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Theorem lmflf

Description: The topological limit relation on functions can be written in terms of the filter limit along the filter generated by the upper integer sets. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Oct-2015)

Ref Expression
Hypotheses lmflf.1 ⊢ Z = ℤ ≥ M
lmflf.2 ⊢ L = Z filGen ℤ ≥ Z
Assertion lmflf ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ M ∈ ℤ ∧ F : Z ⟶ X → F ⇝t ⁡ J P ↔ P ∈ J fLimf L ⁡ F

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lmflf.1 ⊢ Z = ℤ ≥ M
2 lmflf.2 ⊢ L = Z filGen ℤ ≥ Z
3 uzf ⊢ ℤ ≥ : ℤ ⟶ 𝒫 ℤ
4 ffn ⊢ ℤ ≥ : ℤ ⟶ 𝒫 ℤ → ℤ ≥ Fn ℤ
5 3 4 ax-mp ⊢ ℤ ≥ Fn ℤ
6 uzssz ⊢ ℤ ≥ M ⊆ ℤ
7 1 6 eqsstri ⊢ Z ⊆ ℤ
8 imaeq2 ⊢ y = ℤ ≥ j → F y = F ℤ ≥ j
9 8 sseq1d ⊢ y = ℤ ≥ j → F y ⊆ x ↔ F ℤ ≥ j ⊆ x
10 9 rexima ⊢ ℤ ≥ Fn ℤ ∧ Z ⊆ ℤ → ∃ y ∈ ℤ ≥ Z F y ⊆ x ↔ ∃ j ∈ Z F ℤ ≥ j ⊆ x
11 5 7 10 mp2an ⊢ ∃ y ∈ ℤ ≥ Z F y ⊆ x ↔ ∃ j ∈ Z F ℤ ≥ j ⊆ x
12 simpl3 ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ M ∈ ℤ ∧ F : Z ⟶ X ∧ j ∈ Z → F : Z ⟶ X
13 12 ffund ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ M ∈ ℤ ∧ F : Z ⟶ X ∧ j ∈ Z → Fun ⁡ F
14 uzss ⊢ j ∈ ℤ ≥ M → ℤ ≥ j ⊆ ℤ ≥ M
15 14 1 eleq2s ⊢ j ∈ Z → ℤ ≥ j ⊆ ℤ ≥ M
16 15 adantl ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ M ∈ ℤ ∧ F : Z ⟶ X ∧ j ∈ Z → ℤ ≥ j ⊆ ℤ ≥ M
17 12 fdmd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ M ∈ ℤ ∧ F : Z ⟶ X ∧ j ∈ Z → dom ⁡ F = Z
18 17 1 eqtrdi ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ M ∈ ℤ ∧ F : Z ⟶ X ∧ j ∈ Z → dom ⁡ F = ℤ ≥ M
19 16 18 sseqtrrd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ M ∈ ℤ ∧ F : Z ⟶ X ∧ j ∈ Z → ℤ ≥ j ⊆ dom ⁡ F
20 funimass4 ⊢ Fun ⁡ F ∧ ℤ ≥ j ⊆ dom ⁡ F → F ℤ ≥ j ⊆ x ↔ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ x
21 13 19 20 syl2anc ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ M ∈ ℤ ∧ F : Z ⟶ X ∧ j ∈ Z → F ℤ ≥ j ⊆ x ↔ ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ x
22 21 rexbidva ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ M ∈ ℤ ∧ F : Z ⟶ X → ∃ j ∈ Z F ℤ ≥ j ⊆ x ↔ ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ x
23 11 22 bitr2id ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ M ∈ ℤ ∧ F : Z ⟶ X → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ x ↔ ∃ y ∈ ℤ ≥ Z F y ⊆ x
24 23 imbi2d ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ M ∈ ℤ ∧ F : Z ⟶ X → P ∈ x → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ x ↔ P ∈ x → ∃ y ∈ ℤ ≥ Z F y ⊆ x
25 24 ralbidv ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ M ∈ ℤ ∧ F : Z ⟶ X → ∀ x ∈ J P ∈ x → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ x ↔ ∀ x ∈ J P ∈ x → ∃ y ∈ ℤ ≥ Z F y ⊆ x
26 25 anbi2d ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ M ∈ ℤ ∧ F : Z ⟶ X → P ∈ X ∧ ∀ x ∈ J P ∈ x → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ x ↔ P ∈ X ∧ ∀ x ∈ J P ∈ x → ∃ y ∈ ℤ ≥ Z F y ⊆ x
27 simp1 ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ M ∈ ℤ ∧ F : Z ⟶ X → J ∈ TopOn ⁡ X
28 simp2 ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ M ∈ ℤ ∧ F : Z ⟶ X → M ∈ ℤ
29 simp3 ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ M ∈ ℤ ∧ F : Z ⟶ X → F : Z ⟶ X
30 eqidd ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ M ∈ ℤ ∧ F : Z ⟶ X ∧ k ∈ Z → F ⁡ k = F ⁡ k
31 27 1 28 29 30 lmbrf ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ M ∈ ℤ ∧ F : Z ⟶ X → F ⇝t ⁡ J P ↔ P ∈ X ∧ ∀ x ∈ J P ∈ x → ∃ j ∈ Z ∀ k ∈ ℤ ≥ j F ⁡ k ∈ x
32 1 uzfbas ⊢ M ∈ ℤ → ℤ ≥ Z ∈ fBas ⁡ Z
33 2 flffbas ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ ℤ ≥ Z ∈ fBas ⁡ Z ∧ F : Z ⟶ X → P ∈ J fLimf L ⁡ F ↔ P ∈ X ∧ ∀ x ∈ J P ∈ x → ∃ y ∈ ℤ ≥ Z F y ⊆ x
34 32 33 syl3an2 ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ M ∈ ℤ ∧ F : Z ⟶ X → P ∈ J fLimf L ⁡ F ↔ P ∈ X ∧ ∀ x ∈ J P ∈ x → ∃ y ∈ ℤ ≥ Z F y ⊆ x
35 26 31 34 3bitr4d ⊢ J ∈ TopOn ⁡ X ∧ M ∈ ℤ ∧ F : Z ⟶ X → F ⇝t ⁡ J P ↔ P ∈ J fLimf L ⁡ F