⊆ 𝐵 )
15 10 14 sselpwd ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝑠𝑡 ) ∈ 𝒫 𝐵 )
16 8 15 ffvelrnd ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ∈ 𝒫 𝐵 )
17 16 elpwid ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ⊆ 𝐵 )
18 ralss ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ⊆ 𝐵 → ( ∀ 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥𝐵 ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) → 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ) ) )
19 17 18 syl ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ∀ 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥𝐵 ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) → 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ) ) )
20 4 19 syl5bb ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ⊆ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥𝐵 ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) → 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ) ) )
21 dfss3 ( ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ⊆ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) )
22 7 ffvelrnda ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝐼𝑠 ) ∈ 𝒫 𝐵 )
23 22 elpwid ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝐼𝑠 ) ⊆ 𝐵 )
24 ssinss1 ( ( 𝐼𝑠 ) ⊆ 𝐵 → ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ⊆ 𝐵 )
25 23 24 syl ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ⊆ 𝐵 )
26 25 adantr ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ⊆ 𝐵 )
27 ralss ( ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ⊆ 𝐵 → ( ∀ 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥𝐵 ( 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ) ) )
28 26 27 syl ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ∀ 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥𝐵 ( 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ) ) )
29 21 28 syl5bb ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ⊆ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥𝐵 ( 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ) ) )
30 20 29 anbi12d ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ⊆ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ∧ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ⊆ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ) ↔ ( ∀ 𝑥𝐵 ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) → 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ) ∧ ∀ 𝑥𝐵 ( 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ) ) ) )
31 eqss ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) = ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ⊆ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ∧ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ⊆ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ) )
32 ralbiim ( ∀ 𝑥𝐵 ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ↔ 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ) ↔ ( ∀ 𝑥𝐵 ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) → 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ) ∧ ∀ 𝑥𝐵 ( 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) → 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ) ) )
33 30 31 32 3bitr4g ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) = ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥𝐵 ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ↔ 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ) ) )
34 3 ad3antrrr ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → 𝐼 𝐹 𝑁 )
35 simpr ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → 𝑥𝐵 )
36 9 adantr ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) → 𝐵 ∈ V )
37 simpr ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) → 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 )
38 37 elpwid ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) → 𝑠𝐵 )
39 38 13 syl ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝑠𝑡 ) ⊆ 𝐵 )
40 36 39 sselpwd ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝑠𝑡 ) ∈ 𝒫 𝐵 )
41 40 ad2antrr ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → ( 𝑠𝑡 ) ∈ 𝒫 𝐵 )
42 1 2 34 35 41 ntrneiel ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ↔ ( 𝑠𝑡 ) ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) )
43 elin ( 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) )
44 simpllr ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 )
45 1 2 34 35 44 ntrneiel ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ↔ 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) )
46 simplr ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 )
47 1 2 34 35 46 ntrneiel ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ↔ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) )
48 45 47 anbi12d ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) )
49 43 48 syl5bb ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → ( 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) )
50 42 49 bibi12d ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ↔ 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ) ↔ ( ( 𝑠𝑡 ) ∈ ( 𝑁𝑥 ) ↔ ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) ) )
51 50 ralbidva ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ∀ 𝑥𝐵 ( 𝑥 ∈ ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) ↔ 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ) ↔ ∀ 𝑥𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) ∈ ( 𝑁𝑥 ) ↔ ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) ) )
52 33 51 bitrd ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) = ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) ∈ ( 𝑁𝑥 ) ↔ ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) ) )
53 52 ralbidva ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) = ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) ∈ ( 𝑁𝑥 ) ↔ ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) ) )
54 ralcom ( ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) ∈ ( 𝑁𝑥 ) ↔ ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) ↔ ∀ 𝑥𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) ∈ ( 𝑁𝑥 ) ↔ ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) )
55 53 54 bitrdi ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) = ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) ∈ ( 𝑁𝑥 ) ↔ ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) ) )
56 55 ralbidva ( 𝜑 → ( ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) = ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) ∈ ( 𝑁𝑥 ) ↔ ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) ) )
57 ralcom ( ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) ∈ ( 𝑁𝑥 ) ↔ ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) ↔ ∀ 𝑥𝐵𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) ∈ ( 𝑁𝑥 ) ↔ ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) )
58 56 57 bitrdi ( 𝜑 → ( ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( 𝐼 ‘ ( 𝑠𝑡 ) ) = ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥𝐵𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) ∈ ( 𝑁𝑥 ) ↔ ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) ) )