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Theorem qtoptop2

Description: The quotient topology is a topology. (Contributed by Mario Carneiro, 23-Mar-2015)

Ref Expression
Assertion qtoptop2 ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ∈ Top )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 eqid 𝐽 = 𝐽
2 1 qtopres ( 𝐹𝑉 → ( 𝐽 qTop 𝐹 ) = ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) )
3 2 3ad2ant2 ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → ( 𝐽 qTop 𝐹 ) = ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) )
4 simp1 ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → 𝐽 ∈ Top )
5 funres ( Fun 𝐹 → Fun ( 𝐹 𝐽 ) )
6 5 3ad2ant3 ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → Fun ( 𝐹 𝐽 ) )
7 funforn ( Fun ( 𝐹 𝐽 ) ↔ ( 𝐹 𝐽 ) : dom ( 𝐹 𝐽 ) –onto→ ran ( 𝐹 𝐽 ) )
8 6 7 sylib ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → ( 𝐹 𝐽 ) : dom ( 𝐹 𝐽 ) –onto→ ran ( 𝐹 𝐽 ) )
9 dmres dom ( 𝐹 𝐽 ) = ( 𝐽 ∩ dom 𝐹 )
10 inss1 ( 𝐽 ∩ dom 𝐹 ) ⊆ 𝐽
11 9 10 eqsstri dom ( 𝐹 𝐽 ) ⊆ 𝐽
12 11 a1i ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → dom ( 𝐹 𝐽 ) ⊆ 𝐽 )
13 1 elqtop ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ ( 𝐹 𝐽 ) : dom ( 𝐹 𝐽 ) –onto→ ran ( 𝐹 𝐽 ) ∧ dom ( 𝐹 𝐽 ) ⊆ 𝐽 ) → ( 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ↔ ( 𝑦 ⊆ ran ( 𝐹 𝐽 ) ∧ ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) )
14 4 8 12 13 syl3anc ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → ( 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ↔ ( 𝑦 ⊆ ran ( 𝐹 𝐽 ) ∧ ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑦 ) ∈ 𝐽 ) ) )
15 14 simprbda ( ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) → 𝑦 ⊆ ran ( 𝐹 𝐽 ) )
16 velpw ( 𝑦 ∈ 𝒫 ran ( 𝐹 𝐽 ) ↔ 𝑦 ⊆ ran ( 𝐹 𝐽 ) )
17 15 16 sylibr ( ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) → 𝑦 ∈ 𝒫 ran ( 𝐹 𝐽 ) )
18 17 ex ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → ( 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) → 𝑦 ∈ 𝒫 ran ( 𝐹 𝐽 ) ) )
19 18 ssrdv ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ⊆ 𝒫 ran ( 𝐹 𝐽 ) )
20 sstr2 ( 𝑥 ⊆ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) → ( ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ⊆ 𝒫 ran ( 𝐹 𝐽 ) → 𝑥 ⊆ 𝒫 ran ( 𝐹 𝐽 ) ) )
21 19 20 syl5com ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → ( 𝑥 ⊆ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) → 𝑥 ⊆ 𝒫 ran ( 𝐹 𝐽 ) ) )
22 sspwuni ( 𝑥 ⊆ 𝒫 ran ( 𝐹 𝐽 ) ↔ 𝑥 ⊆ ran ( 𝐹 𝐽 ) )
23 21 22 syl6ib ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → ( 𝑥 ⊆ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) → 𝑥 ⊆ ran ( 𝐹 𝐽 ) ) )
24 imauni ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑥 ) = 𝑦𝑥 ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑦 )
25 14 simplbda ( ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) → ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑦 ) ∈ 𝐽 )
26 25 ralrimiva ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑦 ) ∈ 𝐽 )
27 ssralv ( 𝑥 ⊆ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) → ( ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑦 ) ∈ 𝐽 → ∀ 𝑦𝑥 ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑦 ) ∈ 𝐽 ) )
28 26 27 mpan9 ( ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) ∧ 𝑥 ⊆ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) → ∀ 𝑦𝑥 ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑦 ) ∈ 𝐽 )
29 iunopn ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ ∀ 𝑦𝑥 ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑦 ) ∈ 𝐽 ) → 𝑦𝑥 ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑦 ) ∈ 𝐽 )
30 4 28 29 syl2an2r ( ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) ∧ 𝑥 ⊆ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) → 𝑦𝑥 ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑦 ) ∈ 𝐽 )
31 24 30 eqeltrid ( ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) ∧ 𝑥 ⊆ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) → ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑥 ) ∈ 𝐽 )
32 31 ex ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → ( 𝑥 ⊆ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) → ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑥 ) ∈ 𝐽 ) )
33 23 32 jcad ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → ( 𝑥 ⊆ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) → ( 𝑥 ⊆ ran ( 𝐹 𝐽 ) ∧ ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑥 ) ∈ 𝐽 ) ) )
34 1 elqtop ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ ( 𝐹 𝐽 ) : dom ( 𝐹 𝐽 ) –onto→ ran ( 𝐹 𝐽 ) ∧ dom ( 𝐹 𝐽 ) ⊆ 𝐽 ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ↔ ( 𝑥 ⊆ ran ( 𝐹 𝐽 ) ∧ ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑥 ) ∈ 𝐽 ) ) )
35 4 8 12 34 syl3anc ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ↔ ( 𝑥 ⊆ ran ( 𝐹 𝐽 ) ∧ ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑥 ) ∈ 𝐽 ) ) )
36 33 35 sylibrd ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → ( 𝑥 ⊆ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) → 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) )
37 36 alrimiv ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → ∀ 𝑥 ( 𝑥 ⊆ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) → 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) )
38 inss1 ( 𝑥𝑦 ) ⊆ 𝑥
39 1 elqtop ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ ( 𝐹 𝐽 ) : dom ( 𝐹 𝐽 ) –onto→ ran ( 𝐹 𝐽 ) ∧ dom ( 𝐹 𝐽 ) ⊆ 𝐽 ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ↔ ( 𝑥 ⊆ ran ( 𝐹 𝐽 ) ∧ ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑥 ) ∈ 𝐽 ) ) )
40 4 8 12 39 syl3anc ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → ( 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ↔ ( 𝑥 ⊆ ran ( 𝐹 𝐽 ) ∧ ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑥 ) ∈ 𝐽 ) ) )
41 40 biimpa ( ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) ∧ 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) → ( 𝑥 ⊆ ran ( 𝐹 𝐽 ) ∧ ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑥 ) ∈ 𝐽 ) )
42 41 adantrr ( ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) ∧ ( 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) ) → ( 𝑥 ⊆ ran ( 𝐹 𝐽 ) ∧ ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑥 ) ∈ 𝐽 ) )
43 42 simpld ( ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) ∧ ( 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) ) → 𝑥 ⊆ ran ( 𝐹 𝐽 ) )
44 38 43 sstrid ( ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) ∧ ( 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) ) → ( 𝑥𝑦 ) ⊆ ran ( 𝐹 𝐽 ) )
45 6 adantr ( ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) ∧ ( 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) ) → Fun ( 𝐹 𝐽 ) )
46 inpreima ( Fun ( 𝐹 𝐽 ) → ( ( 𝐹 𝐽 ) “ ( 𝑥𝑦 ) ) = ( ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑥 ) ∩ ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑦 ) ) )
47 45 46 syl ( ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) ∧ ( 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) ) → ( ( 𝐹 𝐽 ) “ ( 𝑥𝑦 ) ) = ( ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑥 ) ∩ ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑦 ) ) )
48 4 adantr ( ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) ∧ ( 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) ) → 𝐽 ∈ Top )
49 42 simprd ( ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) ∧ ( 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) ) → ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑥 ) ∈ 𝐽 )
50 25 adantrl ( ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) ∧ ( 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) ) → ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑦 ) ∈ 𝐽 )
51 inopn ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑥 ) ∈ 𝐽 ∧ ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑦 ) ∈ 𝐽 ) → ( ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑥 ) ∩ ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑦 ) ) ∈ 𝐽 )
52 48 49 50 51 syl3anc ( ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) ∧ ( 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) ) → ( ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑥 ) ∩ ( ( 𝐹 𝐽 ) “ 𝑦 ) ) ∈ 𝐽 )
53 47 52 eqeltrd ( ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) ∧ ( 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) ) → ( ( 𝐹 𝐽 ) “ ( 𝑥𝑦 ) ) ∈ 𝐽 )
54 1 elqtop ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ ( 𝐹 𝐽 ) : dom ( 𝐹 𝐽 ) –onto→ ran ( 𝐹 𝐽 ) ∧ dom ( 𝐹 𝐽 ) ⊆ 𝐽 ) → ( ( 𝑥𝑦 ) ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ↔ ( ( 𝑥𝑦 ) ⊆ ran ( 𝐹 𝐽 ) ∧ ( ( 𝐹 𝐽 ) “ ( 𝑥𝑦 ) ) ∈ 𝐽 ) ) )
55 4 8 12 54 syl3anc ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → ( ( 𝑥𝑦 ) ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ↔ ( ( 𝑥𝑦 ) ⊆ ran ( 𝐹 𝐽 ) ∧ ( ( 𝐹 𝐽 ) “ ( 𝑥𝑦 ) ) ∈ 𝐽 ) ) )
56 55 adantr ( ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) ∧ ( 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) ) → ( ( 𝑥𝑦 ) ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ↔ ( ( 𝑥𝑦 ) ⊆ ran ( 𝐹 𝐽 ) ∧ ( ( 𝐹 𝐽 ) “ ( 𝑥𝑦 ) ) ∈ 𝐽 ) ) )
57 44 53 56 mpbir2and ( ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) ∧ ( 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) ) → ( 𝑥𝑦 ) ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) )
58 57 ralrimivva ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → ∀ 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ( 𝑥𝑦 ) ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) )
59 ovex ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ∈ V
60 istopg ( ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ∈ V → ( ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ∈ Top ↔ ( ∀ 𝑥 ( 𝑥 ⊆ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) → 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) ∧ ∀ 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ( 𝑥𝑦 ) ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) ) )
61 59 60 ax-mp ( ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ∈ Top ↔ ( ∀ 𝑥 ( 𝑥 ⊆ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) → 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) ∧ ∀ 𝑥 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ( 𝑥𝑦 ) ∈ ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ) )
62 37 58 61 sylanbrc ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → ( 𝐽 qTop ( 𝐹 𝐽 ) ) ∈ Top )
63 3 62 eqeltrd ( ( 𝐽 ∈ Top ∧ 𝐹𝑉 ∧ Fun 𝐹 ) → ( 𝐽 qTop 𝐹 ) ∈ Top )