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Theorem trcfilu

Description: Condition for the trace of a Cauchy filter base to be a Cauchy filter base for the restricted uniform structure. (Contributed by Thierry Arnoux, 24-Jan-2018)

Ref Expression
Assertion trcfilu ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) → ( 𝐹t 𝐴 ) ∈ ( CauFilu ‘ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 simp1 ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) → 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) )
2 simp2l ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) → 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) )
3 iscfilu ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) → ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ↔ ( 𝐹 ∈ ( fBas ‘ 𝑋 ) ∧ ∀ 𝑣𝑈𝑎𝐹 ( 𝑎 × 𝑎 ) ⊆ 𝑣 ) ) )
4 3 biimpa ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ) → ( 𝐹 ∈ ( fBas ‘ 𝑋 ) ∧ ∀ 𝑣𝑈𝑎𝐹 ( 𝑎 × 𝑎 ) ⊆ 𝑣 ) )
5 1 2 4 syl2anc ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) → ( 𝐹 ∈ ( fBas ‘ 𝑋 ) ∧ ∀ 𝑣𝑈𝑎𝐹 ( 𝑎 × 𝑎 ) ⊆ 𝑣 ) )
6 5 simpld ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) → 𝐹 ∈ ( fBas ‘ 𝑋 ) )
7 simp3 ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) → 𝐴𝑋 )
8 simp2r ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) → ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) )
9 trfbas2 ( ( 𝐹 ∈ ( fBas ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐴𝑋 ) → ( ( 𝐹t 𝐴 ) ∈ ( fBas ‘ 𝐴 ) ↔ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) )
10 9 biimpar ( ( ( 𝐹 ∈ ( fBas ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) → ( 𝐹t 𝐴 ) ∈ ( fBas ‘ 𝐴 ) )
11 6 7 8 10 syl21anc ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) → ( 𝐹t 𝐴 ) ∈ ( fBas ‘ 𝐴 ) )
12 2 ad5antr ( ( ( ( ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑣𝑈 ) ∧ 𝑤 = ( 𝑣 ∩ ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑎𝐹 ) ∧ ( 𝑎 × 𝑎 ) ⊆ 𝑣 ) → 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) )
13 1 adantr ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) → 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) )
14 13 elfvexd ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) → 𝑋 ∈ V )
15 7 adantr ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) → 𝐴𝑋 )
16 14 15 ssexd ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) → 𝐴 ∈ V )
17 16 ad4antr ( ( ( ( ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑣𝑈 ) ∧ 𝑤 = ( 𝑣 ∩ ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑎𝐹 ) ∧ ( 𝑎 × 𝑎 ) ⊆ 𝑣 ) → 𝐴 ∈ V )
18 simplr ( ( ( ( ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑣𝑈 ) ∧ 𝑤 = ( 𝑣 ∩ ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑎𝐹 ) ∧ ( 𝑎 × 𝑎 ) ⊆ 𝑣 ) → 𝑎𝐹 )
19 elrestr ( ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ 𝐴 ∈ V ∧ 𝑎𝐹 ) → ( 𝑎𝐴 ) ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) )
20 12 17 18 19 syl3anc ( ( ( ( ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑣𝑈 ) ∧ 𝑤 = ( 𝑣 ∩ ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑎𝐹 ) ∧ ( 𝑎 × 𝑎 ) ⊆ 𝑣 ) → ( 𝑎𝐴 ) ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) )
21 inxp ( ( 𝑎 × 𝑎 ) ∩ ( 𝐴 × 𝐴 ) ) = ( ( 𝑎𝐴 ) × ( 𝑎𝐴 ) )
22 simpr ( ( ( ( ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑣𝑈 ) ∧ 𝑤 = ( 𝑣 ∩ ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑎𝐹 ) ∧ ( 𝑎 × 𝑎 ) ⊆ 𝑣 ) → ( 𝑎 × 𝑎 ) ⊆ 𝑣 )
23 22 ssrind ( ( ( ( ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑣𝑈 ) ∧ 𝑤 = ( 𝑣 ∩ ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑎𝐹 ) ∧ ( 𝑎 × 𝑎 ) ⊆ 𝑣 ) → ( ( 𝑎 × 𝑎 ) ∩ ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ⊆ ( 𝑣 ∩ ( 𝐴 × 𝐴 ) ) )
24 simpllr ( ( ( ( ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑣𝑈 ) ∧ 𝑤 = ( 𝑣 ∩ ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑎𝐹 ) ∧ ( 𝑎 × 𝑎 ) ⊆ 𝑣 ) → 𝑤 = ( 𝑣 ∩ ( 𝐴 × 𝐴 ) ) )
25 23 24 sseqtrrd ( ( ( ( ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑣𝑈 ) ∧ 𝑤 = ( 𝑣 ∩ ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑎𝐹 ) ∧ ( 𝑎 × 𝑎 ) ⊆ 𝑣 ) → ( ( 𝑎 × 𝑎 ) ∩ ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ⊆ 𝑤 )
26 21 25 eqsstrrid ( ( ( ( ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑣𝑈 ) ∧ 𝑤 = ( 𝑣 ∩ ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑎𝐹 ) ∧ ( 𝑎 × 𝑎 ) ⊆ 𝑣 ) → ( ( 𝑎𝐴 ) × ( 𝑎𝐴 ) ) ⊆ 𝑤 )
27 id ( 𝑏 = ( 𝑎𝐴 ) → 𝑏 = ( 𝑎𝐴 ) )
28 27 sqxpeqd ( 𝑏 = ( 𝑎𝐴 ) → ( 𝑏 × 𝑏 ) = ( ( 𝑎𝐴 ) × ( 𝑎𝐴 ) ) )
29 28 sseq1d ( 𝑏 = ( 𝑎𝐴 ) → ( ( 𝑏 × 𝑏 ) ⊆ 𝑤 ↔ ( ( 𝑎𝐴 ) × ( 𝑎𝐴 ) ) ⊆ 𝑤 ) )
30 29 rspcev ( ( ( 𝑎𝐴 ) ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ∧ ( ( 𝑎𝐴 ) × ( 𝑎𝐴 ) ) ⊆ 𝑤 ) → ∃ 𝑏 ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ( 𝑏 × 𝑏 ) ⊆ 𝑤 )
31 20 26 30 syl2anc ( ( ( ( ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑣𝑈 ) ∧ 𝑤 = ( 𝑣 ∩ ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑎𝐹 ) ∧ ( 𝑎 × 𝑎 ) ⊆ 𝑣 ) → ∃ 𝑏 ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ( 𝑏 × 𝑏 ) ⊆ 𝑤 )
32 5 simprd ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) → ∀ 𝑣𝑈𝑎𝐹 ( 𝑎 × 𝑎 ) ⊆ 𝑣 )
33 32 r19.21bi ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ 𝑣𝑈 ) → ∃ 𝑎𝐹 ( 𝑎 × 𝑎 ) ⊆ 𝑣 )
34 33 ad4ant13 ( ( ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑣𝑈 ) ∧ 𝑤 = ( 𝑣 ∩ ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) → ∃ 𝑎𝐹 ( 𝑎 × 𝑎 ) ⊆ 𝑣 )
35 31 34 r19.29a ( ( ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ∧ 𝑣𝑈 ) ∧ 𝑤 = ( 𝑣 ∩ ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) → ∃ 𝑏 ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ( 𝑏 × 𝑏 ) ⊆ 𝑤 )
36 16 16 xpexd ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) → ( 𝐴 × 𝐴 ) ∈ V )
37 simpr ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) → 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) )
38 elrest ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐴 × 𝐴 ) ∈ V ) → ( 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ↔ ∃ 𝑣𝑈 𝑤 = ( 𝑣 ∩ ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) )
39 38 biimpa ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐴 × 𝐴 ) ∈ V ) ∧ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) → ∃ 𝑣𝑈 𝑤 = ( 𝑣 ∩ ( 𝐴 × 𝐴 ) ) )
40 13 36 37 39 syl21anc ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) → ∃ 𝑣𝑈 𝑤 = ( 𝑣 ∩ ( 𝐴 × 𝐴 ) ) )
41 35 40 r19.29a ( ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) ∧ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) → ∃ 𝑏 ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ( 𝑏 × 𝑏 ) ⊆ 𝑤 )
42 41 ralrimiva ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) → ∀ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ∃ 𝑏 ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ( 𝑏 × 𝑏 ) ⊆ 𝑤 )
43 trust ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐴𝑋 ) → ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ∈ ( UnifOn ‘ 𝐴 ) )
44 1 7 43 syl2anc ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) → ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ∈ ( UnifOn ‘ 𝐴 ) )
45 iscfilu ( ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ∈ ( UnifOn ‘ 𝐴 ) → ( ( 𝐹t 𝐴 ) ∈ ( CauFilu ‘ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ↔ ( ( 𝐹t 𝐴 ) ∈ ( fBas ‘ 𝐴 ) ∧ ∀ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ∃ 𝑏 ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ( 𝑏 × 𝑏 ) ⊆ 𝑤 ) ) )
46 44 45 syl ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) → ( ( 𝐹t 𝐴 ) ∈ ( CauFilu ‘ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) ↔ ( ( 𝐹t 𝐴 ) ∈ ( fBas ‘ 𝐴 ) ∧ ∀ 𝑤 ∈ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ∃ 𝑏 ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ( 𝑏 × 𝑏 ) ⊆ 𝑤 ) ) )
47 11 42 46 mpbir2and ( ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ∧ ( 𝐹 ∈ ( CauFilu𝑈 ) ∧ ¬ ∅ ∈ ( 𝐹t 𝐴 ) ) ∧ 𝐴𝑋 ) → ( 𝐹t 𝐴 ) ∈ ( CauFilu ‘ ( 𝑈t ( 𝐴 × 𝐴 ) ) ) )