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Theorem hausflim

Description: A condition for a topology to be Hausdorff in terms of filters. A topology is Hausdorff iff every filter has at most one limit point. (Contributed by Jeff Hankins, 5-Sep-2009) (Revised by Stefan O'Rear, 6-Aug-2015)

Ref Expression
Hypothesis flimcf.1 X = J
Assertion hausflim J Haus J Top f Fil X * x x J fLim f

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 flimcf.1 X = J
2 haustop J Haus J Top
3 hausflimi J Haus * x x J fLim f
4 3 ralrimivw J Haus f Fil X * x x J fLim f
5 2 4 jca J Haus J Top f Fil X * x x J fLim f
6 1 toptopon J Top J TopOn X
7 6 birani J Top z X w X z w J TopOn X
8 simprll J Top z X w X z w z X
9 8 snssd J Top z X w X z w z X
10 8 snn0d J Top z X w X z w z
11 neifil J TopOn X z X z nei J z Fil X
12 7 9 10 11 syl3anc J Top z X w X z w nei J z Fil X
13 filfbas nei J z Fil X nei J z fBas X
14 12 13 syl J Top z X w X z w nei J z fBas X
15 simprlr J Top z X w X z w w X
16 15 snssd J Top z X w X z w w X
17 15 snn0d J Top z X w X z w w
18 neifil J TopOn X w X w nei J w Fil X
19 7 16 17 18 syl3anc J Top z X w X z w nei J w Fil X
20 filfbas nei J w Fil X nei J w fBas X
21 19 20 syl J Top z X w X z w nei J w fBas X
22 fbunfip nei J z fBas X nei J w fBas X ¬ fi nei J z nei J w u nei J z v nei J w u v
23 14 21 22 syl2anc J Top z X w X z w ¬ fi nei J z nei J w u nei J z v nei J w u v
24 1 neisspw J Top nei J z 𝒫 X
25 1 neisspw J Top nei J w 𝒫 X
26 24 25 unssd J Top nei J z nei J w 𝒫 X
27 26 adantr J Top z X w X z w nei J z nei J w 𝒫 X
28 27 a1d J Top z X w X z w ¬ fi nei J z nei J w nei J z nei J w 𝒫 X
29 ssun1 nei J z nei J z nei J w
30 filn0 nei J z Fil X nei J z
31 12 30 syl J Top z X w X z w nei J z
32 ssn0 nei J z nei J z nei J w nei J z nei J z nei J w
33 29 31 32 sylancr J Top z X w X z w nei J z nei J w
34 33 a1d J Top z X w X z w ¬ fi nei J z nei J w nei J z nei J w
35 idd J Top z X w X z w ¬ fi nei J z nei J w ¬ fi nei J z nei J w
36 28 34 35 3jcad J Top z X w X z w ¬ fi nei J z nei J w nei J z nei J w 𝒫 X nei J z nei J w ¬ fi nei J z nei J w
37 1 topopn J Top X J
38 37 adantr J Top z X w X z w X J
39 fsubbas X J fi nei J z nei J w fBas X nei J z nei J w 𝒫 X nei J z nei J w ¬ fi nei J z nei J w
40 38 39 syl J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X nei J z nei J w 𝒫 X nei J z nei J w ¬ fi nei J z nei J w
41 fgcl fi nei J z nei J w fBas X X filGen fi nei J z nei J w Fil X
42 41 adantl J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X X filGen fi nei J z nei J w Fil X
43 simplrr J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X z w
44 8 adantr J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X z X
45 15 adantr J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X w X
46 fvex nei J z V
47 fvex nei J w V
48 46 47 unex nei J z nei J w V
49 ssfii nei J z nei J w V nei J z nei J w fi nei J z nei J w
50 48 49 ax-mp nei J z nei J w fi nei J z nei J w
51 ssfg fi nei J z nei J w fBas X fi nei J z nei J w X filGen fi nei J z nei J w
52 51 adantl J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X fi nei J z nei J w X filGen fi nei J z nei J w
53 50 52 sstrid J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X nei J z nei J w X filGen fi nei J z nei J w
54 29 53 sstrid J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X nei J z X filGen fi nei J z nei J w
55 7 adantr J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X J TopOn X
56 elflim J TopOn X X filGen fi nei J z nei J w Fil X z J fLim X filGen fi nei J z nei J w z X nei J z X filGen fi nei J z nei J w
57 55 42 56 syl2anc J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X z J fLim X filGen fi nei J z nei J w z X nei J z X filGen fi nei J z nei J w
58 44 54 57 mpbir2and J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X z J fLim X filGen fi nei J z nei J w
59 53 unssbd J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X nei J w X filGen fi nei J z nei J w
60 elflim J TopOn X X filGen fi nei J z nei J w Fil X w J fLim X filGen fi nei J z nei J w w X nei J w X filGen fi nei J z nei J w
61 55 42 60 syl2anc J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X w J fLim X filGen fi nei J z nei J w w X nei J w X filGen fi nei J z nei J w
62 45 59 61 mpbir2and J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X w J fLim X filGen fi nei J z nei J w
63 eleq1w x = z x J fLim X filGen fi nei J z nei J w z J fLim X filGen fi nei J z nei J w
64 eleq1w x = w x J fLim X filGen fi nei J z nei J w w J fLim X filGen fi nei J z nei J w
65 63 64 moi z X w X * x x J fLim X filGen fi nei J z nei J w z J fLim X filGen fi nei J z nei J w w J fLim X filGen fi nei J z nei J w z = w
66 65 3com23 z X w X z J fLim X filGen fi nei J z nei J w w J fLim X filGen fi nei J z nei J w * x x J fLim X filGen fi nei J z nei J w z = w
67 66 3expia z X w X z J fLim X filGen fi nei J z nei J w w J fLim X filGen fi nei J z nei J w * x x J fLim X filGen fi nei J z nei J w z = w
68 44 45 58 62 67 syl22anc J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X * x x J fLim X filGen fi nei J z nei J w z = w
69 68 necon3ad J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X z w ¬ * x x J fLim X filGen fi nei J z nei J w
70 43 69 mpd J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X ¬ * x x J fLim X filGen fi nei J z nei J w
71 oveq2 f = X filGen fi nei J z nei J w J fLim f = J fLim X filGen fi nei J z nei J w
72 71 eleq2d f = X filGen fi nei J z nei J w x J fLim f x J fLim X filGen fi nei J z nei J w
73 72 mobidv f = X filGen fi nei J z nei J w * x x J fLim f * x x J fLim X filGen fi nei J z nei J w
74 73 notbid f = X filGen fi nei J z nei J w ¬ * x x J fLim f ¬ * x x J fLim X filGen fi nei J z nei J w
75 74 rspcev X filGen fi nei J z nei J w Fil X ¬ * x x J fLim X filGen fi nei J z nei J w f Fil X ¬ * x x J fLim f
76 42 70 75 syl2anc J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X f Fil X ¬ * x x J fLim f
77 76 ex J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X f Fil X ¬ * x x J fLim f
78 40 77 sylbird J Top z X w X z w nei J z nei J w 𝒫 X nei J z nei J w ¬ fi nei J z nei J w f Fil X ¬ * x x J fLim f
79 36 78 syld J Top z X w X z w ¬ fi nei J z nei J w f Fil X ¬ * x x J fLim f
80 23 79 sylbird J Top z X w X z w u nei J z v nei J w u v f Fil X ¬ * x x J fLim f
81 df-ne u v ¬ u v =
82 81 ralbii v nei J w u v v nei J w ¬ u v =
83 ralnex v nei J w ¬ u v = ¬ v nei J w u v =
84 82 83 bitri v nei J w u v ¬ v nei J w u v =
85 84 ralbii u nei J z v nei J w u v u nei J z ¬ v nei J w u v =
86 ralnex u nei J z ¬ v nei J w u v = ¬ u nei J z v nei J w u v =
87 85 86 bitri u nei J z v nei J w u v ¬ u nei J z v nei J w u v =
88 rexnal f Fil X ¬ * x x J fLim f ¬ f Fil X * x x J fLim f
89 80 87 88 3imtr3g J Top z X w X z w ¬ u nei J z v nei J w u v = ¬ f Fil X * x x J fLim f
90 89 con4d J Top z X w X z w f Fil X * x x J fLim f u nei J z v nei J w u v =
91 90 imp J Top z X w X z w f Fil X * x x J fLim f u nei J z v nei J w u v =
92 91 an32s J Top f Fil X * x x J fLim f z X w X z w u nei J z v nei J w u v =
93 92 expr J Top f Fil X * x x J fLim f z X w X z w u nei J z v nei J w u v =
94 93 ralrimivva J Top f Fil X * x x J fLim f z X w X z w u nei J z v nei J w u v =
95 6 birani J Top f Fil X * x x J fLim f J TopOn X
96 hausnei2 J TopOn X J Haus z X w X z w u nei J z v nei J w u v =
97 95 96 syl J Top f Fil X * x x J fLim f J Haus z X w X z w u nei J z v nei J w u v =
98 94 97 mpbird J Top f Fil X * x x J fLim f J Haus
99 5 98 impbii J Haus J Top f Fil X * x x J fLim f