Metamath Proof Explorer


Theorem xkoco1cn

Description: If F is a continuous function, then g |-> g o. F is a continuous function on function spaces. (The reason we prove this and xkoco2cn independently of the more general xkococn is because that requires some inconvenient extra assumptions on S .) (Contributed by Mario Carneiro, 20-Mar-2015)

Ref Expression
Hypotheses xkoco1cn.t ( 𝜑𝑇 ∈ Top )
xkoco1cn.f ( 𝜑𝐹 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) )
Assertion xkoco1cn ( 𝜑 → ( 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ↦ ( 𝑔𝐹 ) ) ∈ ( ( 𝑇ko 𝑆 ) Cn ( 𝑇ko 𝑅 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 xkoco1cn.t ( 𝜑𝑇 ∈ Top )
2 xkoco1cn.f ( 𝜑𝐹 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) )
3 cnco ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ) → ( 𝑔𝐹 ) ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) )
4 2 3 sylan ( ( 𝜑𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ) → ( 𝑔𝐹 ) ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) )
5 4 fmpttd ( 𝜑 → ( 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ↦ ( 𝑔𝐹 ) ) : ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ⟶ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) )
6 eqid 𝑅 = 𝑅
7 eqid { 𝑦 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑦 ) ∈ Comp } = { 𝑦 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑦 ) ∈ Comp }
8 eqid ( 𝑘 ∈ { 𝑦 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑦 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑇 ↦ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) = ( 𝑘 ∈ { 𝑦 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑦 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑇 ↦ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } )
9 6 7 8 xkobval ran ( 𝑘 ∈ { 𝑦 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑦 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑇 ↦ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) = { 𝑥 ∣ ∃ 𝑘 ∈ 𝒫 𝑅𝑣𝑇 ( ( 𝑅t 𝑘 ) ∈ Comp ∧ 𝑥 = { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) }
10 9 abeq2i ( 𝑥 ∈ ran ( 𝑘 ∈ { 𝑦 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑦 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑇 ↦ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ↔ ∃ 𝑘 ∈ 𝒫 𝑅𝑣𝑇 ( ( 𝑅t 𝑘 ) ∈ Comp ∧ 𝑥 = { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) )
11 2 ad2antrr ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑘 ∈ 𝒫 𝑅𝑣𝑇 ) ) ∧ ( 𝑅t 𝑘 ) ∈ Comp ) → 𝐹 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) )
12 11 3 sylan ( ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑘 ∈ 𝒫 𝑅𝑣𝑇 ) ) ∧ ( 𝑅t 𝑘 ) ∈ Comp ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ) → ( 𝑔𝐹 ) ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) )
13 imaeq1 ( = ( 𝑔𝐹 ) → ( 𝑘 ) = ( ( 𝑔𝐹 ) “ 𝑘 ) )
14 imaco ( ( 𝑔𝐹 ) “ 𝑘 ) = ( 𝑔 “ ( 𝐹𝑘 ) )
15 13 14 eqtrdi ( = ( 𝑔𝐹 ) → ( 𝑘 ) = ( 𝑔 “ ( 𝐹𝑘 ) ) )
16 15 sseq1d ( = ( 𝑔𝐹 ) → ( ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 ↔ ( 𝑔 “ ( 𝐹𝑘 ) ) ⊆ 𝑣 ) )
17 16 elrab3 ( ( 𝑔𝐹 ) ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) → ( ( 𝑔𝐹 ) ∈ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ↔ ( 𝑔 “ ( 𝐹𝑘 ) ) ⊆ 𝑣 ) )
18 12 17 syl ( ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑘 ∈ 𝒫 𝑅𝑣𝑇 ) ) ∧ ( 𝑅t 𝑘 ) ∈ Comp ) ∧ 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ) → ( ( 𝑔𝐹 ) ∈ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ↔ ( 𝑔 “ ( 𝐹𝑘 ) ) ⊆ 𝑣 ) )
19 18 rabbidva ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑘 ∈ 𝒫 𝑅𝑣𝑇 ) ) ∧ ( 𝑅t 𝑘 ) ∈ Comp ) → { 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑔𝐹 ) ∈ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } } = { 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑔 “ ( 𝐹𝑘 ) ) ⊆ 𝑣 } )
20 eqid 𝑆 = 𝑆
21 cntop2 ( 𝐹 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) → 𝑆 ∈ Top )
22 2 21 syl ( 𝜑𝑆 ∈ Top )
23 22 ad2antrr ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑘 ∈ 𝒫 𝑅𝑣𝑇 ) ) ∧ ( 𝑅t 𝑘 ) ∈ Comp ) → 𝑆 ∈ Top )
24 1 ad2antrr ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑘 ∈ 𝒫 𝑅𝑣𝑇 ) ) ∧ ( 𝑅t 𝑘 ) ∈ Comp ) → 𝑇 ∈ Top )
25 imassrn ( 𝐹𝑘 ) ⊆ ran 𝐹
26 6 20 cnf ( 𝐹 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) → 𝐹 : 𝑅 𝑆 )
27 frn ( 𝐹 : 𝑅 𝑆 → ran 𝐹 𝑆 )
28 11 26 27 3syl ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑘 ∈ 𝒫 𝑅𝑣𝑇 ) ) ∧ ( 𝑅t 𝑘 ) ∈ Comp ) → ran 𝐹 𝑆 )
29 25 28 sstrid ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑘 ∈ 𝒫 𝑅𝑣𝑇 ) ) ∧ ( 𝑅t 𝑘 ) ∈ Comp ) → ( 𝐹𝑘 ) ⊆ 𝑆 )
30 imacmp ( ( 𝐹 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) ∧ ( 𝑅t 𝑘 ) ∈ Comp ) → ( 𝑆t ( 𝐹𝑘 ) ) ∈ Comp )
31 11 30 sylancom ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑘 ∈ 𝒫 𝑅𝑣𝑇 ) ) ∧ ( 𝑅t 𝑘 ) ∈ Comp ) → ( 𝑆t ( 𝐹𝑘 ) ) ∈ Comp )
32 simplrr ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑘 ∈ 𝒫 𝑅𝑣𝑇 ) ) ∧ ( 𝑅t 𝑘 ) ∈ Comp ) → 𝑣𝑇 )
33 20 23 24 29 31 32 xkoopn ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑘 ∈ 𝒫 𝑅𝑣𝑇 ) ) ∧ ( 𝑅t 𝑘 ) ∈ Comp ) → { 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑔 “ ( 𝐹𝑘 ) ) ⊆ 𝑣 } ∈ ( 𝑇ko 𝑆 ) )
34 19 33 eqeltrd ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑘 ∈ 𝒫 𝑅𝑣𝑇 ) ) ∧ ( 𝑅t 𝑘 ) ∈ Comp ) → { 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑔𝐹 ) ∈ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } } ∈ ( 𝑇ko 𝑆 ) )
35 imaeq2 ( 𝑥 = { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } → ( ( 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ↦ ( 𝑔𝐹 ) ) “ 𝑥 ) = ( ( 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ↦ ( 𝑔𝐹 ) ) “ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) )
36 eqid ( 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ↦ ( 𝑔𝐹 ) ) = ( 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ↦ ( 𝑔𝐹 ) )
37 36 mptpreima ( ( 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ↦ ( 𝑔𝐹 ) ) “ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) = { 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑔𝐹 ) ∈ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } }
38 35 37 eqtrdi ( 𝑥 = { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } → ( ( 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ↦ ( 𝑔𝐹 ) ) “ 𝑥 ) = { 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑔𝐹 ) ∈ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } } )
39 38 eleq1d ( 𝑥 = { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } → ( ( ( 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ↦ ( 𝑔𝐹 ) ) “ 𝑥 ) ∈ ( 𝑇ko 𝑆 ) ↔ { 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑔𝐹 ) ∈ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } } ∈ ( 𝑇ko 𝑆 ) ) )
40 34 39 syl5ibrcom ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑘 ∈ 𝒫 𝑅𝑣𝑇 ) ) ∧ ( 𝑅t 𝑘 ) ∈ Comp ) → ( 𝑥 = { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } → ( ( 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ↦ ( 𝑔𝐹 ) ) “ 𝑥 ) ∈ ( 𝑇ko 𝑆 ) ) )
41 40 expimpd ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑘 ∈ 𝒫 𝑅𝑣𝑇 ) ) → ( ( ( 𝑅t 𝑘 ) ∈ Comp ∧ 𝑥 = { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) → ( ( 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ↦ ( 𝑔𝐹 ) ) “ 𝑥 ) ∈ ( 𝑇ko 𝑆 ) ) )
42 41 rexlimdvva ( 𝜑 → ( ∃ 𝑘 ∈ 𝒫 𝑅𝑣𝑇 ( ( 𝑅t 𝑘 ) ∈ Comp ∧ 𝑥 = { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) → ( ( 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ↦ ( 𝑔𝐹 ) ) “ 𝑥 ) ∈ ( 𝑇ko 𝑆 ) ) )
43 10 42 syl5bi ( 𝜑 → ( 𝑥 ∈ ran ( 𝑘 ∈ { 𝑦 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑦 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑇 ↦ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) → ( ( 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ↦ ( 𝑔𝐹 ) ) “ 𝑥 ) ∈ ( 𝑇ko 𝑆 ) ) )
44 43 ralrimiv ( 𝜑 → ∀ 𝑥 ∈ ran ( 𝑘 ∈ { 𝑦 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑦 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑇 ↦ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ( ( 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ↦ ( 𝑔𝐹 ) ) “ 𝑥 ) ∈ ( 𝑇ko 𝑆 ) )
45 eqid ( 𝑇ko 𝑆 ) = ( 𝑇ko 𝑆 )
46 45 xkotopon ( ( 𝑆 ∈ Top ∧ 𝑇 ∈ Top ) → ( 𝑇ko 𝑆 ) ∈ ( TopOn ‘ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ) )
47 22 1 46 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝑇ko 𝑆 ) ∈ ( TopOn ‘ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ) )
48 ovex ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∈ V
49 48 pwex 𝒫 ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∈ V
50 6 7 8 xkotf ( 𝑘 ∈ { 𝑦 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑦 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑇 ↦ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) : ( { 𝑦 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑦 ) ∈ Comp } × 𝑇 ) ⟶ 𝒫 ( 𝑅 Cn 𝑇 )
51 frn ( ( 𝑘 ∈ { 𝑦 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑦 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑇 ↦ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) : ( { 𝑦 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑦 ) ∈ Comp } × 𝑇 ) ⟶ 𝒫 ( 𝑅 Cn 𝑇 ) → ran ( 𝑘 ∈ { 𝑦 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑦 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑇 ↦ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ⊆ 𝒫 ( 𝑅 Cn 𝑇 ) )
52 50 51 ax-mp ran ( 𝑘 ∈ { 𝑦 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑦 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑇 ↦ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ⊆ 𝒫 ( 𝑅 Cn 𝑇 )
53 49 52 ssexi ran ( 𝑘 ∈ { 𝑦 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑦 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑇 ↦ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ∈ V
54 53 a1i ( 𝜑 → ran ( 𝑘 ∈ { 𝑦 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑦 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑇 ↦ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ∈ V )
55 cntop1 ( 𝐹 ∈ ( 𝑅 Cn 𝑆 ) → 𝑅 ∈ Top )
56 2 55 syl ( 𝜑𝑅 ∈ Top )
57 6 7 8 xkoval ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑇 ∈ Top ) → ( 𝑇ko 𝑅 ) = ( topGen ‘ ( fi ‘ ran ( 𝑘 ∈ { 𝑦 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑦 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑇 ↦ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ) ) )
58 56 1 57 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝑇ko 𝑅 ) = ( topGen ‘ ( fi ‘ ran ( 𝑘 ∈ { 𝑦 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑦 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑇 ↦ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ) ) )
59 eqid ( 𝑇ko 𝑅 ) = ( 𝑇ko 𝑅 )
60 59 xkotopon ( ( 𝑅 ∈ Top ∧ 𝑇 ∈ Top ) → ( 𝑇ko 𝑅 ) ∈ ( TopOn ‘ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ) )
61 56 1 60 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝑇ko 𝑅 ) ∈ ( TopOn ‘ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ) )
62 47 54 58 61 subbascn ( 𝜑 → ( ( 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ↦ ( 𝑔𝐹 ) ) ∈ ( ( 𝑇ko 𝑆 ) Cn ( 𝑇ko 𝑅 ) ) ↔ ( ( 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ↦ ( 𝑔𝐹 ) ) : ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ⟶ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∧ ∀ 𝑥 ∈ ran ( 𝑘 ∈ { 𝑦 ∈ 𝒫 𝑅 ∣ ( 𝑅t 𝑦 ) ∈ Comp } , 𝑣𝑇 ↦ { ∈ ( 𝑅 Cn 𝑇 ) ∣ ( 𝑘 ) ⊆ 𝑣 } ) ( ( 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ↦ ( 𝑔𝐹 ) ) “ 𝑥 ) ∈ ( 𝑇ko 𝑆 ) ) ) )
63 5 44 62 mpbir2and ( 𝜑 → ( 𝑔 ∈ ( 𝑆 Cn 𝑇 ) ↦ ( 𝑔𝐹 ) ) ∈ ( ( 𝑇ko 𝑆 ) Cn ( 𝑇ko 𝑅 ) ) )