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Theorem tgphaus 21123
Description: A topological group is Hausdorff iff the identity subgroup is closed. (Contributed by Mario Carneiro, 18-Sep-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
tgphaus.1  |-  .0.  =  ( 0g `  G )
tgphaus.j  |-  J  =  ( TopOpen `  G )
Assertion
Ref Expression
tgphaus  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( J  e. 
Haus 
<->  {  .0.  }  e.  ( Clsd `  J )
) )

Proof of Theorem tgphaus
Dummy variables  x  y are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 tgpgrp 21085 . . . . 5  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  G  e.  Grp )
2 eqid 2423 . . . . . 6  |-  ( Base `  G )  =  (
Base `  G )
3 tgphaus.1 . . . . . 6  |-  .0.  =  ( 0g `  G )
42, 3grpidcl 16687 . . . . 5  |-  ( G  e.  Grp  ->  .0.  e.  ( Base `  G
) )
51, 4syl 17 . . . 4  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  .0.  e.  ( Base `  G ) )
6 tgphaus.j . . . . . 6  |-  J  =  ( TopOpen `  G )
76, 2tgptopon 21089 . . . . 5  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  J  e.  (TopOn `  ( Base `  G
) ) )
8 toponuni 19934 . . . . 5  |-  ( J  e.  (TopOn `  ( Base `  G ) )  ->  ( Base `  G
)  =  U. J
)
97, 8syl 17 . . . 4  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( Base `  G
)  =  U. J
)
105, 9eleqtrd 2513 . . 3  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  .0.  e.  U. J
)
11 eqid 2423 . . . . 5  |-  U. J  =  U. J
1211sncld 20379 . . . 4  |-  ( ( J  e.  Haus  /\  .0.  e.  U. J )  ->  {  .0.  }  e.  (
Clsd `  J )
)
1312expcom 437 . . 3  |-  (  .0. 
e.  U. J  ->  ( J  e.  Haus  ->  {  .0.  }  e.  ( Clsd `  J
) ) )
1410, 13syl 17 . 2  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( J  e. 
Haus  ->  {  .0.  }  e.  ( Clsd `  J
) ) )
15 eqid 2423 . . . . . 6  |-  ( -g `  G )  =  (
-g `  G )
166, 15tgpsubcn 21097 . . . . 5  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( -g `  G
)  e.  ( ( J  tX  J )  Cn  J ) )
17 cnclima 20276 . . . . . 6  |-  ( ( ( -g `  G
)  e.  ( ( J  tX  J )  Cn  J )  /\  {  .0.  }  e.  (
Clsd `  J )
)  ->  ( `' ( -g `  G )
" {  .0.  }
)  e.  ( Clsd `  ( J  tX  J
) ) )
1817ex 436 . . . . 5  |-  ( (
-g `  G )  e.  ( ( J  tX  J )  Cn  J
)  ->  ( {  .0.  }  e.  ( Clsd `  J )  ->  ( `' ( -g `  G
) " {  .0.  } )  e.  ( Clsd `  ( J  tX  J
) ) ) )
1916, 18syl 17 . . . 4  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( {  .0.  }  e.  ( Clsd `  J
)  ->  ( `' ( -g `  G )
" {  .0.  }
)  e.  ( Clsd `  ( J  tX  J
) ) ) )
20 cnvimass 5205 . . . . . . . . 9  |-  ( `' ( -g `  G
) " {  .0.  } )  C_  dom  ( -g `  G )
212, 15grpsubf 16726 . . . . . . . . . . 11  |-  ( G  e.  Grp  ->  ( -g `  G ) : ( ( Base `  G
)  X.  ( Base `  G ) ) --> (
Base `  G )
)
221, 21syl 17 . . . . . . . . . 10  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( -g `  G
) : ( (
Base `  G )  X.  ( Base `  G
) ) --> ( Base `  G ) )
23 fdm 5748 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
-g `  G ) : ( ( Base `  G )  X.  ( Base `  G ) ) --> ( Base `  G
)  ->  dom  ( -g `  G )  =  ( ( Base `  G
)  X.  ( Base `  G ) ) )
2422, 23syl 17 . . . . . . . . 9  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  dom  ( -g `  G )  =  ( ( Base `  G
)  X.  ( Base `  G ) ) )
2520, 24syl5sseq 3513 . . . . . . . 8  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( `' (
-g `  G ) " {  .0.  } ) 
C_  ( ( Base `  G )  X.  ( Base `  G ) ) )
26 relxp 4959 . . . . . . . 8  |-  Rel  (
( Base `  G )  X.  ( Base `  G
) )
27 relss 4939 . . . . . . . 8  |-  ( ( `' ( -g `  G
) " {  .0.  } )  C_  ( ( Base `  G )  X.  ( Base `  G
) )  ->  ( Rel  ( ( Base `  G
)  X.  ( Base `  G ) )  ->  Rel  ( `' ( -g `  G ) " {  .0.  } ) ) )
2825, 26, 27mpisyl 22 . . . . . . 7  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  Rel  ( `' ( -g `  G )
" {  .0.  }
) )
29 dfrel4v 5304 . . . . . . 7  |-  ( Rel  ( `' ( -g `  G ) " {  .0.  } )  <->  ( `' ( -g `  G )
" {  .0.  }
)  =  { <. x ,  y >.  |  x ( `' ( -g `  G ) " {  .0.  } ) y } )
3028, 29sylib 200 . . . . . 6  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( `' (
-g `  G ) " {  .0.  } )  =  { <. x ,  y >.  |  x ( `' ( -g `  G ) " {  .0.  } ) y } )
31 ffn 5744 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( (
-g `  G ) : ( ( Base `  G )  X.  ( Base `  G ) ) --> ( Base `  G
)  ->  ( -g `  G )  Fn  (
( Base `  G )  X.  ( Base `  G
) ) )
3222, 31syl 17 . . . . . . . . . . 11  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( -g `  G
)  Fn  ( (
Base `  G )  X.  ( Base `  G
) ) )
33 elpreima 6015 . . . . . . . . . . 11  |-  ( (
-g `  G )  Fn  ( ( Base `  G
)  X.  ( Base `  G ) )  -> 
( <. x ,  y
>.  e.  ( `' (
-g `  G ) " {  .0.  } )  <-> 
( <. x ,  y
>.  e.  ( ( Base `  G )  X.  ( Base `  G ) )  /\  ( ( -g `  G ) `  <. x ,  y >. )  e.  {  .0.  } ) ) )
3432, 33syl 17 . . . . . . . . . 10  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( <. x ,  y >.  e.  ( `' ( -g `  G
) " {  .0.  } )  <->  ( <. x ,  y >.  e.  ( ( Base `  G
)  X.  ( Base `  G ) )  /\  ( ( -g `  G
) `  <. x ,  y >. )  e.  {  .0.  } ) ) )
35 opelxp 4881 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( <.
x ,  y >.  e.  ( ( Base `  G
)  X.  ( Base `  G ) )  <->  ( x  e.  ( Base `  G
)  /\  y  e.  ( Base `  G )
) )
3635anbi1i 700 . . . . . . . . . . 11  |-  ( (
<. x ,  y >.  e.  ( ( Base `  G
)  X.  ( Base `  G ) )  /\  ( ( -g `  G
) `  <. x ,  y >. )  e.  {  .0.  } )  <->  ( (
x  e.  ( Base `  G )  /\  y  e.  ( Base `  G
) )  /\  (
( -g `  G ) `
 <. x ,  y
>. )  e.  {  .0.  } ) )
372, 3, 15grpsubeq0 16733 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( G  e.  Grp  /\  x  e.  ( Base `  G )  /\  y  e.  ( Base `  G
) )  ->  (
( x ( -g `  G ) y )  =  .0.  <->  x  =  y ) )
38373expb 1207 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( G  e.  Grp  /\  ( x  e.  ( Base `  G )  /\  y  e.  ( Base `  G ) ) )  ->  ( ( x ( -g `  G
) y )  =  .0.  <->  x  =  y
) )
391, 38sylan 474 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( G  e.  TopGrp  /\  (
x  e.  ( Base `  G )  /\  y  e.  ( Base `  G
) ) )  -> 
( ( x (
-g `  G )
y )  =  .0.  <->  x  =  y ) )
40 df-ov 6306 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x ( -g `  G
) y )  =  ( ( -g `  G
) `  <. x ,  y >. )
4140eleq1i 2500 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( x ( -g `  G
) y )  e. 
{  .0.  }  <->  ( ( -g `  G ) `  <. x ,  y >.
)  e.  {  .0.  } )
42 ovex 6331 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x ( -g `  G
) y )  e. 
_V
4342elsnc 4021 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( x ( -g `  G
) y )  e. 
{  .0.  }  <->  ( x
( -g `  G ) y )  =  .0.  )
4441, 43bitr3i 255 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( -g `  G
) `  <. x ,  y >. )  e.  {  .0.  }  <->  ( x (
-g `  G )
y )  =  .0.  )
45 equcom 1845 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( y  =  x  <->  x  =  y )
4639, 44, 453bitr4g 292 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( G  e.  TopGrp  /\  (
x  e.  ( Base `  G )  /\  y  e.  ( Base `  G
) ) )  -> 
( ( ( -g `  G ) `  <. x ,  y >. )  e.  {  .0.  }  <->  y  =  x ) )
4746pm5.32da 646 . . . . . . . . . . 11  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( ( ( x  e.  ( Base `  G )  /\  y  e.  ( Base `  G
) )  /\  (
( -g `  G ) `
 <. x ,  y
>. )  e.  {  .0.  } )  <->  ( ( x  e.  ( Base `  G
)  /\  y  e.  ( Base `  G )
)  /\  y  =  x ) ) )
4836, 47syl5bb 261 . . . . . . . . . 10  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( ( <.
x ,  y >.  e.  ( ( Base `  G
)  X.  ( Base `  G ) )  /\  ( ( -g `  G
) `  <. x ,  y >. )  e.  {  .0.  } )  <->  ( (
x  e.  ( Base `  G )  /\  y  e.  ( Base `  G
) )  /\  y  =  x ) ) )
4934, 48bitrd 257 . . . . . . . . 9  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( <. x ,  y >.  e.  ( `' ( -g `  G
) " {  .0.  } )  <->  ( ( x  e.  ( Base `  G
)  /\  y  e.  ( Base `  G )
)  /\  y  =  x ) ) )
50 df-br 4422 . . . . . . . . 9  |-  ( x ( `' ( -g `  G ) " {  .0.  } ) y  <->  <. x ,  y >.  e.  ( `' ( -g `  G
) " {  .0.  } ) )
51 eleq1 2495 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( y  =  x  ->  (
y  e.  ( Base `  G )  <->  x  e.  ( Base `  G )
) )
5251biimparc 490 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( x  e.  ( Base `  G )  /\  y  =  x )  ->  y  e.  ( Base `  G
) )
5352pm4.71i 637 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( x  e.  ( Base `  G )  /\  y  =  x )  <->  ( (
x  e.  ( Base `  G )  /\  y  =  x )  /\  y  e.  ( Base `  G
) ) )
54 an32 806 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( x  e.  (
Base `  G )  /\  y  e.  ( Base `  G ) )  /\  y  =  x )  <->  ( ( x  e.  ( Base `  G
)  /\  y  =  x )  /\  y  e.  ( Base `  G
) ) )
5553, 54bitr4i 256 . . . . . . . . 9  |-  ( ( x  e.  ( Base `  G )  /\  y  =  x )  <->  ( (
x  e.  ( Base `  G )  /\  y  e.  ( Base `  G
) )  /\  y  =  x ) )
5649, 50, 553bitr4g 292 . . . . . . . 8  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( x ( `' ( -g `  G
) " {  .0.  } ) y  <->  ( x  e.  ( Base `  G
)  /\  y  =  x ) ) )
5756opabbidv 4485 . . . . . . 7  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  { <. x ,  y >.  |  x ( `' ( -g `  G ) " {  .0.  } ) y }  =  { <. x ,  y >.  |  ( x  e.  ( Base `  G )  /\  y  =  x ) } )
58 opabresid 5175 . . . . . . 7  |-  { <. x ,  y >.  |  ( x  e.  ( Base `  G )  /\  y  =  x ) }  =  (  _I  |`  ( Base `  G ) )
5957, 58syl6eq 2480 . . . . . 6  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  { <. x ,  y >.  |  x ( `' ( -g `  G ) " {  .0.  } ) y }  =  (  _I  |`  ( Base `  G ) ) )
609reseq2d 5122 . . . . . 6  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  (  _I  |`  ( Base `  G ) )  =  (  _I  |`  U. J
) )
6130, 59, 603eqtrd 2468 . . . . 5  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( `' (
-g `  G ) " {  .0.  } )  =  (  _I  |`  U. J
) )
6261eleq1d 2492 . . . 4  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( ( `' ( -g `  G
) " {  .0.  } )  e.  ( Clsd `  ( J  tX  J
) )  <->  (  _I  |` 
U. J )  e.  ( Clsd `  ( J  tX  J ) ) ) )
6319, 62sylibd 218 . . 3  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( {  .0.  }  e.  ( Clsd `  J
)  ->  (  _I  |` 
U. J )  e.  ( Clsd `  ( J  tX  J ) ) ) )
64 topontop 19933 . . . . 5  |-  ( J  e.  (TopOn `  ( Base `  G ) )  ->  J  e.  Top )
657, 64syl 17 . . . 4  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  J  e.  Top )
6611hausdiag 20652 . . . . 5  |-  ( J  e.  Haus  <->  ( J  e. 
Top  /\  (  _I  |` 
U. J )  e.  ( Clsd `  ( J  tX  J ) ) ) )
6766baib 912 . . . 4  |-  ( J  e.  Top  ->  ( J  e.  Haus  <->  (  _I  |` 
U. J )  e.  ( Clsd `  ( J  tX  J ) ) ) )
6865, 67syl 17 . . 3  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( J  e. 
Haus 
<->  (  _I  |`  U. J
)  e.  ( Clsd `  ( J  tX  J
) ) ) )
6963, 68sylibrd 238 . 2  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( {  .0.  }  e.  ( Clsd `  J
)  ->  J  e.  Haus ) )
7014, 69impbid 194 1  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( J  e. 
Haus 
<->  {  .0.  }  e.  ( Clsd `  J )
) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 188    /\ wa 371    = wceq 1438    e. wcel 1869    C_ wss 3437   {csn 3997   <.cop 4003   U.cuni 4217   class class class wbr 4421   {copab 4479    _I cid 4761    X. cxp 4849   `'ccnv 4850   dom cdm 4851    |` cres 4853   "cima 4854   Rel wrel 4856    Fn wfn 5594   -->wf 5595   ` cfv 5599  (class class class)co 6303   Basecbs 15114   TopOpenctopn 15313   0gc0g 15331   Grpcgrp 16662   -gcsg 16664   Topctop 19909  TopOnctopon 19910   Clsdccld 20023    Cn ccn 20232   Hauscha 20316    tX ctx 20567   TopGrpctgp 21078
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-rmo 2784  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-iun 4299  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-riota 6265  df-ov 6306  df-oprab 6307  df-mpt2 6308  df-1st 6805  df-2nd 6806  df-map 7480  df-0g 15333  df-topgen 15335  df-plusf 16480  df-mgm 16481  df-sgrp 16520  df-mnd 16530  df-grp 16666  df-minusg 16667  df-sbg 16668  df-top 19913  df-bases 19914  df-topon 19915  df-topsp 19916  df-cld 20026  df-cn 20235  df-t1 20322  df-haus 20323  df-tx 20569  df-tmd 21079  df-tgp 21080
This theorem is referenced by:  tgpt1  21124  qustgphaus  21129
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