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Theorem ntrneixb

Description: The interiors (closures) of sets that span the base set also span the base set if and only if the neighborhoods (convergents) of every point contain at least one of every pair of sets that span the base set. (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 ntrneixb ( 𝜑 → ( ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) = 𝐵 ) ↔ ∀ 𝑥𝐵𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ( 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 eqss ( ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) = 𝐵 ↔ ( ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) ⊆ 𝐵𝐵 ⊆ ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) ) )
5 4 a1i ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) = 𝐵 ↔ ( ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) ⊆ 𝐵𝐵 ⊆ ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) ) ) )
6 1 2 3 ntrneiiex ( 𝜑𝐼 ∈ ( 𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵 ) )
7 elmapi ( 𝐼 ∈ ( 𝒫 𝐵m 𝒫 𝐵 ) → 𝐼 : 𝒫 𝐵 ⟶ 𝒫 𝐵 )
8 6 7 syl ( 𝜑𝐼 : 𝒫 𝐵 ⟶ 𝒫 𝐵 )
9 8 ffvelrnda ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝐼𝑠 ) ∈ 𝒫 𝐵 )
10 9 elpwid ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝐼𝑠 ) ⊆ 𝐵 )
11 10 adantr ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝐼𝑠 ) ⊆ 𝐵 )
12 8 ffvelrnda ( ( 𝜑𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝐼𝑡 ) ∈ 𝒫 𝐵 )
13 12 elpwid ( ( 𝜑𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝐼𝑡 ) ⊆ 𝐵 )
14 13 adantlr ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝐼𝑡 ) ⊆ 𝐵 )
15 11 14 unssd ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) ⊆ 𝐵 )
16 15 biantrurd ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝐵 ⊆ ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ( ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) ⊆ 𝐵𝐵 ⊆ ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) ) ) )
17 dfss3 ( 𝐵 ⊆ ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥𝐵 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) )
18 elun ( 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) )
19 18 ralbii ( ∀ 𝑥𝐵 𝑥 ∈ ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥𝐵 ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) )
20 17 19 bitri ( 𝐵 ⊆ ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥𝐵 ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) )
21 20 a1i ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( 𝐵 ⊆ ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ∀ 𝑥𝐵 ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ) )
22 5 16 21 3bitr2d ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) = 𝐵 ↔ ∀ 𝑥𝐵 ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ) )
23 22 imbi2d ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) = 𝐵 ) ↔ ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ∀ 𝑥𝐵 ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ) ) )
24 r19.21v ( ∀ 𝑥𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ) ↔ ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ∀ 𝑥𝐵 ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ) )
25 24 a1i ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ∀ 𝑥𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ) ↔ ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ∀ 𝑥𝐵 ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ) ) )
26 3 ad3antrrr ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → 𝐼 𝐹 𝑁 )
27 simpr ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → 𝑥𝐵 )
28 simpllr ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 )
29 1 2 26 27 28 ntrneiel ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ↔ 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) )
30 simplr ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 )
31 1 2 26 27 30 ntrneiel ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ↔ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) )
32 29 31 orbi12d ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → ( ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ↔ ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∨ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) )
33 32 imbi2d ( ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑥𝐵 ) → ( ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ) ↔ ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∨ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) ) )
34 33 ralbidva ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ∀ 𝑥𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ( 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑠 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝐼𝑡 ) ) ) ↔ ∀ 𝑥𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∨ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) ) )
35 23 25 34 3bitr2d ( ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) ∧ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) = 𝐵 ) ↔ ∀ 𝑥𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∨ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) ) )
36 35 ralbidva ( ( 𝜑𝑠 ∈ 𝒫 𝐵 ) → ( ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) = 𝐵 ) ↔ ∀ 𝑡 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∨ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) ) )
37 36 ralbidva ( 𝜑 → ( ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) = 𝐵 ) ↔ ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∨ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) ) )
38 ralrot3 ( ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵𝑥𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∨ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) ↔ ∀ 𝑥𝐵𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∨ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) )
39 37 38 bitrdi ( 𝜑 → ( ∀ 𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ( ( 𝐼𝑠 ) ∪ ( 𝐼𝑡 ) ) = 𝐵 ) ↔ ∀ 𝑥𝐵𝑠 ∈ 𝒫 𝐵𝑡 ∈ 𝒫 𝐵 ( ( 𝑠𝑡 ) = 𝐵 → ( 𝑠 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ∨ 𝑡 ∈ ( 𝑁𝑥 ) ) ) ) )