Metamath Proof Explorer


Theorem qtopcld

Description: The property of being a closed set in the quotient topology. (Contributed by Mario Carneiro, 24-Mar-2015)

Ref Expression
Assertion qtopcld ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) → ( 𝐴 ∈ ( Clsd ‘ ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ) ↔ ( 𝐴𝑌 ∧ ( 𝐹𝐴 ) ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 qtoptopon ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) → ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ∈ ( TopOn ‘ 𝑌 ) )
2 topontop ( ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ∈ ( TopOn ‘ 𝑌 ) → ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ∈ Top )
3 eqid ( 𝐽 qTop 𝐹 ) = ( 𝐽 qTop 𝐹 )
4 3 iscld ( ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ∈ Top → ( 𝐴 ∈ ( Clsd ‘ ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ) ↔ ( 𝐴 ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ∧ ( ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ∖ 𝐴 ) ∈ ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ) ) )
5 1 2 4 3syl ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) → ( 𝐴 ∈ ( Clsd ‘ ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ) ↔ ( 𝐴 ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ∧ ( ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ∖ 𝐴 ) ∈ ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ) ) )
6 toponuni ( ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ∈ ( TopOn ‘ 𝑌 ) → 𝑌 = ( 𝐽 qTop 𝐹 ) )
7 1 6 syl ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) → 𝑌 = ( 𝐽 qTop 𝐹 ) )
8 7 sseq2d ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) → ( 𝐴𝑌𝐴 ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ) )
9 7 difeq1d ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) → ( 𝑌𝐴 ) = ( ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ∖ 𝐴 ) )
10 9 eleq1d ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) → ( ( 𝑌𝐴 ) ∈ ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ↔ ( ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ∖ 𝐴 ) ∈ ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ) )
11 8 10 anbi12d ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) → ( ( 𝐴𝑌 ∧ ( 𝑌𝐴 ) ∈ ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ) ↔ ( 𝐴 ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ∧ ( ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ∖ 𝐴 ) ∈ ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ) ) )
12 elqtop3 ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) → ( ( 𝑌𝐴 ) ∈ ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ↔ ( ( 𝑌𝐴 ) ⊆ 𝑌 ∧ ( 𝐹 “ ( 𝑌𝐴 ) ) ∈ 𝐽 ) ) )
13 12 adantr ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) ∧ 𝐴𝑌 ) → ( ( 𝑌𝐴 ) ∈ ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ↔ ( ( 𝑌𝐴 ) ⊆ 𝑌 ∧ ( 𝐹 “ ( 𝑌𝐴 ) ) ∈ 𝐽 ) ) )
14 difss ( 𝑌𝐴 ) ⊆ 𝑌
15 14 biantrur ( ( 𝐹 “ ( 𝑌𝐴 ) ) ∈ 𝐽 ↔ ( ( 𝑌𝐴 ) ⊆ 𝑌 ∧ ( 𝐹 “ ( 𝑌𝐴 ) ) ∈ 𝐽 ) )
16 fofun ( 𝐹 : 𝑋onto𝑌 → Fun 𝐹 )
17 16 ad2antlr ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) ∧ 𝐴𝑌 ) → Fun 𝐹 )
18 funcnvcnv ( Fun 𝐹 → Fun 𝐹 )
19 imadif ( Fun 𝐹 → ( 𝐹 “ ( 𝑌𝐴 ) ) = ( ( 𝐹𝑌 ) ∖ ( 𝐹𝐴 ) ) )
20 17 18 19 3syl ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) ∧ 𝐴𝑌 ) → ( 𝐹 “ ( 𝑌𝐴 ) ) = ( ( 𝐹𝑌 ) ∖ ( 𝐹𝐴 ) ) )
21 fof ( 𝐹 : 𝑋onto𝑌𝐹 : 𝑋𝑌 )
22 fimacnv ( 𝐹 : 𝑋𝑌 → ( 𝐹𝑌 ) = 𝑋 )
23 21 22 syl ( 𝐹 : 𝑋onto𝑌 → ( 𝐹𝑌 ) = 𝑋 )
24 23 ad2antlr ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) ∧ 𝐴𝑌 ) → ( 𝐹𝑌 ) = 𝑋 )
25 toponuni ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) → 𝑋 = 𝐽 )
26 25 ad2antrr ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) ∧ 𝐴𝑌 ) → 𝑋 = 𝐽 )
27 24 26 eqtrd ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) ∧ 𝐴𝑌 ) → ( 𝐹𝑌 ) = 𝐽 )
28 27 difeq1d ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) ∧ 𝐴𝑌 ) → ( ( 𝐹𝑌 ) ∖ ( 𝐹𝐴 ) ) = ( 𝐽 ∖ ( 𝐹𝐴 ) ) )
29 20 28 eqtrd ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) ∧ 𝐴𝑌 ) → ( 𝐹 “ ( 𝑌𝐴 ) ) = ( 𝐽 ∖ ( 𝐹𝐴 ) ) )
30 29 eleq1d ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) ∧ 𝐴𝑌 ) → ( ( 𝐹 “ ( 𝑌𝐴 ) ) ∈ 𝐽 ↔ ( 𝐽 ∖ ( 𝐹𝐴 ) ) ∈ 𝐽 ) )
31 topontop ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) → 𝐽 ∈ Top )
32 31 ad2antrr ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) ∧ 𝐴𝑌 ) → 𝐽 ∈ Top )
33 cnvimass ( 𝐹𝐴 ) ⊆ dom 𝐹
34 fofn ( 𝐹 : 𝑋onto𝑌𝐹 Fn 𝑋 )
35 34 fndmd ( 𝐹 : 𝑋onto𝑌 → dom 𝐹 = 𝑋 )
36 35 ad2antlr ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) ∧ 𝐴𝑌 ) → dom 𝐹 = 𝑋 )
37 33 36 sseqtrid ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) ∧ 𝐴𝑌 ) → ( 𝐹𝐴 ) ⊆ 𝑋 )
38 37 26 sseqtrd ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) ∧ 𝐴𝑌 ) → ( 𝐹𝐴 ) ⊆ 𝐽 )
39 eqid 𝐽 = 𝐽
40 39 iscld2 ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ ( 𝐹𝐴 ) ⊆ 𝐽 ) → ( ( 𝐹𝐴 ) ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ↔ ( 𝐽 ∖ ( 𝐹𝐴 ) ) ∈ 𝐽 ) )
41 32 38 40 syl2anc ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) ∧ 𝐴𝑌 ) → ( ( 𝐹𝐴 ) ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ↔ ( 𝐽 ∖ ( 𝐹𝐴 ) ) ∈ 𝐽 ) )
42 30 41 bitr4d ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) ∧ 𝐴𝑌 ) → ( ( 𝐹 “ ( 𝑌𝐴 ) ) ∈ 𝐽 ↔ ( 𝐹𝐴 ) ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) )
43 15 42 bitr3id ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) ∧ 𝐴𝑌 ) → ( ( ( 𝑌𝐴 ) ⊆ 𝑌 ∧ ( 𝐹 “ ( 𝑌𝐴 ) ) ∈ 𝐽 ) ↔ ( 𝐹𝐴 ) ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) )
44 13 43 bitrd ( ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) ∧ 𝐴𝑌 ) → ( ( 𝑌𝐴 ) ∈ ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ↔ ( 𝐹𝐴 ) ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) )
45 44 pm5.32da ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) → ( ( 𝐴𝑌 ∧ ( 𝑌𝐴 ) ∈ ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ) ↔ ( 𝐴𝑌 ∧ ( 𝐹𝐴 ) ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ) )
46 5 11 45 3bitr2d ( ( 𝐽 ∈ ( TopOn ‘ 𝑋 ) ∧ 𝐹 : 𝑋onto𝑌 ) → ( 𝐴 ∈ ( Clsd ‘ ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ) ↔ ( 𝐴𝑌 ∧ ( 𝐹𝐴 ) ∈ ( Clsd ‘ 𝐽 ) ) ) )