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Theorem kqnrmlem2

Description: If the Kolmogorov quotient of a space is normal then so is the original space. (Contributed by Mario Carneiro, 25-Aug-2015)

Ref Expression
Hypothesis kqval.2 ⊢ F = x ∈ X ⟼ y ∈ J | x ∈ y
Assertion kqnrmlem2 ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm → J ∈ Nrm

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 kqval.2 ⊢ F = x ∈ X ⟼ y ∈ J | x ∈ y
2 topontop ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → J ∈ Top
3 2 adantr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm → J ∈ Top
4 simplr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z → KQ ⁡ J ∈ Nrm
5 simpll ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z → J ∈ TopOn ⁡ X
6 simprl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z → z ∈ J
7 1 kqopn ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ z ∈ J → F z ∈ KQ ⁡ J
8 5 6 7 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z → F z ∈ KQ ⁡ J
9 simprr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z → w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z
10 9 elin1d ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z → w ∈ Clsd ⁡ J
11 1 kqcld ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ w ∈ Clsd ⁡ J → F w ∈ Clsd ⁡ KQ ⁡ J
12 5 10 11 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z → F w ∈ Clsd ⁡ KQ ⁡ J
13 9 elin2d ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z → w ∈ 𝒫 z
14 elpwi ⊢ w ∈ 𝒫 z → w ⊆ z
15 imass2 ⊢ w ⊆ z → F w ⊆ F z
16 13 14 15 3syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z → F w ⊆ F z
17 nrmsep3 ⊢ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ F z ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ∈ Clsd ⁡ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ F z → ∃ m ∈ KQ ⁡ J F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z
18 4 8 12 16 17 syl13anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z → ∃ m ∈ KQ ⁡ J F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z
19 simplll ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → J ∈ TopOn ⁡ X
20 1 kqid ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → F ∈ J Cn KQ ⁡ J
21 19 20 syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → F ∈ J Cn KQ ⁡ J
22 simprl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → m ∈ KQ ⁡ J
23 cnima ⊢ F ∈ J Cn KQ ⁡ J ∧ m ∈ KQ ⁡ J → F -1 m ∈ J
24 21 22 23 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → F -1 m ∈ J
25 simprrl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → F w ⊆ m
26 1 kqffn ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → F Fn X
27 fnfun ⊢ F Fn X → Fun ⁡ F
28 19 26 27 3syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → Fun ⁡ F
29 10 adantr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → w ∈ Clsd ⁡ J
30 eqid ⊢ ⋃ J = ⋃ J
31 30 cldss ⊢ w ∈ Clsd ⁡ J → w ⊆ ⋃ J
32 29 31 syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → w ⊆ ⋃ J
33 fndm ⊢ F Fn X → dom ⁡ F = X
34 19 26 33 3syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → dom ⁡ F = X
35 toponuni ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → X = ⋃ J
36 19 35 syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → X = ⋃ J
37 34 36 eqtrd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → dom ⁡ F = ⋃ J
38 32 37 sseqtrrd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → w ⊆ dom ⁡ F
39 funimass3 ⊢ Fun ⁡ F ∧ w ⊆ dom ⁡ F → F w ⊆ m ↔ w ⊆ F -1 m
40 28 38 39 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → F w ⊆ m ↔ w ⊆ F -1 m
41 25 40 mpbid ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → w ⊆ F -1 m
42 1 kqtopon ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X → KQ ⁡ J ∈ TopOn ⁡ ran ⁡ F
43 topontop ⊢ KQ ⁡ J ∈ TopOn ⁡ ran ⁡ F → KQ ⁡ J ∈ Top
44 19 42 43 3syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → KQ ⁡ J ∈ Top
45 elssuni ⊢ m ∈ KQ ⁡ J → m ⊆ ⋃ KQ ⁡ J
46 45 ad2antrl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → m ⊆ ⋃ KQ ⁡ J
47 eqid ⊢ ⋃ KQ ⁡ J = ⋃ KQ ⁡ J
48 47 clscld ⊢ KQ ⁡ J ∈ Top ∧ m ⊆ ⋃ KQ ⁡ J → cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ∈ Clsd ⁡ KQ ⁡ J
49 44 46 48 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ∈ Clsd ⁡ KQ ⁡ J
50 cnclima ⊢ F ∈ J Cn KQ ⁡ J ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ∈ Clsd ⁡ KQ ⁡ J → F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ∈ Clsd ⁡ J
51 21 49 50 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ∈ Clsd ⁡ J
52 47 sscls ⊢ KQ ⁡ J ∈ Top ∧ m ⊆ ⋃ KQ ⁡ J → m ⊆ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m
53 44 46 52 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → m ⊆ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m
54 imass2 ⊢ m ⊆ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m → F -1 m ⊆ F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m
55 53 54 syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → F -1 m ⊆ F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m
56 30 clsss2 ⊢ F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ∈ Clsd ⁡ J ∧ F -1 m ⊆ F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m → cls ⁡ J ⁡ F -1 m ⊆ F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m
57 51 55 56 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → cls ⁡ J ⁡ F -1 m ⊆ F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m
58 simprrr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z
59 imass2 ⊢ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F -1 F z
60 58 59 syl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F -1 F z
61 6 adantr ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → z ∈ J
62 1 kqsat ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ z ∈ J → F -1 F z = z
63 19 61 62 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → F -1 F z = z
64 60 63 sseqtrd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → F -1 cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ z
65 57 64 sstrd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → cls ⁡ J ⁡ F -1 m ⊆ z
66 sseq2 ⊢ u = F -1 m → w ⊆ u ↔ w ⊆ F -1 m
67 fveq2 ⊢ u = F -1 m → cls ⁡ J ⁡ u = cls ⁡ J ⁡ F -1 m
68 67 sseq1d ⊢ u = F -1 m → cls ⁡ J ⁡ u ⊆ z ↔ cls ⁡ J ⁡ F -1 m ⊆ z
69 66 68 anbi12d ⊢ u = F -1 m → w ⊆ u ∧ cls ⁡ J ⁡ u ⊆ z ↔ w ⊆ F -1 m ∧ cls ⁡ J ⁡ F -1 m ⊆ z
70 69 rspcev ⊢ F -1 m ∈ J ∧ w ⊆ F -1 m ∧ cls ⁡ J ⁡ F -1 m ⊆ z → ∃ u ∈ J w ⊆ u ∧ cls ⁡ J ⁡ u ⊆ z
71 24 41 65 70 syl12anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∧ m ∈ KQ ⁡ J ∧ F w ⊆ m ∧ cls ⁡ KQ ⁡ J ⁡ m ⊆ F z → ∃ u ∈ J w ⊆ u ∧ cls ⁡ J ⁡ u ⊆ z
72 18 71 rexlimddv ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm ∧ z ∈ J ∧ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z → ∃ u ∈ J w ⊆ u ∧ cls ⁡ J ⁡ u ⊆ z
73 72 ralrimivva ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm → ∀ z ∈ J ∀ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∃ u ∈ J w ⊆ u ∧ cls ⁡ J ⁡ u ⊆ z
74 isnrm ⊢ J ∈ Nrm ↔ J ∈ Top ∧ ∀ z ∈ J ∀ w ∈ Clsd ⁡ J ∩ 𝒫 z ∃ u ∈ J w ⊆ u ∧ cls ⁡ J ⁡ u ⊆ z
75 3 73 74 sylanbrc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ KQ ⁡ J ∈ Nrm → J ∈ Nrm