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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 simpl J Top z X w X z w J Top
7 1 toptopon J Top J TopOn X
8 6 7 sylib J Top z X w X z w J TopOn X
9 simprll J Top z X w X z w z X
10 9 snssd J Top z X w X z w z X
11 9 snn0d J Top z X w X z w z
12 neifil J TopOn X z X z nei J z Fil X
13 8 10 11 12 syl3anc J Top z X w X z w nei J z Fil X
14 filfbas nei J z Fil X nei J z fBas X
15 13 14 syl J Top z X w X z w nei J z fBas X
16 simprlr J Top z X w X z w w X
17 16 snssd J Top z X w X z w w X
18 16 snn0d J Top z X w X z w w
19 neifil J TopOn X w X w nei J w Fil X
20 8 17 18 19 syl3anc J Top z X w X z w nei J w Fil X
21 filfbas nei J w Fil X nei J w fBas X
22 20 21 syl J Top z X w X z w nei J w fBas X
23 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
24 15 22 23 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
25 1 neisspw J Top nei J z 𝒫 X
26 1 neisspw J Top nei J w 𝒫 X
27 25 26 unssd J Top nei J z nei J w 𝒫 X
28 27 adantr J Top z X w X z w nei J z nei J w 𝒫 X
29 28 a1d J Top z X w X z w ¬ fi nei J z nei J w nei J z nei J w 𝒫 X
30 ssun1 nei J z nei J z nei J w
31 filn0 nei J z Fil X nei J z
32 13 31 syl J Top z X w X z w nei J z
33 ssn0 nei J z nei J z nei J w nei J z nei J z nei J w
34 30 32 33 sylancr J Top z X w X z w nei J z nei J w
35 34 a1d J Top z X w X z w ¬ fi nei J z nei J w nei J z nei J w
36 idd J Top z X w X z w ¬ fi nei J z nei J w ¬ fi nei J z nei J w
37 29 35 36 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
38 1 topopn J Top X J
39 38 adantr J Top z X w X z w X J
40 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
41 39 40 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
42 fgcl fi nei J z nei J w fBas X X filGen fi nei J z nei J w Fil X
43 42 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
44 simplrr J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X z w
45 9 adantr J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X z X
46 16 adantr J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X w X
47 fvex nei J z V
48 fvex nei J w V
49 47 48 unex nei J z nei J w V
50 ssfii nei J z nei J w V nei J z nei J w fi nei J z nei J w
51 49 50 ax-mp nei J z nei J w fi nei J z nei J w
52 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
53 52 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
54 51 53 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
55 30 54 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
56 8 adantr J Top z X w X z w fi nei J z nei J w fBas X J TopOn X
57 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
58 56 43 57 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
59 45 55 58 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
60 54 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
61 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
62 56 43 61 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
63 46 60 62 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
64 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
65 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
66 64 65 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
67 66 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
68 67 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
69 45 46 59 63 68 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
70 69 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
71 44 70 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
72 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
73 72 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
74 73 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
75 74 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
76 75 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
77 43 71 76 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
78 77 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
79 41 78 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
80 37 79 syld J Top z X w X z w ¬ fi nei J z nei J w f Fil X ¬ * x x J fLim f
81 24 80 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
82 df-ne u v ¬ u v =
83 82 ralbii v nei J w u v v nei J w ¬ u v =
84 ralnex v nei J w ¬ u v = ¬ v nei J w u v =
85 83 84 bitri v nei J w u v ¬ v nei J w u v =
86 85 ralbii u nei J z v nei J w u v u nei J z ¬ v nei J w u v =
87 ralnex u nei J z ¬ v nei J w u v = ¬ u nei J z v nei J w u v =
88 86 87 bitri u nei J z v nei J w u v ¬ u nei J z v nei J w u v =
89 rexnal f Fil X ¬ * x x J fLim f ¬ f Fil X * x x J fLim f
90 81 88 89 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
91 90 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 =
92 91 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 =
93 92 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 =
94 93 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 =
95 94 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 =
96 simpl J Top f Fil X * x x J fLim f J Top
97 96 7 sylib J Top f Fil X * x x J fLim f J TopOn X
98 hausnei2 J TopOn X J Haus z X w X z w u nei J z v nei J w u v =
99 97 98 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 =
100 95 99 mpbird J Top f Fil X * x x J fLim f J Haus
101 5 100 impbii J Haus J Top f Fil X * x x J fLim f