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Theorem tgphaus

Description: A topological group is Hausdorff iff the identity subgroup is closed. (Contributed by Mario Carneiro, 18-Sep-2015)

Ref Expression
Hypotheses tgphaus.1 0 ˙ = 0 G
tgphaus.j J = TopOpen G
Assertion tgphaus G TopGrp J Haus 0 ˙ Clsd J

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 tgphaus.1 0 ˙ = 0 G
2 tgphaus.j J = TopOpen G
3 tgpgrp G TopGrp G Grp
4 eqid Base G = Base G
5 4 1 grpidcl G Grp 0 ˙ Base G
6 3 5 syl G TopGrp 0 ˙ Base G
7 2 4 tgptopon G TopGrp J TopOn Base G
8 toponuni J TopOn Base G Base G = J
9 7 8 syl G TopGrp Base G = J
10 6 9 eleqtrd G TopGrp 0 ˙ J
11 eqid J = J
12 11 sncld J Haus 0 ˙ J 0 ˙ Clsd J
13 12 expcom 0 ˙ J J Haus 0 ˙ Clsd J
14 10 13 syl G TopGrp J Haus 0 ˙ Clsd J
15 eqid - G = - G
16 2 15 tgpsubcn G TopGrp - G J × t J Cn J
17 cnclima - G J × t J Cn J 0 ˙ Clsd J - G -1 0 ˙ Clsd J × t J
18 17 ex - G J × t J Cn J 0 ˙ Clsd J - G -1 0 ˙ Clsd J × t J
19 16 18 syl G TopGrp 0 ˙ Clsd J - G -1 0 ˙ Clsd J × t J
20 cnvimass - G -1 0 ˙ dom - G
21 4 15 grpsubf G Grp - G : Base G × Base G Base G
22 3 21 syl G TopGrp - G : Base G × Base G Base G
23 20 22 fssdm G TopGrp - G -1 0 ˙ Base G × Base G
24 relxp Rel Base G × Base G
25 relss - G -1 0 ˙ Base G × Base G Rel Base G × Base G Rel - G -1 0 ˙
26 23 24 25 mpisyl G TopGrp Rel - G -1 0 ˙
27 dfrel4v Rel - G -1 0 ˙ - G -1 0 ˙ = x y | x - G -1 0 ˙ y
28 26 27 sylib G TopGrp - G -1 0 ˙ = x y | x - G -1 0 ˙ y
29 22 ffnd G TopGrp - G Fn Base G × Base G
30 elpreima - G Fn Base G × Base G x y - G -1 0 ˙ x y Base G × Base G - G x y 0 ˙
31 29 30 syl G TopGrp x y - G -1 0 ˙ x y Base G × Base G - G x y 0 ˙
32 opelxp x y Base G × Base G x Base G y Base G
33 32 anbi1i x y Base G × Base G - G x y 0 ˙ x Base G y Base G - G x y 0 ˙
34 4 1 15 grpsubeq0 G Grp x Base G y Base G x - G y = 0 ˙ x = y
35 34 3expb G Grp x Base G y Base G x - G y = 0 ˙ x = y
36 3 35 sylan G TopGrp x Base G y Base G x - G y = 0 ˙ x = y
37 df-ov x - G y = - G x y
38 37 eleq1i x - G y 0 ˙ - G x y 0 ˙
39 ovex x - G y V
40 39 elsn x - G y 0 ˙ x - G y = 0 ˙
41 38 40 bitr3i - G x y 0 ˙ x - G y = 0 ˙
42 equcom y = x x = y
43 36 41 42 3bitr4g G TopGrp x Base G y Base G - G x y 0 ˙ y = x
44 43 pm5.32da G TopGrp x Base G y Base G - G x y 0 ˙ x Base G y Base G y = x
45 33 44 syl5bb G TopGrp x y Base G × Base G - G x y 0 ˙ x Base G y Base G y = x
46 31 45 bitrd G TopGrp x y - G -1 0 ˙ x Base G y Base G y = x
47 df-br x - G -1 0 ˙ y x y - G -1 0 ˙
48 eleq1w y = x y Base G x Base G
49 48 biimparc x Base G y = x y Base G
50 49 pm4.71i x Base G y = x x Base G y = x y Base G
51 an32 x Base G y Base G y = x x Base G y = x y Base G
52 50 51 bitr4i x Base G y = x x Base G y Base G y = x
53 46 47 52 3bitr4g G TopGrp x - G -1 0 ˙ y x Base G y = x
54 53 opabbidv G TopGrp x y | x - G -1 0 ˙ y = x y | x Base G y = x
55 opabresid I Base G = x y | x Base G y = x
56 54 55 eqtr4di G TopGrp x y | x - G -1 0 ˙ y = I Base G
57 9 reseq2d G TopGrp I Base G = I J
58 28 56 57 3eqtrd G TopGrp - G -1 0 ˙ = I J
59 58 eleq1d G TopGrp - G -1 0 ˙ Clsd J × t J I J Clsd J × t J
60 19 59 sylibd G TopGrp 0 ˙ Clsd J I J Clsd J × t J
61 topontop J TopOn Base G J Top
62 7 61 syl G TopGrp J Top
63 11 hausdiag J Haus J Top I J Clsd J × t J
64 63 baib J Top J Haus I J Clsd J × t J
65 62 64 syl G TopGrp J Haus I J Clsd J × t J
66 60 65 sylibrd G TopGrp 0 ˙ Clsd J J Haus
67 14 66 impbid G TopGrp J Haus 0 ˙ Clsd J