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Theorem xkouni

Description: The base set of the compact-open topology. (Contributed by Mario Carneiro, 19-Mar-2015)

Ref Expression
Hypothesis xkouni.1 𝐽 = ( 𝑆ko 𝑅 )
Assertion xkouni ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑆 ∈ Top ) → ( 𝑅 Cn 𝑆 ) = 𝐽 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 xkouni.1 𝐽 = ( 𝑆ko 𝑅 )
2 ima0 ( 𝑓 “ ∅ ) = ∅
3 0ss ∅ ⊆ 𝑆
4 2 3 eqsstri ( 𝑓 “ ∅ ) ⊆ 𝑆
5 4 a1i ( ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑆 ∈ Top ) ∧ 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ) → ( 𝑓 “ ∅ ) ⊆ 𝑆 )
6 5 ralrimiva ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑆 ∈ Top ) → ∀ 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ( 𝑓 “ ∅ ) ⊆ 𝑆 )
7 rabid2 ( ( 𝑅 Cn 𝑆 ) = { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓 “ ∅ ) ⊆ 𝑆 } ↔ ∀ 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ( 𝑓 “ ∅ ) ⊆ 𝑆 )
8 6 7 sylibr ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑆 ∈ Top ) → ( 𝑅 Cn 𝑆 ) = { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓 “ ∅ ) ⊆ 𝑆 } )
9 eqid 𝑅 = 𝑅
10 simpl ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑆 ∈ Top ) → 𝑅 ∈ Top )
11 simpr ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑆 ∈ Top ) → 𝑆 ∈ Top )
12 0ss ∅ ⊆ 𝑅
13 12 a1i ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑆 ∈ Top ) → ∅ ⊆ 𝑅 )
14 rest0 ( 𝑅 ∈ Top → ( 𝑅t ∅ ) = { ∅ } )
15 14 adantr ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑆 ∈ Top ) → ( 𝑅t ∅ ) = { ∅ } )
16 0cmp { ∅ } ∈ Comp
17 15 16 eqeltrdi ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑆 ∈ Top ) → ( 𝑅t ∅ ) ∈ Comp )
18 eqid 𝑆 = 𝑆
19 18 topopn ( 𝑆 ∈ Top → 𝑆𝑆 )
20 19 adantl ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑆 ∈ Top ) → 𝑆𝑆 )
21 9 10 11 13 17 20 xkoopn ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑆 ∈ Top ) → { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓 “ ∅ ) ⊆ 𝑆 } ∈ ( 𝑆ko 𝑅 ) )
22 8 21 eqeltrd ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑆 ∈ Top ) → ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∈ ( 𝑆ko 𝑅 ) )
23 22 1 eleqtrrdi ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑆 ∈ Top ) → ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∈ 𝐽 )
24 elssuni ( ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∈ 𝐽 → ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ⊆ 𝐽 )
25 23 24 syl ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑆 ∈ Top ) → ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ⊆ 𝐽 )
26 eqid { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } = { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp }
27 eqid ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) = ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } )
28 9 26 27 xkoval ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑆 ∈ Top ) → ( 𝑆ko 𝑅 ) = ( topGen ‘ ( fi ‘ ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ) ) )
29 28 unieqd ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑆 ∈ Top ) → ( 𝑆ko 𝑅 ) = ( topGen ‘ ( fi ‘ ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ) ) )
30 1 unieqi 𝐽 = ( 𝑆ko 𝑅 )
31 ovex ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∈ V
32 31 pwex 𝒫 ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∈ V
33 9 26 27 xkotf ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) : ( { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } × 𝑆 ) ⟶ 𝒫 ( 𝑅 Cn 𝑆 )
34 frn ( ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) : ( { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } × 𝑆 ) ⟶ 𝒫 ( 𝑅 Cn 𝑆 ) → ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ⊆ 𝒫 ( 𝑅 Cn 𝑆 ) )
35 33 34 ax-mp ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ⊆ 𝒫 ( 𝑅 Cn 𝑆 )
36 32 35 ssexi ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ∈ V
37 fiuni ( ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ∈ V → ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) = ( fi ‘ ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ) )
38 36 37 ax-mp ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) = ( fi ‘ ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) )
39 fvex ( fi ‘ ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ) ∈ V
40 unitg ( ( fi ‘ ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ) ∈ V → ( topGen ‘ ( fi ‘ ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ) ) = ( fi ‘ ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ) )
41 39 40 ax-mp ( topGen ‘ ( fi ‘ ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ) ) = ( fi ‘ ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) )
42 38 41 eqtr4i ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) = ( topGen ‘ ( fi ‘ ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ) )
43 29 30 42 3eqtr4g ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑆 ∈ Top ) → 𝐽 = ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) )
44 35 a1i ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑆 ∈ Top ) → ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ⊆ 𝒫 ( 𝑅 Cn 𝑆 ) )
45 sspwuni ( ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ⊆ 𝒫 ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ↔ ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ⊆ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) )
46 44 45 sylib ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑆 ∈ Top ) → ran ( 𝑘 ∈ { 𝑥 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑥 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑆 ↦ { 𝑓 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∣ ( 𝑓𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ⊆ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) )
47 43 46 eqsstrd ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑆 ∈ Top ) → 𝐽 ⊆ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) )
48 25 47 eqssd ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑆 ∈ Top ) → ( 𝑅 Cn 𝑆 ) = 𝐽 )