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Theorem elcls 20166
Description: Membership in a closure. Theorem 6.5(a) of [Munkres] p. 95. (Contributed by NM, 22-Feb-2007.)
Hypothesis
Ref Expression
clscld.1  |-  X  = 
U. J
Assertion
Ref Expression
elcls  |-  ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X  /\  P  e.  X )  ->  ( P  e.  ( ( cls `  J ) `  S )  <->  A. x  e.  J  ( P  e.  x  ->  ( x  i^i  S )  =/=  (/) ) ) )
Distinct variable groups:    x, J    x, P    x, S    x, X

Proof of Theorem elcls
StepHypRef Expression
1 clscld.1 . . . . . . . 8  |-  X  = 
U. J
21cmclsopn 20154 . . . . . . 7  |-  ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X )  -> 
( X  \  (
( cls `  J
) `  S )
)  e.  J )
323adant3 1050 . . . . . 6  |-  ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X  /\  P  e.  X )  ->  ( X  \  ( ( cls `  J ) `  S
) )  e.  J
)
43adantr 472 . . . . 5  |-  ( ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X  /\  P  e.  X )  /\  -.  P  e.  ( ( cls `  J
) `  S )
)  ->  ( X  \  ( ( cls `  J
) `  S )
)  e.  J )
5 eldif 3400 . . . . . . 7  |-  ( P  e.  ( X  \ 
( ( cls `  J
) `  S )
)  <->  ( P  e.  X  /\  -.  P  e.  ( ( cls `  J
) `  S )
) )
65biimpri 211 . . . . . 6  |-  ( ( P  e.  X  /\  -.  P  e.  (
( cls `  J
) `  S )
)  ->  P  e.  ( X  \  (
( cls `  J
) `  S )
) )
763ad2antl3 1194 . . . . 5  |-  ( ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X  /\  P  e.  X )  /\  -.  P  e.  ( ( cls `  J
) `  S )
)  ->  P  e.  ( X  \  (
( cls `  J
) `  S )
) )
8 simpr 468 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X )  ->  S  C_  X )
91sscls 20148 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X )  ->  S  C_  ( ( cls `  J ) `  S
) )
108, 9ssind 3647 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X )  ->  S  C_  ( X  i^i  ( ( cls `  J
) `  S )
) )
11 dfin4 3674 . . . . . . . . . 10  |-  ( X  i^i  ( ( cls `  J ) `  S
) )  =  ( X  \  ( X 
\  ( ( cls `  J ) `  S
) ) )
1210, 11syl6sseq 3464 . . . . . . . . 9  |-  ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X )  ->  S  C_  ( X  \ 
( X  \  (
( cls `  J
) `  S )
) ) )
13 reldisj 3812 . . . . . . . . . 10  |-  ( S 
C_  X  ->  (
( S  i^i  ( X  \  ( ( cls `  J ) `  S
) ) )  =  (/) 
<->  S  C_  ( X  \  ( X  \  (
( cls `  J
) `  S )
) ) ) )
1413adantl 473 . . . . . . . . 9  |-  ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X )  -> 
( ( S  i^i  ( X  \  (
( cls `  J
) `  S )
) )  =  (/)  <->  S  C_  ( X  \  ( X  \  ( ( cls `  J ) `  S
) ) ) ) )
1512, 14mpbird 240 . . . . . . . 8  |-  ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X )  -> 
( S  i^i  ( X  \  ( ( cls `  J ) `  S
) ) )  =  (/) )
16 nne 2647 . . . . . . . . 9  |-  ( -.  ( ( X  \ 
( ( cls `  J
) `  S )
)  i^i  S )  =/=  (/)  <->  ( ( X 
\  ( ( cls `  J ) `  S
) )  i^i  S
)  =  (/) )
17 incom 3616 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( X  \  ( ( cls `  J ) `
 S ) )  i^i  S )  =  ( S  i^i  ( X  \  ( ( cls `  J ) `  S
) ) )
1817eqeq1i 2476 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( X  \  (
( cls `  J
) `  S )
)  i^i  S )  =  (/)  <->  ( S  i^i  ( X  \  (
( cls `  J
) `  S )
) )  =  (/) )
1916, 18bitri 257 . . . . . . . 8  |-  ( -.  ( ( X  \ 
( ( cls `  J
) `  S )
)  i^i  S )  =/=  (/)  <->  ( S  i^i  ( X  \  (
( cls `  J
) `  S )
) )  =  (/) )
2015, 19sylibr 217 . . . . . . 7  |-  ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X )  ->  -.  ( ( X  \ 
( ( cls `  J
) `  S )
)  i^i  S )  =/=  (/) )
21203adant3 1050 . . . . . 6  |-  ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X  /\  P  e.  X )  ->  -.  ( ( X  \ 
( ( cls `  J
) `  S )
)  i^i  S )  =/=  (/) )
2221adantr 472 . . . . 5  |-  ( ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X  /\  P  e.  X )  /\  -.  P  e.  ( ( cls `  J
) `  S )
)  ->  -.  (
( X  \  (
( cls `  J
) `  S )
)  i^i  S )  =/=  (/) )
23 eleq2 2538 . . . . . . 7  |-  ( x  =  ( X  \ 
( ( cls `  J
) `  S )
)  ->  ( P  e.  x  <->  P  e.  ( X  \  ( ( cls `  J ) `  S
) ) ) )
24 ineq1 3618 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  ( X  \ 
( ( cls `  J
) `  S )
)  ->  ( x  i^i  S )  =  ( ( X  \  (
( cls `  J
) `  S )
)  i^i  S )
)
2524neeq1d 2702 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  ( X  \ 
( ( cls `  J
) `  S )
)  ->  ( (
x  i^i  S )  =/=  (/)  <->  ( ( X 
\  ( ( cls `  J ) `  S
) )  i^i  S
)  =/=  (/) ) )
2625notbid 301 . . . . . . 7  |-  ( x  =  ( X  \ 
( ( cls `  J
) `  S )
)  ->  ( -.  ( x  i^i  S )  =/=  (/)  <->  -.  ( ( X  \  ( ( cls `  J ) `  S
) )  i^i  S
)  =/=  (/) ) )
2723, 26anbi12d 725 . . . . . 6  |-  ( x  =  ( X  \ 
( ( cls `  J
) `  S )
)  ->  ( ( P  e.  x  /\  -.  ( x  i^i  S
)  =/=  (/) )  <->  ( P  e.  ( X  \  (
( cls `  J
) `  S )
)  /\  -.  (
( X  \  (
( cls `  J
) `  S )
)  i^i  S )  =/=  (/) ) ) )
2827rspcev 3136 . . . . 5  |-  ( ( ( X  \  (
( cls `  J
) `  S )
)  e.  J  /\  ( P  e.  ( X  \  ( ( cls `  J ) `  S
) )  /\  -.  ( ( X  \ 
( ( cls `  J
) `  S )
)  i^i  S )  =/=  (/) ) )  ->  E. x  e.  J  ( P  e.  x  /\  -.  ( x  i^i 
S )  =/=  (/) ) )
294, 7, 22, 28syl12anc 1290 . . . 4  |-  ( ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X  /\  P  e.  X )  /\  -.  P  e.  ( ( cls `  J
) `  S )
)  ->  E. x  e.  J  ( P  e.  x  /\  -.  (
x  i^i  S )  =/=  (/) ) )
30 incom 3616 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( S  i^i  x )  =  ( x  i^i  S
)
3130eqeq1i 2476 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( S  i^i  x )  =  (/)  <->  ( x  i^i 
S )  =  (/) )
32 df-ne 2643 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( x  i^i  S )  =/=  (/)  <->  -.  ( x  i^i  S )  =  (/) )
3332con2bii 339 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( x  i^i  S )  =  (/)  <->  -.  ( x  i^i  S )  =/=  (/) )
3431, 33bitri 257 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( S  i^i  x )  =  (/)  <->  -.  ( x  i^i  S )  =/=  (/) )
351opncld 20125 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( J  e.  Top  /\  x  e.  J )  ->  ( X  \  x
)  e.  ( Clsd `  J ) )
3635adantlr 729 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X )  /\  x  e.  J
)  ->  ( X  \  x )  e.  (
Clsd `  J )
)
3736adantr 472 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( ( J  e. 
Top  /\  S  C_  X
)  /\  x  e.  J )  /\  ( S  i^i  x )  =  (/) )  ->  ( X 
\  x )  e.  ( Clsd `  J
) )
38 reldisj 3812 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( S 
C_  X  ->  (
( S  i^i  x
)  =  (/)  <->  S  C_  ( X  \  x ) ) )
3938biimpa 492 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( S  C_  X  /\  ( S  i^i  x
)  =  (/) )  ->  S  C_  ( X  \  x ) )
4039adantll 728 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X )  /\  ( S  i^i  x
)  =  (/) )  ->  S  C_  ( X  \  x ) )
4140adantlr 729 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( ( J  e. 
Top  /\  S  C_  X
)  /\  x  e.  J )  /\  ( S  i^i  x )  =  (/) )  ->  S  C_  ( X  \  x
) )
421clsss2 20165 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( X  \  x
)  e.  ( Clsd `  J )  /\  S  C_  ( X  \  x
) )  ->  (
( cls `  J
) `  S )  C_  ( X  \  x
) )
4337, 41, 42syl2anc 673 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( J  e. 
Top  /\  S  C_  X
)  /\  x  e.  J )  /\  ( S  i^i  x )  =  (/) )  ->  ( ( cls `  J ) `
 S )  C_  ( X  \  x
) )
4443sseld 3417 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( J  e. 
Top  /\  S  C_  X
)  /\  x  e.  J )  /\  ( S  i^i  x )  =  (/) )  ->  ( P  e.  ( ( cls `  J ) `  S
)  ->  P  e.  ( X  \  x
) ) )
45 eldifn 3545 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( P  e.  ( X  \  x )  ->  -.  P  e.  x )
4644, 45syl6 33 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( J  e. 
Top  /\  S  C_  X
)  /\  x  e.  J )  /\  ( S  i^i  x )  =  (/) )  ->  ( P  e.  ( ( cls `  J ) `  S
)  ->  -.  P  e.  x ) )
4746con2d 119 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( J  e. 
Top  /\  S  C_  X
)  /\  x  e.  J )  /\  ( S  i^i  x )  =  (/) )  ->  ( P  e.  x  ->  -.  P  e.  ( ( cls `  J ) `  S ) ) )
4834, 47sylan2br 484 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( J  e. 
Top  /\  S  C_  X
)  /\  x  e.  J )  /\  -.  ( x  i^i  S )  =/=  (/) )  ->  ( P  e.  x  ->  -.  P  e.  ( ( cls `  J ) `
 S ) ) )
4948exp31 615 . . . . . . . . 9  |-  ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X )  -> 
( x  e.  J  ->  ( -.  ( x  i^i  S )  =/=  (/)  ->  ( P  e.  x  ->  -.  P  e.  ( ( cls `  J
) `  S )
) ) ) )
5049com34 85 . . . . . . . 8  |-  ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X )  -> 
( x  e.  J  ->  ( P  e.  x  ->  ( -.  ( x  i^i  S )  =/=  (/)  ->  -.  P  e.  ( ( cls `  J
) `  S )
) ) ) )
5150imp4a 600 . . . . . . 7  |-  ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X )  -> 
( x  e.  J  ->  ( ( P  e.  x  /\  -.  (
x  i^i  S )  =/=  (/) )  ->  -.  P  e.  ( ( cls `  J ) `  S ) ) ) )
5251rexlimdv 2870 . . . . . 6  |-  ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X )  -> 
( E. x  e.  J  ( P  e.  x  /\  -.  (
x  i^i  S )  =/=  (/) )  ->  -.  P  e.  ( ( cls `  J ) `  S ) ) )
5352imp 436 . . . . 5  |-  ( ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X )  /\  E. x  e.  J  ( P  e.  x  /\  -.  ( x  i^i 
S )  =/=  (/) ) )  ->  -.  P  e.  ( ( cls `  J
) `  S )
)
54533adantl3 1188 . . . 4  |-  ( ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X  /\  P  e.  X )  /\  E. x  e.  J  ( P  e.  x  /\  -.  ( x  i^i 
S )  =/=  (/) ) )  ->  -.  P  e.  ( ( cls `  J
) `  S )
)
5529, 54impbida 850 . . 3  |-  ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X  /\  P  e.  X )  ->  ( -.  P  e.  (
( cls `  J
) `  S )  <->  E. x  e.  J  ( P  e.  x  /\  -.  ( x  i^i  S
)  =/=  (/) ) ) )
56 rexanali 2839 . . 3  |-  ( E. x  e.  J  ( P  e.  x  /\  -.  ( x  i^i  S
)  =/=  (/) )  <->  -.  A. x  e.  J  ( P  e.  x  ->  ( x  i^i  S )  =/=  (/) ) )
5755, 56syl6bb 269 . 2  |-  ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X  /\  P  e.  X )  ->  ( -.  P  e.  (
( cls `  J
) `  S )  <->  -. 
A. x  e.  J  ( P  e.  x  ->  ( x  i^i  S
)  =/=  (/) ) ) )
5857con4bid 300 1  |-  ( ( J  e.  Top  /\  S  C_  X  /\  P  e.  X )  ->  ( P  e.  ( ( cls `  J ) `  S )  <->  A. x  e.  J  ( P  e.  x  ->  ( x  i^i  S )  =/=  (/) ) ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 189    /\ wa 376    /\ w3a 1007    = wceq 1452    e. wcel 1904    =/= wne 2641   A.wral 2756   E.wrex 2757    \ cdif 3387    i^i cin 3389    C_ wss 3390   (/)c0 3722   U.cuni 4190   ` cfv 5589   Topctop 19994   Clsdccld 20108   clsccl 20110
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1677  ax-4 1690  ax-5 1766  ax-6 1813  ax-7 1859  ax-8 1906  ax-9 1913  ax-10 1932  ax-11 1937  ax-12 1950  ax-13 2104  ax-ext 2451  ax-rep 4508  ax-sep 4518  ax-nul 4527  ax-pow 4579  ax-pr 4639  ax-un 6602
This theorem depends on definitions:  df-bi 190  df-or 377  df-an 378  df-3an 1009  df-tru 1455  df-ex 1672  df-nf 1676  df-sb 1806  df-eu 2323  df-mo 2324  df-clab 2458  df-cleq 2464  df-clel 2467  df-nfc 2601  df-ne 2643  df-ral 2761  df-rex 2762  df-reu 2763  df-rab 2765  df-v 3033  df-sbc 3256  df-csb 3350  df-dif 3393  df-un 3395  df-in 3397  df-ss 3404  df-nul 3723  df-if 3873  df-pw 3944  df-sn 3960  df-pr 3962  df-op 3966  df-uni 4191  df-int 4227  df-iun 4271  df-iin 4272  df-br 4396  df-opab 4455  df-mpt 4456  df-id 4754  df-xp 4845  df-rel 4846  df-cnv 4847  df-co 4848  df-dm 4849  df-rn 4850  df-res 4851  df-ima 4852  df-iota 5553  df-fun 5591  df-fn 5592  df-f 5593  df-f1 5594  df-fo 5595  df-f1o 5596  df-fv 5597  df-top 19998  df-cld 20111  df-ntr 20112  df-cls 20113
This theorem is referenced by:  elcls2  20167  clsndisj  20168  elcls3  20176  neindisj2  20216  islp3  20239  lmcls  20395  1stccnp  20554  txcls  20696  dfac14lem  20709  fclsopn  21107  metdseq0  21949  metdseq0OLD  21964  qndenserrn  38280
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