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Theorem t0kq

Description: A topological space is T_0 iff the quotient map is a homeomorphism onto the space's Kolmogorov quotient. (Contributed by Mario Carneiro, 25-Aug-2015)

Ref Expression
Hypothesis t0kq.1 𝐹 = ( 𝑥𝑋 ↦ { 𝑦𝐽𝑥𝑦 } )
Assertion t0kq ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) → ( 𝐽 ∈ Kol2 ↔ 𝐹 ∈ ( 𝐽 Homeo ( KQ ‘ 𝐽 ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 t0kq.1 𝐹 = ( 𝑥𝑋 ↦ { 𝑦𝐽𝑥𝑦 } )
2 simpl ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐽 ∈ Kol2 ) → 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) )
3 1 ist0-4 ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) → ( 𝐽 ∈ Kol2 ↔ 𝐹 : 𝑋1-1→ V ) )
4 3 biimpa ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐽 ∈ Kol2 ) → 𝐹 : 𝑋1-1→ V )
5 2 4 qtopf1 ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐽 ∈ Kol2 ) → 𝐹 ∈ ( 𝐽 Homeo ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ) )
6 1 kqval ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) → ( KQ ‘ 𝐽 ) = ( 𝐽 qTop 𝐹 ) )
7 6 adantr ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐽 ∈ Kol2 ) → ( KQ ‘ 𝐽 ) = ( 𝐽 qTop 𝐹 ) )
8 7 oveq2d ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐽 ∈ Kol2 ) → ( 𝐽 Homeo ( KQ ‘ 𝐽 ) ) = ( 𝐽 Homeo ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ) )
9 5 8 eleqtrrd ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐽 ∈ Kol2 ) → 𝐹 ∈ ( 𝐽 Homeo ( KQ ‘ 𝐽 ) ) )
10 hmphi ( 𝐹 ∈ ( 𝐽 Homeo ( KQ ‘ 𝐽 ) ) → 𝐽 ≃ ( KQ ‘ 𝐽 ) )
11 hmphsym ( 𝐽 ≃ ( KQ ‘ 𝐽 ) → ( KQ ‘ 𝐽 ) ≃ 𝐽 )
12 10 11 syl ( 𝐹 ∈ ( 𝐽 Homeo ( KQ ‘ 𝐽 ) ) → ( KQ ‘ 𝐽 ) ≃ 𝐽 )
13 1 kqt0lem ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) → ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Kol2 )
14 t0hmph ( ( KQ ‘ 𝐽 ) ≃ 𝐽 → ( ( KQ ‘ 𝐽 ) ∈ Kol2 → 𝐽 ∈ Kol2 ) )
15 12 13 14 syl2im ( 𝐹 ∈ ( 𝐽 Homeo ( KQ ‘ 𝐽 ) ) → ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) → 𝐽 ∈ Kol2 ) )
16 15 impcom ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 ∈ ( 𝐽 Homeo ( KQ ‘ 𝐽 ) ) ) → 𝐽 ∈ Kol2 )
17 9 16 impbida ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) → ( 𝐽 ∈ Kol2 ↔ 𝐹 ∈ ( 𝐽 Homeo ( KQ ‘ 𝐽 ) ) ) )