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Theorem qtopcmap

Description: If F is a surjective continuous closed map, then it is a quotient map. (A closed map is a function that maps closed sets to closed sets.) (Contributed by Mario Carneiro, 24-Mar-2015)

Ref Expression
Hypotheses qtopomap.4 ( 𝜑𝐾 ∈ ( TopOn ‘ 𝑌 ) )
qtopomap.5 ( 𝜑𝐹 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐾 ) )
qtopomap.6 ( 𝜑 → ran 𝐹 = 𝑌 )
qtopcmap.7 ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) → ( 𝐹𝑥 ) ∈ ( Clsd ‘ 𝐾 ) )
Assertion qtopcmap ( 𝜑𝐾 = ( 𝐽 qTop 𝐹 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 qtopomap.4 ( 𝜑𝐾 ∈ ( TopOn ‘ 𝑌 ) )
2 qtopomap.5 ( 𝜑𝐹 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐾 ) )
3 qtopomap.6 ( 𝜑 → ran 𝐹 = 𝑌 )
4 qtopcmap.7 ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) → ( 𝐹𝑥 ) ∈ ( Clsd ‘ 𝐾 ) )
5 qtopss ( ( 𝐹 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐾 ) ∧ 𝐾 ∈ ( TopOn ‘ 𝑌 ) ∧ ran 𝐹 = 𝑌 ) → 𝐾 ⊆ ( 𝐽 qTop 𝐹 ) )
6 2 1 3 5 syl3anc ( 𝜑𝐾 ⊆ ( 𝐽 qTop 𝐹 ) )
7 cntop1 ( 𝐹 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐾 ) → 𝐽 ∈ Top )
8 2 7 syl ( 𝜑𝐽 ∈ Top )
9 toptopon2 ( 𝐽 ∈ Top ↔ 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝐽 ) )
10 8 9 sylib ( 𝜑𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝐽 ) )
11 cnf2 ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝐽 ) ∧ 𝐾 ∈ ( TopOn ‘ 𝑌 ) ∧ 𝐹 ∈ ( 𝐽 Cn 𝐾 ) ) → 𝐹 : 𝐽𝑌 )
12 10 1 2 11 syl3anc ( 𝜑𝐹 : 𝐽𝑌 )
13 12 ffnd ( 𝜑𝐹 Fn 𝐽 )
14 df-fo ( 𝐹 : 𝐽onto𝑌 ↔ ( 𝐹 Fn 𝐽 ∧ ran 𝐹 = 𝑌 ) )
15 13 3 14 sylanbrc ( 𝜑𝐹 : 𝐽onto𝑌 )
16 eqid 𝐽 = 𝐽
17 16 elqtop2 ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹 : 𝐽onto𝑌 ) → ( 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ↔ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) )
18 8 15 17 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ↔ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) )
19 15 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → 𝐹 : 𝐽onto𝑌 )
20 difss ( 𝑌𝑦 ) ⊆ 𝑌
21 foimacnv ( ( 𝐹 : 𝐽onto𝑌 ∧ ( 𝑌𝑦 ) ⊆ 𝑌 ) → ( 𝐹 “ ( 𝐹 “ ( 𝑌𝑦 ) ) ) = ( 𝑌𝑦 ) )
22 19 20 21 sylancl ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → ( 𝐹 “ ( 𝐹 “ ( 𝑌𝑦 ) ) ) = ( 𝑌𝑦 ) )
23 1 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → 𝐾 ∈ ( TopOn ‘ 𝑌 ) )
24 toponuni ( 𝐾 ∈ ( TopOn ‘ 𝑌 ) → 𝑌 = 𝐾 )
25 23 24 syl ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → 𝑌 = 𝐾 )
26 25 difeq1d ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → ( 𝑌𝑦 ) = ( 𝐾𝑦 ) )
27 22 26 eqtrd ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → ( 𝐹 “ ( 𝐹 “ ( 𝑌𝑦 ) ) ) = ( 𝐾𝑦 ) )
28 imaeq2 ( 𝑥 = ( 𝐹 “ ( 𝑌𝑦 ) ) → ( 𝐹𝑥 ) = ( 𝐹 “ ( 𝐹 “ ( 𝑌𝑦 ) ) ) )
29 28 eleq1d ( 𝑥 = ( 𝐹 “ ( 𝑌𝑦 ) ) → ( ( 𝐹𝑥 ) ∈ ( Clsd ‘ 𝐾 ) ↔ ( 𝐹 “ ( 𝐹 “ ( 𝑌𝑦 ) ) ) ∈ ( Clsd ‘ 𝐾 ) ) )
30 4 ralrimiva ( 𝜑 → ∀ 𝑥 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ( 𝐹𝑥 ) ∈ ( Clsd ‘ 𝐾 ) )
31 30 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → ∀ 𝑥 ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ( 𝐹𝑥 ) ∈ ( Clsd ‘ 𝐾 ) )
32 fofun ( 𝐹 : 𝐽onto𝑌 → Fun 𝐹 )
33 funcnvcnv ( Fun 𝐹 → Fun 𝐹 )
34 imadif ( Fun 𝐹 → ( 𝐹 “ ( 𝑌𝑦 ) ) = ( ( 𝐹𝑌 ) ∖ ( 𝐹𝑦 ) ) )
35 19 32 33 34 4syl ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → ( 𝐹 “ ( 𝑌𝑦 ) ) = ( ( 𝐹𝑌 ) ∖ ( 𝐹𝑦 ) ) )
36 12 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → 𝐹 : 𝐽𝑌 )
37 fimacnv ( 𝐹 : 𝐽𝑌 → ( 𝐹𝑌 ) = 𝐽 )
38 36 37 syl ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → ( 𝐹𝑌 ) = 𝐽 )
39 38 difeq1d ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → ( ( 𝐹𝑌 ) ∖ ( 𝐹𝑦 ) ) = ( 𝐽 ∖ ( 𝐹𝑦 ) ) )
40 35 39 eqtrd ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → ( 𝐹 “ ( 𝑌𝑦 ) ) = ( 𝐽 ∖ ( 𝐹𝑦 ) ) )
41 8 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → 𝐽 ∈ Top )
42 simprr ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 )
43 16 opncld ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) → ( 𝐽 ∖ ( 𝐹𝑦 ) ) ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) )
44 41 42 43 syl2anc ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → ( 𝐽 ∖ ( 𝐹𝑦 ) ) ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) )
45 40 44 eqeltrd ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → ( 𝐹 “ ( 𝑌𝑦 ) ) ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) )
46 29 31 45 rspcdva ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → ( 𝐹 “ ( 𝐹 “ ( 𝑌𝑦 ) ) ) ∈ ( Clsd ‘ 𝐾 ) )
47 27 46 eqeltrrd ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → ( 𝐾𝑦 ) ∈ ( Clsd ‘ 𝐾 ) )
48 topontop ( 𝐾 ∈ ( TopOn ‘ 𝑌 ) → 𝐾 ∈ Top )
49 23 48 syl ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → 𝐾 ∈ Top )
50 simprl ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → 𝑦𝑌 )
51 50 25 sseqtrd ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → 𝑦 𝐾 )
52 eqid 𝐾 = 𝐾
53 52 isopn2 ( ( 𝐾 ∈ Top ∧ 𝑦 𝐾 ) → ( 𝑦𝐾 ↔ ( 𝐾𝑦 ) ∈ ( Clsd ‘ 𝐾 ) ) )
54 49 51 53 syl2anc ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → ( 𝑦𝐾 ↔ ( 𝐾𝑦 ) ∈ ( Clsd ‘ 𝐾 ) ) )
55 47 54 mpbird ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) → 𝑦𝐾 )
56 55 ex ( 𝜑 → ( ( 𝑦𝑌 ∧ ( 𝐹𝑦 ) ∈ 𝐽 ) → 𝑦𝐾 ) )
57 18 56 sylbid ( 𝜑 → ( 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop 𝐹 ) → 𝑦𝐾 ) )
58 57 ssrdv ( 𝜑 → ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ⊆ 𝐾 )
59 6 58 eqssd ( 𝜑𝐾 = ( 𝐽 qTop 𝐹 ) )