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Theorem flftg

Description: Limit points of a function can be defined using topological bases. (Contributed by Mario Carneiro, 19-Sep-2015)

Ref Expression
Hypothesis flftg.l 𝐽 = ( topGen ‘ 𝐵 )
Assertion flftg ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐿 ∈ ( Fil ‘ 𝑌 ) ∧ 𝐹 : 𝑌𝑋 ) → ( 𝐴 ∈ ( ( 𝐽 fLimf 𝐿 ) ‘ 𝐹 ) ↔ ( 𝐴𝑋 ∧ ∀ 𝑜𝐵 ( 𝐴𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 flftg.l 𝐽 = ( topGen ‘ 𝐵 )
2 isflf ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐿 ∈ ( Fil ‘ 𝑌 ) ∧ 𝐹 : 𝑌𝑋 ) → ( 𝐴 ∈ ( ( 𝐽 fLimf 𝐿 ) ‘ 𝐹 ) ↔ ( 𝐴𝑋 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝐴𝑢 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 ) ) ) )
3 1 raleqi ( ∀ 𝑢𝐽 ( 𝐴𝑢 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 ) ↔ ∀ 𝑢 ∈ ( topGen ‘ 𝐵 ) ( 𝐴𝑢 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 ) )
4 simpl1 ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐿 ∈ ( Fil ‘ 𝑌 ) ∧ 𝐹 : 𝑌𝑋 ) ∧ 𝐴𝑋 ) → 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) )
5 topontop ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) → 𝐽 ∈ Top )
6 4 5 syl ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐿 ∈ ( Fil ‘ 𝑌 ) ∧ 𝐹 : 𝑌𝑋 ) ∧ 𝐴𝑋 ) → 𝐽 ∈ Top )
7 1 6 eqeltrrid ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐿 ∈ ( Fil ‘ 𝑌 ) ∧ 𝐹 : 𝑌𝑋 ) ∧ 𝐴𝑋 ) → ( topGen ‘ 𝐵 ) ∈ Top )
8 tgclb ( 𝐵 ∈ TopBases ↔ ( topGen ‘ 𝐵 ) ∈ Top )
9 7 8 sylibr ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐿 ∈ ( Fil ‘ 𝑌 ) ∧ 𝐹 : 𝑌𝑋 ) ∧ 𝐴𝑋 ) → 𝐵 ∈ TopBases )
10 bastg ( 𝐵 ∈ TopBases → 𝐵 ⊆ ( topGen ‘ 𝐵 ) )
11 eleq2w ( 𝑢 = 𝑜 → ( 𝐴𝑢𝐴𝑜 ) )
12 sseq2 ( 𝑢 = 𝑜 → ( ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 ↔ ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) )
13 12 rexbidv ( 𝑢 = 𝑜 → ( ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 ↔ ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) )
14 11 13 imbi12d ( 𝑢 = 𝑜 → ( ( 𝐴𝑢 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 ) ↔ ( 𝐴𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) ) )
15 14 cbvralvw ( ∀ 𝑢 ∈ ( topGen ‘ 𝐵 ) ( 𝐴𝑢 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 ) ↔ ∀ 𝑜 ∈ ( topGen ‘ 𝐵 ) ( 𝐴𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) )
16 ssralv ( 𝐵 ⊆ ( topGen ‘ 𝐵 ) → ( ∀ 𝑜 ∈ ( topGen ‘ 𝐵 ) ( 𝐴𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) → ∀ 𝑜𝐵 ( 𝐴𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) ) )
17 15 16 syl5bi ( 𝐵 ⊆ ( topGen ‘ 𝐵 ) → ( ∀ 𝑢 ∈ ( topGen ‘ 𝐵 ) ( 𝐴𝑢 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 ) → ∀ 𝑜𝐵 ( 𝐴𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) ) )
18 9 10 17 3syl ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐿 ∈ ( Fil ‘ 𝑌 ) ∧ 𝐹 : 𝑌𝑋 ) ∧ 𝐴𝑋 ) → ( ∀ 𝑢 ∈ ( topGen ‘ 𝐵 ) ( 𝐴𝑢 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 ) → ∀ 𝑜𝐵 ( 𝐴𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) ) )
19 tg2 ( ( 𝑢 ∈ ( topGen ‘ 𝐵 ) ∧ 𝐴𝑢 ) → ∃ 𝑜𝐵 ( 𝐴𝑜𝑜𝑢 ) )
20 r19.29 ( ( ∀ 𝑜𝐵 ( 𝐴𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) ∧ ∃ 𝑜𝐵 ( 𝐴𝑜𝑜𝑢 ) ) → ∃ 𝑜𝐵 ( ( 𝐴𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) ∧ ( 𝐴𝑜𝑜𝑢 ) ) )
21 simpl ( ( 𝐴𝑜𝑜𝑢 ) → 𝐴𝑜 )
22 simpr ( ( 𝐴𝑜𝑜𝑢 ) → 𝑜𝑢 )
23 sstr2 ( ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 → ( 𝑜𝑢 → ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 ) )
24 22 23 syl5com ( ( 𝐴𝑜𝑜𝑢 ) → ( ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 → ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 ) )
25 24 reximdv ( ( 𝐴𝑜𝑜𝑢 ) → ( ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 ) )
26 21 25 embantd ( ( 𝐴𝑜𝑜𝑢 ) → ( ( 𝐴𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 ) )
27 26 impcom ( ( ( 𝐴𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) ∧ ( 𝐴𝑜𝑜𝑢 ) ) → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 )
28 27 rexlimivw ( ∃ 𝑜𝐵 ( ( 𝐴𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) ∧ ( 𝐴𝑜𝑜𝑢 ) ) → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 )
29 20 28 syl ( ( ∀ 𝑜𝐵 ( 𝐴𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) ∧ ∃ 𝑜𝐵 ( 𝐴𝑜𝑜𝑢 ) ) → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 )
30 29 ex ( ∀ 𝑜𝐵 ( 𝐴𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) → ( ∃ 𝑜𝐵 ( 𝐴𝑜𝑜𝑢 ) → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 ) )
31 19 30 syl5 ( ∀ 𝑜𝐵 ( 𝐴𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) → ( ( 𝑢 ∈ ( topGen ‘ 𝐵 ) ∧ 𝐴𝑢 ) → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 ) )
32 31 expdimp ( ( ∀ 𝑜𝐵 ( 𝐴𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) ∧ 𝑢 ∈ ( topGen ‘ 𝐵 ) ) → ( 𝐴𝑢 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 ) )
33 32 ralrimiva ( ∀ 𝑜𝐵 ( 𝐴𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) → ∀ 𝑢 ∈ ( topGen ‘ 𝐵 ) ( 𝐴𝑢 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 ) )
34 18 33 impbid1 ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐿 ∈ ( Fil ‘ 𝑌 ) ∧ 𝐹 : 𝑌𝑋 ) ∧ 𝐴𝑋 ) → ( ∀ 𝑢 ∈ ( topGen ‘ 𝐵 ) ( 𝐴𝑢 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 ) ↔ ∀ 𝑜𝐵 ( 𝐴𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) ) )
35 3 34 syl5bb ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐿 ∈ ( Fil ‘ 𝑌 ) ∧ 𝐹 : 𝑌𝑋 ) ∧ 𝐴𝑋 ) → ( ∀ 𝑢𝐽 ( 𝐴𝑢 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 ) ↔ ∀ 𝑜𝐵 ( 𝐴𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) ) )
36 35 pm5.32da ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐿 ∈ ( Fil ‘ 𝑌 ) ∧ 𝐹 : 𝑌𝑋 ) → ( ( 𝐴𝑋 ∧ ∀ 𝑢𝐽 ( 𝐴𝑢 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑢 ) ) ↔ ( 𝐴𝑋 ∧ ∀ 𝑜𝐵 ( 𝐴𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) ) ) )
37 2 36 bitrd ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐿 ∈ ( Fil ‘ 𝑌 ) ∧ 𝐹 : 𝑌𝑋 ) → ( 𝐴 ∈ ( ( 𝐽 fLimf 𝐿 ) ‘ 𝐹 ) ↔ ( 𝐴𝑋 ∧ ∀ 𝑜𝐵 ( 𝐴𝑜 → ∃ 𝑠𝐿 ( 𝐹𝑠 ) ⊆ 𝑜 ) ) ) )