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Theorem regsep2 20384
Description: In a regular space, a closed set is separated by open sets from a point not in it. (Contributed by Jeff Hankins, 1-Feb-2010.) (Revised by Mario Carneiro, 25-Aug-2015.)
Hypothesis
Ref Expression
t1sep.1  |-  X  = 
U. J
Assertion
Ref Expression
regsep2  |-  ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  ( Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  ->  E. x  e.  J  E. y  e.  J  ( C  C_  x  /\  A  e.  y  /\  ( x  i^i  y )  =  (/) ) )
Distinct variable groups:    x, y, A    x, C, y    x, J, y    x, X, y

Proof of Theorem regsep2
StepHypRef Expression
1 regtop 20341 . . . . . . 7  |-  ( J  e.  Reg  ->  J  e.  Top )
21ad2antrr 731 . . . . . 6  |-  ( ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  (
Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  /\  (
y  e.  J  /\  ( A  e.  y  /\  ( ( cls `  J
) `  y )  C_  ( X  \  C
) ) ) )  ->  J  e.  Top )
3 elssuni 4246 . . . . . . . 8  |-  ( y  e.  J  ->  y  C_ 
U. J )
4 t1sep.1 . . . . . . . 8  |-  X  = 
U. J
53, 4syl6sseqr 3512 . . . . . . 7  |-  ( y  e.  J  ->  y  C_  X )
65ad2antrl 733 . . . . . 6  |-  ( ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  (
Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  /\  (
y  e.  J  /\  ( A  e.  y  /\  ( ( cls `  J
) `  y )  C_  ( X  \  C
) ) ) )  ->  y  C_  X
)
74clscld 20054 . . . . . 6  |-  ( ( J  e.  Top  /\  y  C_  X )  -> 
( ( cls `  J
) `  y )  e.  ( Clsd `  J
) )
82, 6, 7syl2anc 666 . . . . 5  |-  ( ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  (
Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  /\  (
y  e.  J  /\  ( A  e.  y  /\  ( ( cls `  J
) `  y )  C_  ( X  \  C
) ) ) )  ->  ( ( cls `  J ) `  y
)  e.  ( Clsd `  J ) )
94cldopn 20038 . . . . 5  |-  ( ( ( cls `  J
) `  y )  e.  ( Clsd `  J
)  ->  ( X  \  ( ( cls `  J
) `  y )
)  e.  J )
108, 9syl 17 . . . 4  |-  ( ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  (
Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  /\  (
y  e.  J  /\  ( A  e.  y  /\  ( ( cls `  J
) `  y )  C_  ( X  \  C
) ) ) )  ->  ( X  \ 
( ( cls `  J
) `  y )
)  e.  J )
11 simprrr 774 . . . . 5  |-  ( ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  (
Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  /\  (
y  e.  J  /\  ( A  e.  y  /\  ( ( cls `  J
) `  y )  C_  ( X  \  C
) ) ) )  ->  ( ( cls `  J ) `  y
)  C_  ( X  \  C ) )
124clsss3 20066 . . . . . . 7  |-  ( ( J  e.  Top  /\  y  C_  X )  -> 
( ( cls `  J
) `  y )  C_  X )
132, 6, 12syl2anc 666 . . . . . 6  |-  ( ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  (
Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  /\  (
y  e.  J  /\  ( A  e.  y  /\  ( ( cls `  J
) `  y )  C_  ( X  \  C
) ) ) )  ->  ( ( cls `  J ) `  y
)  C_  X )
14 simplr1 1048 . . . . . . 7  |-  ( ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  (
Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  /\  (
y  e.  J  /\  ( A  e.  y  /\  ( ( cls `  J
) `  y )  C_  ( X  \  C
) ) ) )  ->  C  e.  (
Clsd `  J )
)
154cldss 20036 . . . . . . 7  |-  ( C  e.  ( Clsd `  J
)  ->  C  C_  X
)
1614, 15syl 17 . . . . . 6  |-  ( ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  (
Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  /\  (
y  e.  J  /\  ( A  e.  y  /\  ( ( cls `  J
) `  y )  C_  ( X  \  C
) ) ) )  ->  C  C_  X
)
17 ssconb 3599 . . . . . 6  |-  ( ( ( ( cls `  J
) `  y )  C_  X  /\  C  C_  X )  ->  (
( ( cls `  J
) `  y )  C_  ( X  \  C
)  <->  C  C_  ( X 
\  ( ( cls `  J ) `  y
) ) ) )
1813, 16, 17syl2anc 666 . . . . 5  |-  ( ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  (
Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  /\  (
y  e.  J  /\  ( A  e.  y  /\  ( ( cls `  J
) `  y )  C_  ( X  \  C
) ) ) )  ->  ( ( ( cls `  J ) `
 y )  C_  ( X  \  C )  <-> 
C  C_  ( X  \  ( ( cls `  J
) `  y )
) ) )
1911, 18mpbid 214 . . . 4  |-  ( ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  (
Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  /\  (
y  e.  J  /\  ( A  e.  y  /\  ( ( cls `  J
) `  y )  C_  ( X  \  C
) ) ) )  ->  C  C_  ( X  \  ( ( cls `  J ) `  y
) ) )
20 simprrl 773 . . . 4  |-  ( ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  (
Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  /\  (
y  e.  J  /\  ( A  e.  y  /\  ( ( cls `  J
) `  y )  C_  ( X  \  C
) ) ) )  ->  A  e.  y )
214sscls 20063 . . . . . . 7  |-  ( ( J  e.  Top  /\  y  C_  X )  -> 
y  C_  ( ( cls `  J ) `  y ) )
222, 6, 21syl2anc 666 . . . . . 6  |-  ( ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  (
Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  /\  (
y  e.  J  /\  ( A  e.  y  /\  ( ( cls `  J
) `  y )  C_  ( X  \  C
) ) ) )  ->  y  C_  (
( cls `  J
) `  y )
)
23 sslin 3689 . . . . . 6  |-  ( y 
C_  ( ( cls `  J ) `  y
)  ->  ( ( X  \  ( ( cls `  J ) `  y
) )  i^i  y
)  C_  ( ( X  \  ( ( cls `  J ) `  y
) )  i^i  (
( cls `  J
) `  y )
) )
2422, 23syl 17 . . . . 5  |-  ( ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  (
Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  /\  (
y  e.  J  /\  ( A  e.  y  /\  ( ( cls `  J
) `  y )  C_  ( X  \  C
) ) ) )  ->  ( ( X 
\  ( ( cls `  J ) `  y
) )  i^i  y
)  C_  ( ( X  \  ( ( cls `  J ) `  y
) )  i^i  (
( cls `  J
) `  y )
) )
25 incom 3656 . . . . . 6  |-  ( ( X  \  ( ( cls `  J ) `
 y ) )  i^i  ( ( cls `  J ) `  y
) )  =  ( ( ( cls `  J
) `  y )  i^i  ( X  \  (
( cls `  J
) `  y )
) )
26 disjdif 3868 . . . . . 6  |-  ( ( ( cls `  J
) `  y )  i^i  ( X  \  (
( cls `  J
) `  y )
) )  =  (/)
2725, 26eqtri 2452 . . . . 5  |-  ( ( X  \  ( ( cls `  J ) `
 y ) )  i^i  ( ( cls `  J ) `  y
) )  =  (/)
28 sseq0 3795 . . . . 5  |-  ( ( ( ( X  \ 
( ( cls `  J
) `  y )
)  i^i  y )  C_  ( ( X  \ 
( ( cls `  J
) `  y )
)  i^i  ( ( cls `  J ) `  y ) )  /\  ( ( X  \ 
( ( cls `  J
) `  y )
)  i^i  ( ( cls `  J ) `  y ) )  =  (/) )  ->  ( ( X  \  ( ( cls `  J ) `
 y ) )  i^i  y )  =  (/) )
2924, 27, 28sylancl 667 . . . 4  |-  ( ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  (
Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  /\  (
y  e.  J  /\  ( A  e.  y  /\  ( ( cls `  J
) `  y )  C_  ( X  \  C
) ) ) )  ->  ( ( X 
\  ( ( cls `  J ) `  y
) )  i^i  y
)  =  (/) )
30 sseq2 3487 . . . . . 6  |-  ( x  =  ( X  \ 
( ( cls `  J
) `  y )
)  ->  ( C  C_  x  <->  C  C_  ( X 
\  ( ( cls `  J ) `  y
) ) ) )
31 ineq1 3658 . . . . . . 7  |-  ( x  =  ( X  \ 
( ( cls `  J
) `  y )
)  ->  ( x  i^i  y )  =  ( ( X  \  (
( cls `  J
) `  y )
)  i^i  y )
)
3231eqeq1d 2425 . . . . . 6  |-  ( x  =  ( X  \ 
( ( cls `  J
) `  y )
)  ->  ( (
x  i^i  y )  =  (/)  <->  ( ( X 
\  ( ( cls `  J ) `  y
) )  i^i  y
)  =  (/) ) )
3330, 323anbi13d 1338 . . . . 5  |-  ( x  =  ( X  \ 
( ( cls `  J
) `  y )
)  ->  ( ( C  C_  x  /\  A  e.  y  /\  (
x  i^i  y )  =  (/) )  <->  ( C  C_  ( X  \  (
( cls `  J
) `  y )
)  /\  A  e.  y  /\  ( ( X 
\  ( ( cls `  J ) `  y
) )  i^i  y
)  =  (/) ) ) )
3433rspcev 3183 . . . 4  |-  ( ( ( X  \  (
( cls `  J
) `  y )
)  e.  J  /\  ( C  C_  ( X 
\  ( ( cls `  J ) `  y
) )  /\  A  e.  y  /\  (
( X  \  (
( cls `  J
) `  y )
)  i^i  y )  =  (/) ) )  ->  E. x  e.  J  ( C  C_  x  /\  A  e.  y  /\  ( x  i^i  y
)  =  (/) ) )
3510, 19, 20, 29, 34syl13anc 1267 . . 3  |-  ( ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  (
Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  /\  (
y  e.  J  /\  ( A  e.  y  /\  ( ( cls `  J
) `  y )  C_  ( X  \  C
) ) ) )  ->  E. x  e.  J  ( C  C_  x  /\  A  e.  y  /\  ( x  i^i  y
)  =  (/) ) )
36 simpl 459 . . . 4  |-  ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  ( Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  ->  J  e.  Reg )
37 simpr1 1012 . . . . 5  |-  ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  ( Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  ->  C  e.  ( Clsd `  J
) )
384cldopn 20038 . . . . 5  |-  ( C  e.  ( Clsd `  J
)  ->  ( X  \  C )  e.  J
)
3937, 38syl 17 . . . 4  |-  ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  ( Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  ->  ( X  \  C )  e.  J )
40 simpr2 1013 . . . . 5  |-  ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  ( Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  ->  A  e.  X )
41 simpr3 1014 . . . . 5  |-  ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  ( Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  ->  -.  A  e.  C )
4240, 41eldifd 3448 . . . 4  |-  ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  ( Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  ->  A  e.  ( X  \  C
) )
43 regsep 20342 . . . 4  |-  ( ( J  e.  Reg  /\  ( X  \  C )  e.  J  /\  A  e.  ( X  \  C
) )  ->  E. y  e.  J  ( A  e.  y  /\  (
( cls `  J
) `  y )  C_  ( X  \  C
) ) )
4436, 39, 42, 43syl3anc 1265 . . 3  |-  ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  ( Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  ->  E. y  e.  J  ( A  e.  y  /\  (
( cls `  J
) `  y )  C_  ( X  \  C
) ) )
4535, 44reximddv 2902 . 2  |-  ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  ( Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  ->  E. y  e.  J  E. x  e.  J  ( C  C_  x  /\  A  e.  y  /\  ( x  i^i  y )  =  (/) ) )
46 rexcom 2991 . 2  |-  ( E. y  e.  J  E. x  e.  J  ( C  C_  x  /\  A  e.  y  /\  (
x  i^i  y )  =  (/) )  <->  E. x  e.  J  E. y  e.  J  ( C  C_  x  /\  A  e.  y  /\  ( x  i^i  y )  =  (/) ) )
4745, 46sylib 200 1  |-  ( ( J  e.  Reg  /\  ( C  e.  ( Clsd `  J )  /\  A  e.  X  /\  -.  A  e.  C
) )  ->  E. x  e.  J  E. y  e.  J  ( C  C_  x  /\  A  e.  y  /\  ( x  i^i  y )  =  (/) ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 188    /\ wa 371    /\ w3a 983    = wceq 1438    e. wcel 1869   E.wrex 2777    \ cdif 3434    i^i cin 3436    C_ wss 3437   (/)c0 3762   U.cuni 4217   ` cfv 5599   Topctop 19909   Clsdccld 20023   clsccl 20025   Regcreg 20317
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1666  ax-4 1679  ax-5 1749  ax-6 1795  ax-7 1840  ax-8 1871  ax-9 1873  ax-10 1888  ax-11 1893  ax-12 1906  ax-13 2054  ax-ext 2401  ax-rep 4534  ax-sep 4544  ax-nul 4553  ax-pow 4600  ax-pr 4658  ax-un 6595
This theorem depends on definitions:  df-bi 189  df-or 372  df-an 373  df-3an 985  df-tru 1441  df-ex 1661  df-nf 1665  df-sb 1788  df-eu 2270  df-mo 2271  df-clab 2409  df-cleq 2415  df-clel 2418  df-nfc 2573  df-ne 2621  df-ral 2781  df-rex 2782  df-reu 2783  df-rab 2785  df-v 3084  df-sbc 3301  df-csb 3397  df-dif 3440  df-un 3442  df-in 3444  df-ss 3451  df-nul 3763  df-if 3911  df-pw 3982  df-sn 3998  df-pr 4000  df-op 4004  df-uni 4218  df-int 4254  df-iun 4299  df-iin 4300  df-br 4422  df-opab 4481  df-mpt 4482  df-id 4766  df-xp 4857  df-rel 4858  df-cnv 4859  df-co 4860  df-dm 4861  df-rn 4862  df-res 4863  df-ima 4864  df-iota 5563  df-fun 5601  df-fn 5602  df-f 5603  df-f1 5604  df-fo 5605  df-f1o 5606  df-fv 5607  df-top 19913  df-cld 20026  df-cls 20028  df-reg 20324
This theorem is referenced by:  isreg2  20385
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