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Theorem ntrneikb

Description: The interiors of disjoint sets are disjoint if and only if the neighborhoods of every point contain no disjoint sets. (Contributed by RP, 11-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 ntrneikb ( 𝜑 → ( ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) = ∅ → ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) = ∅ ) ↔ ∀ 𝑥𝐵𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ) )

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 con34b ( ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ↔ ( ¬ ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ → ¬ ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ) )
5 4 albii ( ∀ 𝑥 ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ↔ ∀ 𝑥 ( ¬ ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ → ¬ ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ) )
6 19.21v ( ∀ 𝑥 ( ¬ ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ → ¬ ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ) ↔ ( ¬ ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ → ∀ 𝑥 ¬ ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ) )
7 nne ( ¬ ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ↔ ( 𝑠𝑡 ) = ∅ )
8 elin ( 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) )
9 8 imbi1i ( ( 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) → 𝑥 ∈ ∅ ) ↔ ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → 𝑥 ∈ ∅ ) )
10 noel ¬ 𝑥 ∈ ∅
11 imnot ( ¬ 𝑥 ∈ ∅ → ( ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → 𝑥 ∈ ∅ ) ↔ ¬ ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ) )
12 10 11 ax-mp ( ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → 𝑥 ∈ ∅ ) ↔ ¬ ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) )
13 9 12 bitr2i ( ¬ ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ( 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) → 𝑥 ∈ ∅ ) )
14 13 albii ( ∀ 𝑥 ¬ ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥 ( 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) → 𝑥 ∈ ∅ ) )
15 dfss2 ( ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ⊆ ∅ ↔ ∀ 𝑥 ( 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) → 𝑥 ∈ ∅ ) )
16 ss0b ( ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) ⊆ ∅ ↔ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) = ∅ )
17 14 15 16 3bitr2i ( ∀ 𝑥 ¬ ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) = ∅ )
18 7 17 imbi12i ( ( ¬ ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ → ∀ 𝑥 ¬ ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ) ↔ ( ( 𝑠𝑡 ) = ∅ → ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) = ∅ ) )
19 5 6 18 3bitrri ( ( ( 𝑠𝑡 ) = ∅ → ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) = ∅ ) ↔ ∀ 𝑥 ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) )
20 1 2 3 ntrneiiex ( 𝜑𝐼 ∈ ( 𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵 ) )
21 elmapi ( 𝐼 ∈ ( 𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵 ) → 𝐼 : 𝒫 𝐵 ⟶ 𝒫 𝐵 )
22 20 21 syl ( 𝜑𝐼 : 𝒫 𝐵 ⟶ 𝒫 𝐵 )
23 22 ffvelrnda ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝐼𝑠 ) ∈ 𝒫 𝐵 )
24 23 adantr ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝐼𝑠 ) ∈ 𝒫 𝐵 )
25 24 elpwid ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝐼𝑠 ) ⊆ 𝐵 )
26 25 sseld ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) → 𝑥𝐵 ) )
27 26 adantrd ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → 𝑥𝐵 ) )
28 27 imp ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ) → 𝑥𝐵 )
29 biimt ( 𝑥𝐵 → ( ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ↔ ( 𝑥𝐵 → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ) )
30 28 29 syl ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ) → ( ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ↔ ( 𝑥𝐵 → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ) )
31 30 pm5.74da ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ↔ ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → ( 𝑥𝐵 → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ) ) )
32 bi2.04 ( ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → ( 𝑥𝐵 → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ) ↔ ( 𝑥𝐵 → ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ) )
33 31 32 bitrdi ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ↔ ( 𝑥𝐵 → ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ) ) )
34 33 albidv ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ∀ 𝑥 ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ↔ ∀ 𝑥 ( 𝑥𝐵 → ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ) ) )
35 df-ral ( ∀ 𝑥𝐵 ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ↔ ∀ 𝑥 ( 𝑥𝐵 → ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ) )
36 34 35 bitr4di ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ∀ 𝑥 ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ↔ ∀ 𝑥𝐵 ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ) )
37 3 ad3antrrr ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → 𝐼 𝐹 𝑁 )
38 simpr ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → 𝑥𝐵 )
39 simpllr ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 )
40 1 2 37 38 39 ntrneiel ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ↔ 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) )
41 simplr ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 )
42 1 2 37 38 41 ntrneiel ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ↔ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) )
43 40 42 anbi12d ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) )
44 43 imbi1d ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → ( ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ↔ ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ) )
45 44 ralbidva ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ∀ 𝑥𝐵 ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ↔ ∀ 𝑥𝐵 ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ) )
46 36 45 bitrd ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ∀ 𝑥 ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ↔ ∀ 𝑥𝐵 ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ) )
47 19 46 syl5bb ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ( ( 𝑠𝑡 ) = ∅ → ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) = ∅ ) ↔ ∀ 𝑥𝐵 ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ) )
48 47 ralbidva ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) = ∅ → ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) = ∅ ) ↔ ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵 ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ) )
49 48 ralbidva ( 𝜑 → ( ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) = ∅ → ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) = ∅ ) ↔ ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵 ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ) )
50 ralrot3 ( ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵 ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ↔ ∀ 𝑥𝐵𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) )
51 49 50 bitrdi ( 𝜑 → ( ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) = ∅ → ( ( 𝐼𝑠 ) ∩ ( 𝐼𝑡 ) ) = ∅ ) ↔ ∀ 𝑥𝐵𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∧ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) → ( 𝑠𝑡 ) ≠ ∅ ) ) )