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Theorem dis2ndc 20255
Description: A discrete space is second-countable iff it is countable. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Apr-2015.)
Assertion
Ref Expression
dis2ndc  |-  ( X  ~<_  om  <->  ~P X  e.  2ndc )

Proof of Theorem dis2ndc
Dummy variables  w  b  x  y  z are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 reldom 7562 . . 3  |-  Rel  ~<_
21brrelexi 4866 . 2  |-  ( X  ~<_  om  ->  X  e.  _V )
3 elex 3070 . . 3  |-  ( ~P X  e.  2ndc  ->  ~P X  e.  _V )
4 pwexb 6595 . . 3  |-  ( X  e.  _V  <->  ~P X  e.  _V )
53, 4sylibr 214 . 2  |-  ( ~P X  e.  2ndc  ->  X  e.  _V )
6 elex 3070 . . . . 5  |-  ( X  e.  _V  ->  X  e.  _V )
7 snex 4634 . . . . . . . 8  |-  { x }  e.  _V
872a1i 12 . . . . . . 7  |-  ( X  e.  _V  ->  (
x  e.  X  ->  { x }  e.  _V ) )
9 vex 3064 . . . . . . . . . 10  |-  x  e. 
_V
109sneqr 4141 . . . . . . . . 9  |-  ( { x }  =  {
y }  ->  x  =  y )
11 sneq 3984 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  y  ->  { x }  =  { y } )
1210, 11impbii 189 . . . . . . . 8  |-  ( { x }  =  {
y }  <->  x  =  y )
13122a1i 12 . . . . . . 7  |-  ( X  e.  _V  ->  (
( x  e.  X  /\  y  e.  X
)  ->  ( {
x }  =  {
y }  <->  x  =  y ) ) )
148, 13dom2lem 7595 . . . . . 6  |-  ( X  e.  _V  ->  (
x  e.  X  |->  { x } ) : X -1-1-> _V )
15 f1f1orn 5812 . . . . . 6  |-  ( ( x  e.  X  |->  { x } ) : X -1-1-> _V  ->  ( x  e.  X  |->  { x } ) : X -1-1-onto-> ran  ( x  e.  X  |->  { x } ) )
1614, 15syl 17 . . . . 5  |-  ( X  e.  _V  ->  (
x  e.  X  |->  { x } ) : X -1-1-onto-> ran  ( x  e.  X  |->  { x }
) )
17 f1oeng 7574 . . . . 5  |-  ( ( X  e.  _V  /\  ( x  e.  X  |->  { x } ) : X -1-1-onto-> ran  ( x  e.  X  |->  { x }
) )  ->  X  ~~  ran  ( x  e.  X  |->  { x }
) )
186, 16, 17syl2anc 661 . . . 4  |-  ( X  e.  _V  ->  X  ~~  ran  ( x  e.  X  |->  { x }
) )
19 domen1 7699 . . . 4  |-  ( X 
~~  ran  ( x  e.  X  |->  { x } )  ->  ( X  ~<_  om  <->  ran  ( x  e.  X  |->  { x }
)  ~<_  om ) )
2018, 19syl 17 . . 3  |-  ( X  e.  _V  ->  ( X  ~<_  om  <->  ran  ( x  e.  X  |->  { x }
)  ~<_  om ) )
21 distop 19791 . . . . . . 7  |-  ( X  e.  _V  ->  ~P X  e.  Top )
22 simpr 461 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( X  e.  _V  /\  x  e.  X )  ->  x  e.  X )
239snelpw 4639 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  e.  X  <->  { x }  e.  ~P X
)
2422, 23sylib 198 . . . . . . . . 9  |-  ( ( X  e.  _V  /\  x  e.  X )  ->  { x }  e.  ~P X )
25 eqid 2404 . . . . . . . . 9  |-  ( x  e.  X  |->  { x } )  =  ( x  e.  X  |->  { x } )
2624, 25fmptd 6035 . . . . . . . 8  |-  ( X  e.  _V  ->  (
x  e.  X  |->  { x } ) : X --> ~P X )
27 frn 5722 . . . . . . . 8  |-  ( ( x  e.  X  |->  { x } ) : X --> ~P X  ->  ran  ( x  e.  X  |->  { x } ) 
C_  ~P X )
2826, 27syl 17 . . . . . . 7  |-  ( X  e.  _V  ->  ran  ( x  e.  X  |->  { x } ) 
C_  ~P X )
29 elpwi 3966 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( y  e.  ~P X  -> 
y  C_  X )
3029ad2antrl 728 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( X  e.  _V  /\  ( y  e.  ~P X  /\  z  e.  y ) )  ->  y  C_  X )
31 simprr 760 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( X  e.  _V  /\  ( y  e.  ~P X  /\  z  e.  y ) )  ->  z  e.  y )
3230, 31sseldd 3445 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( X  e.  _V  /\  ( y  e.  ~P X  /\  z  e.  y ) )  ->  z  e.  X )
33 eqidd 2405 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( X  e.  _V  /\  ( y  e.  ~P X  /\  z  e.  y ) )  ->  { z }  =  { z } )
34 sneq 3984 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( x  =  z  ->  { x }  =  { z } )
3534eqeq2d 2418 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( x  =  z  ->  ( { z }  =  { x }  <->  { z }  =  { z } ) )
3635rspcev 3162 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( z  e.  X  /\  { z }  =  {
z } )  ->  E. x  e.  X  { z }  =  { x } )
3732, 33, 36syl2anc 661 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( X  e.  _V  /\  ( y  e.  ~P X  /\  z  e.  y ) )  ->  E. x  e.  X  { z }  =  { x } )
38 snex 4634 . . . . . . . . . . 11  |-  { z }  e.  _V
3925elrnmpt 5072 . . . . . . . . . . 11  |-  ( { z }  e.  _V  ->  ( { z }  e.  ran  ( x  e.  X  |->  { x } )  <->  E. x  e.  X  { z }  =  { x } ) )
4038, 39ax-mp 5 . . . . . . . . . 10  |-  ( { z }  e.  ran  ( x  e.  X  |->  { x } )  <->  E. x  e.  X  { z }  =  { x } )
4137, 40sylibr 214 . . . . . . . . 9  |-  ( ( X  e.  _V  /\  ( y  e.  ~P X  /\  z  e.  y ) )  ->  { z }  e.  ran  (
x  e.  X  |->  { x } ) )
42 ssnid 4003 . . . . . . . . . 10  |-  z  e. 
{ z }
4342a1i 11 . . . . . . . . 9  |-  ( ( X  e.  _V  /\  ( y  e.  ~P X  /\  z  e.  y ) )  ->  z  e.  { z } )
4431snssd 4119 . . . . . . . . 9  |-  ( ( X  e.  _V  /\  ( y  e.  ~P X  /\  z  e.  y ) )  ->  { z }  C_  y )
45 eleq2 2477 . . . . . . . . . . 11  |-  ( w  =  { z }  ->  ( z  e.  w  <->  z  e.  {
z } ) )
46 sseq1 3465 . . . . . . . . . . 11  |-  ( w  =  { z }  ->  ( w  C_  y 
<->  { z }  C_  y ) )
4745, 46anbi12d 711 . . . . . . . . . 10  |-  ( w  =  { z }  ->  ( ( z  e.  w  /\  w  C_  y )  <->  ( z  e.  { z }  /\  { z }  C_  y
) ) )
4847rspcev 3162 . . . . . . . . 9  |-  ( ( { z }  e.  ran  ( x  e.  X  |->  { x } )  /\  ( z  e. 
{ z }  /\  { z }  C_  y
) )  ->  E. w  e.  ran  ( x  e.  X  |->  { x }
) ( z  e.  w  /\  w  C_  y ) )
4941, 43, 44, 48syl12anc 1230 . . . . . . . 8  |-  ( ( X  e.  _V  /\  ( y  e.  ~P X  /\  z  e.  y ) )  ->  E. w  e.  ran  ( x  e.  X  |->  { x }
) ( z  e.  w  /\  w  C_  y ) )
5049ralrimivva 2827 . . . . . . 7  |-  ( X  e.  _V  ->  A. y  e.  ~P  X A. z  e.  y  E. w  e.  ran  ( x  e.  X  |->  { x }
) ( z  e.  w  /\  w  C_  y ) )
51 basgen2 19785 . . . . . . 7  |-  ( ( ~P X  e.  Top  /\ 
ran  ( x  e.  X  |->  { x }
)  C_  ~P X  /\  A. y  e.  ~P  X A. z  e.  y  E. w  e.  ran  ( x  e.  X  |->  { x } ) ( z  e.  w  /\  w  C_  y ) )  ->  ( topGen ` 
ran  ( x  e.  X  |->  { x }
) )  =  ~P X )
5221, 28, 50, 51syl3anc 1232 . . . . . 6  |-  ( X  e.  _V  ->  ( topGen `
 ran  ( x  e.  X  |->  { x } ) )  =  ~P X )
5352adantr 465 . . . . 5  |-  ( ( X  e.  _V  /\  ran  ( x  e.  X  |->  { x } )  ~<_  om )  ->  ( topGen `
 ran  ( x  e.  X  |->  { x } ) )  =  ~P X )
5452, 21eqeltrd 2492 . . . . . . 7  |-  ( X  e.  _V  ->  ( topGen `
 ran  ( x  e.  X  |->  { x } ) )  e. 
Top )
55 tgclb 19766 . . . . . . 7  |-  ( ran  ( x  e.  X  |->  { x } )  e.  TopBases 
<->  ( topGen `  ran  ( x  e.  X  |->  { x } ) )  e. 
Top )
5654, 55sylibr 214 . . . . . 6  |-  ( X  e.  _V  ->  ran  ( x  e.  X  |->  { x } )  e.  TopBases )
57 2ndci 20243 . . . . . 6  |-  ( ( ran  ( x  e.  X  |->  { x }
)  e.  TopBases  /\  ran  ( x  e.  X  |->  { x } )  ~<_  om )  ->  ( topGen `
 ran  ( x  e.  X  |->  { x } ) )  e. 
2ndc )
5856, 57sylan 471 . . . . 5  |-  ( ( X  e.  _V  /\  ran  ( x  e.  X  |->  { x } )  ~<_  om )  ->  ( topGen `
 ran  ( x  e.  X  |->  { x } ) )  e. 
2ndc )
5953, 58eqeltrrd 2493 . . . 4  |-  ( ( X  e.  _V  /\  ran  ( x  e.  X  |->  { x } )  ~<_  om )  ->  ~P X  e.  2ndc )
60 is2ndc 20241 . . . . . 6  |-  ( ~P X  e.  2ndc  <->  E. b  e. 
TopBases  ( b  ~<_  om  /\  ( topGen `  b )  =  ~P X ) )
61 vex 3064 . . . . . . . . . 10  |-  b  e. 
_V
62 simpr 461 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( ( X  e. 
_V  /\  b  e.  TopBases )  /\  ( b  ~<_  om 
/\  ( topGen `  b
)  =  ~P X
) )  /\  x  e.  X )  ->  x  e.  X )
6362, 23sylib 198 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( ( X  e. 
_V  /\  b  e.  TopBases )  /\  ( b  ~<_  om 
/\  ( topGen `  b
)  =  ~P X
) )  /\  x  e.  X )  ->  { x }  e.  ~P X
)
64 simplrr 765 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( ( X  e. 
_V  /\  b  e.  TopBases )  /\  ( b  ~<_  om 
/\  ( topGen `  b
)  =  ~P X
) )  /\  x  e.  X )  ->  ( topGen `
 b )  =  ~P X )
6563, 64eleqtrrd 2495 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( X  e. 
_V  /\  b  e.  TopBases )  /\  ( b  ~<_  om 
/\  ( topGen `  b
)  =  ~P X
) )  /\  x  e.  X )  ->  { x }  e.  ( topGen `  b ) )
66 ssnid 4003 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  x  e. 
{ x }
67 tg2 19760 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( { x }  e.  ( topGen `  b )  /\  x  e.  { x } )  ->  E. y  e.  b  ( x  e.  y  /\  y  C_ 
{ x } ) )
6865, 66, 67sylancl 662 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( X  e. 
_V  /\  b  e.  TopBases )  /\  ( b  ~<_  om 
/\  ( topGen `  b
)  =  ~P X
) )  /\  x  e.  X )  ->  E. y  e.  b  ( x  e.  y  /\  y  C_ 
{ x } ) )
69 simprrl 768 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( ( ( X  e.  _V  /\  b  e. 
TopBases )  /\  ( b  ~<_  om  /\  ( topGen `  b )  =  ~P X ) )  /\  x  e.  X )  /\  ( y  e.  b  /\  ( x  e.  y  /\  y  C_  { x } ) ) )  ->  x  e.  y )
7069snssd 4119 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( ( ( X  e.  _V  /\  b  e. 
TopBases )  /\  ( b  ~<_  om  /\  ( topGen `  b )  =  ~P X ) )  /\  x  e.  X )  /\  ( y  e.  b  /\  ( x  e.  y  /\  y  C_  { x } ) ) )  ->  { x }  C_  y )
71 simprrr 769 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( ( ( X  e.  _V  /\  b  e. 
TopBases )  /\  ( b  ~<_  om  /\  ( topGen `  b )  =  ~P X ) )  /\  x  e.  X )  /\  ( y  e.  b  /\  ( x  e.  y  /\  y  C_  { x } ) ) )  ->  y  C_  { x } )
7270, 71eqssd 3461 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( ( X  e.  _V  /\  b  e. 
TopBases )  /\  ( b  ~<_  om  /\  ( topGen `  b )  =  ~P X ) )  /\  x  e.  X )  /\  ( y  e.  b  /\  ( x  e.  y  /\  y  C_  { x } ) ) )  ->  { x }  =  y )
73 simprl 758 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( ( X  e.  _V  /\  b  e. 
TopBases )  /\  ( b  ~<_  om  /\  ( topGen `  b )  =  ~P X ) )  /\  x  e.  X )  /\  ( y  e.  b  /\  ( x  e.  y  /\  y  C_  { x } ) ) )  ->  y  e.  b )
7472, 73eqeltrd 2492 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( ( X  e.  _V  /\  b  e. 
TopBases )  /\  ( b  ~<_  om  /\  ( topGen `  b )  =  ~P X ) )  /\  x  e.  X )  /\  ( y  e.  b  /\  ( x  e.  y  /\  y  C_  { x } ) ) )  ->  { x }  e.  b )
7568, 74rexlimddv 2902 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( X  e. 
_V  /\  b  e.  TopBases )  /\  ( b  ~<_  om 
/\  ( topGen `  b
)  =  ~P X
) )  /\  x  e.  X )  ->  { x }  e.  b )
7675, 25fmptd 6035 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( X  e.  _V  /\  b  e.  TopBases )  /\  ( b  ~<_  om  /\  ( topGen `  b )  =  ~P X ) )  ->  ( x  e.  X  |->  { x }
) : X --> b )
77 frn 5722 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( x  e.  X  |->  { x } ) : X --> b  ->  ran  ( x  e.  X  |->  { x } ) 
C_  b )
7876, 77syl 17 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( X  e.  _V  /\  b  e.  TopBases )  /\  ( b  ~<_  om  /\  ( topGen `  b )  =  ~P X ) )  ->  ran  ( x  e.  X  |->  { x } )  C_  b
)
79 ssdomg 7601 . . . . . . . . . 10  |-  ( b  e.  _V  ->  ( ran  ( x  e.  X  |->  { x } ) 
C_  b  ->  ran  ( x  e.  X  |->  { x } )  ~<_  b ) )
8061, 78, 79mpsyl 64 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( X  e.  _V  /\  b  e.  TopBases )  /\  ( b  ~<_  om  /\  ( topGen `  b )  =  ~P X ) )  ->  ran  ( x  e.  X  |->  { x } )  ~<_  b )
81 simprl 758 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( X  e.  _V  /\  b  e.  TopBases )  /\  ( b  ~<_  om  /\  ( topGen `  b )  =  ~P X ) )  ->  b  ~<_  om )
82 domtr 7608 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ran  ( x  e.  X  |->  { x }
)  ~<_  b  /\  b  ~<_  om )  ->  ran  (
x  e.  X  |->  { x } )  ~<_  om )
8380, 81, 82syl2anc 661 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( X  e.  _V  /\  b  e.  TopBases )  /\  ( b  ~<_  om  /\  ( topGen `  b )  =  ~P X ) )  ->  ran  ( x  e.  X  |->  { x } )  ~<_  om )
8483ex 434 . . . . . . 7  |-  ( ( X  e.  _V  /\  b  e.  TopBases )  ->  (
( b  ~<_  om  /\  ( topGen `  b )  =  ~P X )  ->  ran  ( x  e.  X  |->  { x } )  ~<_  om ) )
8584rexlimdva 2898 . . . . . 6  |-  ( X  e.  _V  ->  ( E. b  e.  TopBases  ( b  ~<_  om  /\  ( topGen `  b )  =  ~P X )  ->  ran  ( x  e.  X  |->  { x } )  ~<_  om ) )
8660, 85syl5bi 219 . . . . 5  |-  ( X  e.  _V  ->  ( ~P X  e.  2ndc  ->  ran  ( x  e.  X  |->  { x } )  ~<_  om ) )
8786imp 429 . . . 4  |-  ( ( X  e.  _V  /\  ~P X  e.  2ndc )  ->  ran  ( x  e.  X  |->  { x } )  ~<_  om )
8859, 87impbida 835 . . 3  |-  ( X  e.  _V  ->  ( ran  ( x  e.  X  |->  { x } )  ~<_  om  <->  ~P X  e.  2ndc ) )
8920, 88bitrd 255 . 2  |-  ( X  e.  _V  ->  ( X  ~<_  om  <->  ~P X  e.  2ndc ) )
902, 5, 89pm5.21nii 353 1  |-  ( X  ~<_  om  <->  ~P X  e.  2ndc )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    <-> wb 186    /\ wa 369    = wceq 1407    e. wcel 1844   A.wral 2756   E.wrex 2757   _Vcvv 3061    C_ wss 3416   ~Pcpw 3957   {csn 3974   class class class wbr 4397    |-> cmpt 4455   ran crn 4826   -->wf 5567   -1-1->wf1 5568   -1-1-onto->wf1o 5570   ` cfv 5571   omcom 6685    ~~ cen 7553    ~<_ cdom 7554   topGenctg 15054   Topctop 19688   TopBasesctb 19692   2ndcc2ndc 20233
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1641  ax-4 1654  ax-5 1727  ax-6 1773  ax-7 1816  ax-8 1846  ax-9 1848  ax-10 1863  ax-11 1868  ax-12 1880  ax-13 2028  ax-ext 2382  ax-rep 4509  ax-sep 4519  ax-nul 4527  ax-pow 4574  ax-pr 4632  ax-un 6576
This theorem depends on definitions:  df-bi 187  df-or 370  df-an 371  df-3an 978  df-tru 1410  df-ex 1636  df-nf 1640  df-sb 1766  df-eu 2244  df-mo 2245  df-clab 2390  df-cleq 2396  df-clel 2399  df-nfc 2554  df-ne 2602  df-ral 2761  df-rex 2762  df-reu 2763  df-rab 2765  df-v 3063  df-sbc 3280  df-csb 3376  df-dif 3419  df-un 3421  df-in 3423  df-ss 3430  df-nul 3741  df-if 3888  df-pw 3959  df-sn 3975  df-pr 3977  df-op 3981  df-uni 4194  df-iun 4275  df-br 4398  df-opab 4456  df-mpt 4457  df-id 4740  df-xp 4831  df-rel 4832  df-cnv 4833  df-co 4834  df-dm 4835  df-rn 4836  df-res 4837  df-ima 4838  df-iota 5535  df-fun 5573  df-fn 5574  df-f 5575  df-f1 5576  df-fo 5577  df-f1o 5578  df-fv 5579  df-er 7350  df-en 7557  df-dom 7558  df-topgen 15060  df-top 19693  df-bases 19695  df-2ndc 20235
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