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Theorem nrmhmph

Description: Normality is a topological property. (Contributed by Mario Carneiro, 25-Aug-2015)

Ref Expression
Assertion nrmhmph ⊢ J ≃ K → J ∈ Nrm → K ∈ Nrm

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 hmph ⊢ J ≃ K ↔ J Homeo K ≠ ∅
2 n0 ⊢ J Homeo K ≠ ∅ ↔ ∃ f f ∈ J Homeo K
3 hmeocn ⊢ f ∈ J Homeo K → f ∈ J Cn K
4 3 adantl ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K → f ∈ J Cn K
5 cntop2 ⊢ f ∈ J Cn K → K ∈ Top
6 4 5 syl ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K → K ∈ Top
7 simpll ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x → J ∈ Nrm
8 4 adantr ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x → f ∈ J Cn K
9 simprl ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x → x ∈ K
10 cnima ⊢ f ∈ J Cn K ∧ x ∈ K → f -1 x ∈ J
11 8 9 10 syl2anc ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x → f -1 x ∈ J
12 simprr ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x → y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x
13 12 elin1d ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x → y ∈ Clsd ⁡ K
14 cnclima ⊢ f ∈ J Cn K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K → f -1 y ∈ Clsd ⁡ J
15 8 13 14 syl2anc ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x → f -1 y ∈ Clsd ⁡ J
16 12 elin2d ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x → y ∈ 𝒫 x
17 16 elpwid ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x → y ⊆ x
18 imass2 ⊢ y ⊆ x → f -1 y ⊆ f -1 x
19 17 18 syl ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x → f -1 y ⊆ f -1 x
20 nrmsep3 ⊢ J ∈ Nrm ∧ f -1 x ∈ J ∧ f -1 y ∈ Clsd ⁡ J ∧ f -1 y ⊆ f -1 x → ∃ w ∈ J f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x
21 7 11 15 19 20 syl13anc ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x → ∃ w ∈ J f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x
22 simpllr ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → f ∈ J Homeo K
23 simprl ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → w ∈ J
24 hmeoima ⊢ f ∈ J Homeo K ∧ w ∈ J → f w ∈ K
25 22 23 24 syl2anc ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → f w ∈ K
26 simprrl ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → f -1 y ⊆ w
27 eqid ⊢ ⋃ J = ⋃ J
28 eqid ⊢ ⋃ K = ⋃ K
29 27 28 hmeof1o ⊢ f ∈ J Homeo K → f : ⋃ J ⟶ 1-1 onto ⋃ K
30 22 29 syl ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → f : ⋃ J ⟶ 1-1 onto ⋃ K
31 f1ofun ⊢ f : ⋃ J ⟶ 1-1 onto ⋃ K → Fun ⁡ f
32 30 31 syl ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → Fun ⁡ f
33 13 adantr ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → y ∈ Clsd ⁡ K
34 28 cldss ⊢ y ∈ Clsd ⁡ K → y ⊆ ⋃ K
35 33 34 syl ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → y ⊆ ⋃ K
36 f1ofo ⊢ f : ⋃ J ⟶ 1-1 onto ⋃ K → f : ⋃ J ⟶ onto ⋃ K
37 forn ⊢ f : ⋃ J ⟶ onto ⋃ K → ran ⁡ f = ⋃ K
38 30 36 37 3syl ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → ran ⁡ f = ⋃ K
39 35 38 sseqtrrd ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → y ⊆ ran ⁡ f
40 funimass1 ⊢ Fun ⁡ f ∧ y ⊆ ran ⁡ f → f -1 y ⊆ w → y ⊆ f w
41 32 39 40 syl2anc ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → f -1 y ⊆ w → y ⊆ f w
42 26 41 mpd ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → y ⊆ f w
43 elssuni ⊢ w ∈ J → w ⊆ ⋃ J
44 43 ad2antrl ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → w ⊆ ⋃ J
45 27 hmeocls ⊢ f ∈ J Homeo K ∧ w ⊆ ⋃ J → cls ⁡ K ⁡ f w = f cls ⁡ J ⁡ w
46 22 44 45 syl2anc ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → cls ⁡ K ⁡ f w = f cls ⁡ J ⁡ w
47 simprrr ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x
48 nrmtop ⊢ J ∈ Nrm → J ∈ Top
49 48 ad3antrrr ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → J ∈ Top
50 27 clsss3 ⊢ J ∈ Top ∧ w ⊆ ⋃ J → cls ⁡ J ⁡ w ⊆ ⋃ J
51 49 44 50 syl2anc ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → cls ⁡ J ⁡ w ⊆ ⋃ J
52 f1odm ⊢ f : ⋃ J ⟶ 1-1 onto ⋃ K → dom ⁡ f = ⋃ J
53 30 52 syl ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → dom ⁡ f = ⋃ J
54 51 53 sseqtrrd ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → cls ⁡ J ⁡ w ⊆ dom ⁡ f
55 funimass3 ⊢ Fun ⁡ f ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ dom ⁡ f → f cls ⁡ J ⁡ w ⊆ x ↔ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x
56 32 54 55 syl2anc ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → f cls ⁡ J ⁡ w ⊆ x ↔ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x
57 47 56 mpbird ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → f cls ⁡ J ⁡ w ⊆ x
58 46 57 eqsstrd ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → cls ⁡ K ⁡ f w ⊆ x
59 sseq2 ⊢ z = f w → y ⊆ z ↔ y ⊆ f w
60 fveq2 ⊢ z = f w → cls ⁡ K ⁡ z = cls ⁡ K ⁡ f w
61 60 sseq1d ⊢ z = f w → cls ⁡ K ⁡ z ⊆ x ↔ cls ⁡ K ⁡ f w ⊆ x
62 59 61 anbi12d ⊢ z = f w → y ⊆ z ∧ cls ⁡ K ⁡ z ⊆ x ↔ y ⊆ f w ∧ cls ⁡ K ⁡ f w ⊆ x
63 62 rspcev ⊢ f w ∈ K ∧ y ⊆ f w ∧ cls ⁡ K ⁡ f w ⊆ x → ∃ z ∈ K y ⊆ z ∧ cls ⁡ K ⁡ z ⊆ x
64 25 42 58 63 syl12anc ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∧ w ∈ J ∧ f -1 y ⊆ w ∧ cls ⁡ J ⁡ w ⊆ f -1 x → ∃ z ∈ K y ⊆ z ∧ cls ⁡ K ⁡ z ⊆ x
65 21 64 rexlimddv ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K ∧ x ∈ K ∧ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x → ∃ z ∈ K y ⊆ z ∧ cls ⁡ K ⁡ z ⊆ x
66 65 ralrimivva ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K → ∀ x ∈ K ∀ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∃ z ∈ K y ⊆ z ∧ cls ⁡ K ⁡ z ⊆ x
67 isnrm ⊢ K ∈ Nrm ↔ K ∈ Top ∧ ∀ x ∈ K ∀ y ∈ Clsd ⁡ K ∩ 𝒫 x ∃ z ∈ K y ⊆ z ∧ cls ⁡ K ⁡ z ⊆ x
68 6 66 67 sylanbrc ⊢ J ∈ Nrm ∧ f ∈ J Homeo K → K ∈ Nrm
69 68 expcom ⊢ f ∈ J Homeo K → J ∈ Nrm → K ∈ Nrm
70 69 exlimiv ⊢ ∃ f f ∈ J Homeo K → J ∈ Nrm → K ∈ Nrm
71 2 70 sylbi ⊢ J Homeo K ≠ ∅ → J ∈ Nrm → K ∈ Nrm
72 1 71 sylbi ⊢ J ≃ K → J ∈ Nrm → K ∈ Nrm