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Theorem cnpco

Description: The composition of a function F continuous at P with a function continuous at ( FP ) is continuous at P . Proposition 2 of BourbakiTop1 p. I.9. (Contributed by FL, 16-Nov-2006) (Proof shortened by Mario Carneiro, 27-Dec-2014)

Ref Expression
Assertion cnpco ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) → ( 𝐺𝐹 ) ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐿 ) ‘ 𝑃 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cnptop1 ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) → 𝐽 ∈ Top )
2 1 adantr ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) → 𝐽 ∈ Top )
3 cnptop2 ( 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) → 𝐿 ∈ Top )
4 3 adantl ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) → 𝐿 ∈ Top )
5 eqid 𝐽 = 𝐽
6 5 cnprcl ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) → 𝑃 𝐽 )
7 6 adantr ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) → 𝑃 𝐽 )
8 2 4 7 3jca ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) → ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐿 ∈ Top ∧ 𝑃 𝐽 ) )
9 eqid 𝐾 = 𝐾
10 eqid 𝐿 = 𝐿
11 9 10 cnpf ( 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) → 𝐺 : 𝐾 𝐿 )
12 11 adantl ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) → 𝐺 : 𝐾 𝐿 )
13 5 9 cnpf ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) → 𝐹 : 𝐽 𝐾 )
14 13 adantr ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) → 𝐹 : 𝐽 𝐾 )
15 fco ( ( 𝐺 : 𝐾 𝐿𝐹 : 𝐽 𝐾 ) → ( 𝐺𝐹 ) : 𝐽 𝐿 )
16 12 14 15 syl2anc ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) → ( 𝐺𝐹 ) : 𝐽 𝐿 )
17 simplr ( ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) ∧ ( 𝑧𝐿 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) ∈ 𝑧 ) ) → 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) )
18 simprl ( ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) ∧ ( 𝑧𝐿 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) ∈ 𝑧 ) ) → 𝑧𝐿 )
19 fvco3 ( ( 𝐹 : 𝐽 𝐾𝑃 𝐽 ) → ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) = ( 𝐺 ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) )
20 14 7 19 syl2anc ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) → ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) = ( 𝐺 ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) )
21 20 adantr ( ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) ∧ ( 𝑧𝐿 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) ∈ 𝑧 ) ) → ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) = ( 𝐺 ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) )
22 simprr ( ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) ∧ ( 𝑧𝐿 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) ∈ 𝑧 ) ) → ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) ∈ 𝑧 )
23 21 22 eqeltrrd ( ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) ∧ ( 𝑧𝐿 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) ∈ 𝑧 ) ) → ( 𝐺 ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ∈ 𝑧 )
24 cnpimaex ( ( 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ∧ 𝑧𝐿 ∧ ( 𝐺 ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ∈ 𝑧 ) → ∃ 𝑦𝐾 ( ( 𝐹𝑃 ) ∈ 𝑦 ∧ ( 𝐺𝑦 ) ⊆ 𝑧 ) )
25 17 18 23 24 syl3anc ( ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) ∧ ( 𝑧𝐿 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) ∈ 𝑧 ) ) → ∃ 𝑦𝐾 ( ( 𝐹𝑃 ) ∈ 𝑦 ∧ ( 𝐺𝑦 ) ⊆ 𝑧 ) )
26 simplll ( ( ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) ∧ ( 𝑧𝐿 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) ∈ 𝑧 ) ) ∧ ( 𝑦𝐾 ∧ ( ( 𝐹𝑃 ) ∈ 𝑦 ∧ ( 𝐺𝑦 ) ⊆ 𝑧 ) ) ) → 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) )
27 simprl ( ( ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) ∧ ( 𝑧𝐿 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) ∈ 𝑧 ) ) ∧ ( 𝑦𝐾 ∧ ( ( 𝐹𝑃 ) ∈ 𝑦 ∧ ( 𝐺𝑦 ) ⊆ 𝑧 ) ) ) → 𝑦𝐾 )
28 simprrl ( ( ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) ∧ ( 𝑧𝐿 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) ∈ 𝑧 ) ) ∧ ( 𝑦𝐾 ∧ ( ( 𝐹𝑃 ) ∈ 𝑦 ∧ ( 𝐺𝑦 ) ⊆ 𝑧 ) ) ) → ( 𝐹𝑃 ) ∈ 𝑦 )
29 cnpimaex ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝑦𝐾 ∧ ( 𝐹𝑃 ) ∈ 𝑦 ) → ∃ 𝑥𝐽 ( 𝑃𝑥 ∧ ( 𝐹𝑥 ) ⊆ 𝑦 ) )
30 26 27 28 29 syl3anc ( ( ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) ∧ ( 𝑧𝐿 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) ∈ 𝑧 ) ) ∧ ( 𝑦𝐾 ∧ ( ( 𝐹𝑃 ) ∈ 𝑦 ∧ ( 𝐺𝑦 ) ⊆ 𝑧 ) ) ) → ∃ 𝑥𝐽 ( 𝑃𝑥 ∧ ( 𝐹𝑥 ) ⊆ 𝑦 ) )
31 imaco ( ( 𝐺𝐹 ) “ 𝑥 ) = ( 𝐺 “ ( 𝐹𝑥 ) )
32 imass2 ( ( 𝐹𝑥 ) ⊆ 𝑦 → ( 𝐺 “ ( 𝐹𝑥 ) ) ⊆ ( 𝐺𝑦 ) )
33 31 32 eqsstrid ( ( 𝐹𝑥 ) ⊆ 𝑦 → ( ( 𝐺𝐹 ) “ 𝑥 ) ⊆ ( 𝐺𝑦 ) )
34 simprrr ( ( ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) ∧ ( 𝑧𝐿 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) ∈ 𝑧 ) ) ∧ ( 𝑦𝐾 ∧ ( ( 𝐹𝑃 ) ∈ 𝑦 ∧ ( 𝐺𝑦 ) ⊆ 𝑧 ) ) ) → ( 𝐺𝑦 ) ⊆ 𝑧 )
35 sstr2 ( ( ( 𝐺𝐹 ) “ 𝑥 ) ⊆ ( 𝐺𝑦 ) → ( ( 𝐺𝑦 ) ⊆ 𝑧 → ( ( 𝐺𝐹 ) “ 𝑥 ) ⊆ 𝑧 ) )
36 33 34 35 syl2imc ( ( ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) ∧ ( 𝑧𝐿 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) ∈ 𝑧 ) ) ∧ ( 𝑦𝐾 ∧ ( ( 𝐹𝑃 ) ∈ 𝑦 ∧ ( 𝐺𝑦 ) ⊆ 𝑧 ) ) ) → ( ( 𝐹𝑥 ) ⊆ 𝑦 → ( ( 𝐺𝐹 ) “ 𝑥 ) ⊆ 𝑧 ) )
37 36 anim2d ( ( ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) ∧ ( 𝑧𝐿 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) ∈ 𝑧 ) ) ∧ ( 𝑦𝐾 ∧ ( ( 𝐹𝑃 ) ∈ 𝑦 ∧ ( 𝐺𝑦 ) ⊆ 𝑧 ) ) ) → ( ( 𝑃𝑥 ∧ ( 𝐹𝑥 ) ⊆ 𝑦 ) → ( 𝑃𝑥 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) “ 𝑥 ) ⊆ 𝑧 ) ) )
38 37 reximdv ( ( ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) ∧ ( 𝑧𝐿 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) ∈ 𝑧 ) ) ∧ ( 𝑦𝐾 ∧ ( ( 𝐹𝑃 ) ∈ 𝑦 ∧ ( 𝐺𝑦 ) ⊆ 𝑧 ) ) ) → ( ∃ 𝑥𝐽 ( 𝑃𝑥 ∧ ( 𝐹𝑥 ) ⊆ 𝑦 ) → ∃ 𝑥𝐽 ( 𝑃𝑥 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) “ 𝑥 ) ⊆ 𝑧 ) ) )
39 30 38 mpd ( ( ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) ∧ ( 𝑧𝐿 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) ∈ 𝑧 ) ) ∧ ( 𝑦𝐾 ∧ ( ( 𝐹𝑃 ) ∈ 𝑦 ∧ ( 𝐺𝑦 ) ⊆ 𝑧 ) ) ) → ∃ 𝑥𝐽 ( 𝑃𝑥 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) “ 𝑥 ) ⊆ 𝑧 ) )
40 25 39 rexlimddv ( ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) ∧ ( 𝑧𝐿 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) ∈ 𝑧 ) ) → ∃ 𝑥𝐽 ( 𝑃𝑥 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) “ 𝑥 ) ⊆ 𝑧 ) )
41 40 expr ( ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) ∧ 𝑧𝐿 ) → ( ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) ∈ 𝑧 → ∃ 𝑥𝐽 ( 𝑃𝑥 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) “ 𝑥 ) ⊆ 𝑧 ) ) )
42 41 ralrimiva ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) → ∀ 𝑧𝐿 ( ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) ∈ 𝑧 → ∃ 𝑥𝐽 ( 𝑃𝑥 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) “ 𝑥 ) ⊆ 𝑧 ) ) )
43 16 42 jca ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) → ( ( 𝐺𝐹 ) : 𝐽 𝐿 ∧ ∀ 𝑧𝐿 ( ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) ∈ 𝑧 → ∃ 𝑥𝐽 ( 𝑃𝑥 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) “ 𝑥 ) ⊆ 𝑧 ) ) ) )
44 5 10 iscnp2 ( ( 𝐺𝐹 ) ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐿 ) ‘ 𝑃 ) ↔ ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐿 ∈ Top ∧ 𝑃 𝐽 ) ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) : 𝐽 𝐿 ∧ ∀ 𝑧𝐿 ( ( ( 𝐺𝐹 ) ‘ 𝑃 ) ∈ 𝑧 → ∃ 𝑥𝐽 ( 𝑃𝑥 ∧ ( ( 𝐺𝐹 ) “ 𝑥 ) ⊆ 𝑧 ) ) ) ) )
45 8 43 44 sylanbrc ( ( 𝐹 ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐾 ) ‘ 𝑃 ) ∧ 𝐺 ∈ ( ( 𝐾 CnP 𝐿 ) ‘ ( 𝐹𝑃 ) ) ) → ( 𝐺𝐹 ) ∈ ( ( 𝐽 CnP 𝐿 ) ‘ 𝑃 ) )