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Theorem isnrm3 20027
Description: A topological space is normal iff any two disjoint closed sets are separated by open sets. (Contributed by Mario Carneiro, 24-Aug-2015.)
Assertion
Ref Expression
isnrm3  |-  ( J  e.  Nrm  <->  ( J  e.  Top  /\  A. c  e.  ( Clsd `  J
) A. d  e.  ( Clsd `  J
) ( ( c  i^i  d )  =  (/)  ->  E. x  e.  J  E. y  e.  J  ( c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  ( x  i^i  y
)  =  (/) ) ) ) )
Distinct variable groups:    x, y    c, d, x, y, J

Proof of Theorem isnrm3
StepHypRef Expression
1 nrmtop 20004 . . 3  |-  ( J  e.  Nrm  ->  J  e.  Top )
2 nrmsep 20025 . . . . . 6  |-  ( ( J  e.  Nrm  /\  ( c  e.  (
Clsd `  J )  /\  d  e.  ( Clsd `  J )  /\  ( c  i^i  d
)  =  (/) ) )  ->  E. x  e.  J  E. y  e.  J  ( c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  ( x  i^i  y
)  =  (/) ) )
323exp2 1212 . . . . 5  |-  ( J  e.  Nrm  ->  (
c  e.  ( Clsd `  J )  ->  (
d  e.  ( Clsd `  J )  ->  (
( c  i^i  d
)  =  (/)  ->  E. x  e.  J  E. y  e.  J  ( c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  ( x  i^i  y )  =  (/) ) ) ) ) )
43impd 429 . . . 4  |-  ( J  e.  Nrm  ->  (
( c  e.  (
Clsd `  J )  /\  d  e.  ( Clsd `  J ) )  ->  ( ( c  i^i  d )  =  (/)  ->  E. x  e.  J  E. y  e.  J  ( c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  ( x  i^i  y
)  =  (/) ) ) ) )
54ralrimivv 2874 . . 3  |-  ( J  e.  Nrm  ->  A. c  e.  ( Clsd `  J
) A. d  e.  ( Clsd `  J
) ( ( c  i^i  d )  =  (/)  ->  E. x  e.  J  E. y  e.  J  ( c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  ( x  i^i  y
)  =  (/) ) ) )
61, 5jca 530 . 2  |-  ( J  e.  Nrm  ->  ( J  e.  Top  /\  A. c  e.  ( Clsd `  J ) A. d  e.  ( Clsd `  J
) ( ( c  i^i  d )  =  (/)  ->  E. x  e.  J  E. y  e.  J  ( c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  ( x  i^i  y
)  =  (/) ) ) ) )
7 simpl 455 . . 3  |-  ( ( J  e.  Top  /\  A. c  e.  ( Clsd `  J ) A. d  e.  ( Clsd `  J
) ( ( c  i^i  d )  =  (/)  ->  E. x  e.  J  E. y  e.  J  ( c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  ( x  i^i  y
)  =  (/) ) ) )  ->  J  e.  Top )
8 simpr1 1000 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( J  e. 
Top  /\  x  e.  J )  /\  y  e.  J )  /\  (
c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  (
x  i^i  y )  =  (/) ) )  -> 
c  C_  x )
9 simpr2 1001 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( J  e. 
Top  /\  x  e.  J )  /\  y  e.  J )  /\  (
c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  (
x  i^i  y )  =  (/) ) )  -> 
d  C_  y )
10 sslin 3710 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( d 
C_  y  ->  (
( ( cls `  J
) `  x )  i^i  d )  C_  (
( ( cls `  J
) `  x )  i^i  y ) )
119, 10syl 16 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( J  e. 
Top  /\  x  e.  J )  /\  y  e.  J )  /\  (
c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  (
x  i^i  y )  =  (/) ) )  -> 
( ( ( cls `  J ) `  x
)  i^i  d )  C_  ( ( ( cls `  J ) `  x
)  i^i  y )
)
12 simplll 757 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( J  e. 
Top  /\  x  e.  J )  /\  y  e.  J )  /\  (
c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  (
x  i^i  y )  =  (/) ) )  ->  J  e.  Top )
13 simplr 753 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( J  e. 
Top  /\  x  e.  J )  /\  y  e.  J )  /\  (
c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  (
x  i^i  y )  =  (/) ) )  -> 
y  e.  J )
14 eqid 2454 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  U. J  =  U. J
1514opncld 19701 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( J  e.  Top  /\  y  e.  J )  ->  ( U. J  \ 
y )  e.  (
Clsd `  J )
)
1612, 13, 15syl2anc 659 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( J  e. 
Top  /\  x  e.  J )  /\  y  e.  J )  /\  (
c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  (
x  i^i  y )  =  (/) ) )  -> 
( U. J  \ 
y )  e.  (
Clsd `  J )
)
17 simpr3 1002 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( J  e. 
Top  /\  x  e.  J )  /\  y  e.  J )  /\  (
c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  (
x  i^i  y )  =  (/) ) )  -> 
( x  i^i  y
)  =  (/) )
18 simpllr 758 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( ( J  e. 
Top  /\  x  e.  J )  /\  y  e.  J )  /\  (
c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  (
x  i^i  y )  =  (/) ) )  ->  x  e.  J )
19 elssuni 4264 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x  e.  J  ->  x  C_ 
U. J )
20 reldisj 3858 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x 
C_  U. J  ->  (
( x  i^i  y
)  =  (/)  <->  x  C_  ( U. J  \  y
) ) )
2118, 19, 203syl 20 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( J  e. 
Top  /\  x  e.  J )  /\  y  e.  J )  /\  (
c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  (
x  i^i  y )  =  (/) ) )  -> 
( ( x  i^i  y )  =  (/)  <->  x  C_  ( U. J  \ 
y ) ) )
2217, 21mpbid 210 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( ( J  e. 
Top  /\  x  e.  J )  /\  y  e.  J )  /\  (
c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  (
x  i^i  y )  =  (/) ) )  ->  x  C_  ( U. J  \  y ) )
2314clsss2 19740 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( U. J  \ 
y )  e.  (
Clsd `  J )  /\  x  C_  ( U. J  \  y ) )  ->  ( ( cls `  J ) `  x
)  C_  ( U. J  \  y ) )
24 ssdifin0 3897 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( cls `  J
) `  x )  C_  ( U. J  \ 
y )  ->  (
( ( cls `  J
) `  x )  i^i  y )  =  (/) )
2523, 24syl 16 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( U. J  \ 
y )  e.  (
Clsd `  J )  /\  x  C_  ( U. J  \  y ) )  ->  ( ( ( cls `  J ) `
 x )  i^i  y )  =  (/) )
2616, 22, 25syl2anc 659 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( J  e. 
Top  /\  x  e.  J )  /\  y  e.  J )  /\  (
c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  (
x  i^i  y )  =  (/) ) )  -> 
( ( ( cls `  J ) `  x
)  i^i  y )  =  (/) )
27 sseq0 3816 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( ( cls `  J ) `  x
)  i^i  d )  C_  ( ( ( cls `  J ) `  x
)  i^i  y )  /\  ( ( ( cls `  J ) `  x
)  i^i  y )  =  (/) )  ->  (
( ( cls `  J
) `  x )  i^i  d )  =  (/) )
2811, 26, 27syl2anc 659 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( J  e. 
Top  /\  x  e.  J )  /\  y  e.  J )  /\  (
c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  (
x  i^i  y )  =  (/) ) )  -> 
( ( ( cls `  J ) `  x
)  i^i  d )  =  (/) )
298, 28jca 530 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( J  e. 
Top  /\  x  e.  J )  /\  y  e.  J )  /\  (
c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  (
x  i^i  y )  =  (/) ) )  -> 
( c  C_  x  /\  ( ( ( cls `  J ) `  x
)  i^i  d )  =  (/) ) )
3029ex 432 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( J  e.  Top  /\  x  e.  J )  /\  y  e.  J
)  ->  ( (
c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  (
x  i^i  y )  =  (/) )  ->  (
c  C_  x  /\  ( ( ( cls `  J ) `  x
)  i^i  d )  =  (/) ) ) )
3130rexlimdva 2946 . . . . . . . 8  |-  ( ( J  e.  Top  /\  x  e.  J )  ->  ( E. y  e.  J  ( c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  ( x  i^i  y
)  =  (/) )  -> 
( c  C_  x  /\  ( ( ( cls `  J ) `  x
)  i^i  d )  =  (/) ) ) )
3231reximdva 2929 . . . . . . 7  |-  ( J  e.  Top  ->  ( E. x  e.  J  E. y  e.  J  ( c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  ( x  i^i  y
)  =  (/) )  ->  E. x  e.  J  ( c  C_  x  /\  ( ( ( cls `  J ) `  x
)  i^i  d )  =  (/) ) ) )
3332imim2d 52 . . . . . 6  |-  ( J  e.  Top  ->  (
( ( c  i^i  d )  =  (/)  ->  E. x  e.  J  E. y  e.  J  ( c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  ( x  i^i  y
)  =  (/) ) )  ->  ( ( c  i^i  d )  =  (/)  ->  E. x  e.  J  ( c  C_  x  /\  ( ( ( cls `  J ) `  x
)  i^i  d )  =  (/) ) ) ) )
3433ralimdv 2864 . . . . 5  |-  ( J  e.  Top  ->  ( A. d  e.  ( Clsd `  J ) ( ( c  i^i  d
)  =  (/)  ->  E. x  e.  J  E. y  e.  J  ( c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  ( x  i^i  y )  =  (/) ) )  ->  A. d  e.  ( Clsd `  J
) ( ( c  i^i  d )  =  (/)  ->  E. x  e.  J  ( c  C_  x  /\  ( ( ( cls `  J ) `  x
)  i^i  d )  =  (/) ) ) ) )
3534ralimdv 2864 . . . 4  |-  ( J  e.  Top  ->  ( A. c  e.  ( Clsd `  J ) A. d  e.  ( Clsd `  J ) ( ( c  i^i  d )  =  (/)  ->  E. x  e.  J  E. y  e.  J  ( c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  ( x  i^i  y )  =  (/) ) )  ->  A. c  e.  ( Clsd `  J
) A. d  e.  ( Clsd `  J
) ( ( c  i^i  d )  =  (/)  ->  E. x  e.  J  ( c  C_  x  /\  ( ( ( cls `  J ) `  x
)  i^i  d )  =  (/) ) ) ) )
3635imp 427 . . 3  |-  ( ( J  e.  Top  /\  A. c  e.  ( Clsd `  J ) A. d  e.  ( Clsd `  J
) ( ( c  i^i  d )  =  (/)  ->  E. x  e.  J  E. y  e.  J  ( c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  ( x  i^i  y
)  =  (/) ) ) )  ->  A. c  e.  ( Clsd `  J
) A. d  e.  ( Clsd `  J
) ( ( c  i^i  d )  =  (/)  ->  E. x  e.  J  ( c  C_  x  /\  ( ( ( cls `  J ) `  x
)  i^i  d )  =  (/) ) ) )
37 isnrm2 20026 . . 3  |-  ( J  e.  Nrm  <->  ( J  e.  Top  /\  A. c  e.  ( Clsd `  J
) A. d  e.  ( Clsd `  J
) ( ( c  i^i  d )  =  (/)  ->  E. x  e.  J  ( c  C_  x  /\  ( ( ( cls `  J ) `  x
)  i^i  d )  =  (/) ) ) ) )
387, 36, 37sylanbrc 662 . 2  |-  ( ( J  e.  Top  /\  A. c  e.  ( Clsd `  J ) A. d  e.  ( Clsd `  J
) ( ( c  i^i  d )  =  (/)  ->  E. x  e.  J  E. y  e.  J  ( c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  ( x  i^i  y
)  =  (/) ) ) )  ->  J  e.  Nrm )
396, 38impbii 188 1  |-  ( J  e.  Nrm  <->  ( J  e.  Top  /\  A. c  e.  ( Clsd `  J
) A. d  e.  ( Clsd `  J
) ( ( c  i^i  d )  =  (/)  ->  E. x  e.  J  E. y  e.  J  ( c  C_  x  /\  d  C_  y  /\  ( x  i^i  y
)  =  (/) ) ) ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 184    /\ wa 367    /\ w3a 971    = wceq 1398    e. wcel 1823   A.wral 2804   E.wrex 2805    \ cdif 3458    i^i cin 3460    C_ wss 3461   (/)c0 3783   U.cuni 4235   ` cfv 5570   Topctop 19561   Clsdccld 19684   clsccl 19686   Nrmcnrm 19978
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1623  ax-4 1636  ax-5 1709  ax-6 1752  ax-7 1795  ax-8 1825  ax-9 1827  ax-10 1842  ax-11 1847  ax-12 1859  ax-13 2004  ax-ext 2432  ax-rep 4550  ax-sep 4560  ax-nul 4568  ax-pow 4615  ax-pr 4676  ax-un 6565
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 368  df-an 369  df-3an 973  df-tru 1401  df-ex 1618  df-nf 1622  df-sb 1745  df-eu 2288  df-mo 2289  df-clab 2440  df-cleq 2446  df-clel 2449  df-nfc 2604  df-ne 2651  df-ral 2809  df-rex 2810  df-reu 2811  df-rab 2813  df-v 3108  df-sbc 3325  df-csb 3421  df-dif 3464  df-un 3466  df-in 3468  df-ss 3475  df-nul 3784  df-if 3930  df-pw 4001  df-sn 4017  df-pr 4019  df-op 4023  df-uni 4236  df-int 4272  df-iun 4317  df-iin 4318  df-br 4440  df-opab 4498  df-mpt 4499  df-id 4784  df-xp 4994  df-rel 4995  df-cnv 4996  df-co 4997  df-dm 4998  df-rn 4999  df-res 5000  df-ima 5001  df-iota 5534  df-fun 5572  df-fn 5573  df-f 5574  df-f1 5575  df-fo 5576  df-f1o 5577  df-fv 5578  df-top 19566  df-cld 19687  df-cls 19689  df-nrm 19985
This theorem is referenced by:  metnrm  21532
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