Metamath Proof Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  isfil2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem isfil2 21470
 Description: Derive the standard axioms of a filter. (Contributed by Mario Carneiro, 27-Nov-2013.) (Revised by Stefan O'Rear, 2-Aug-2015.)
Assertion
Ref Expression
isfil2 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ↔ ((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹))
Distinct variable groups:   𝑥,𝐹,𝑦   𝑥,𝑋,𝑦

Proof of Theorem isfil2
Dummy variable 𝑧 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 filsspw 21465 . . . 4 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → 𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋)
2 0nelfil 21463 . . . 4 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → ¬ ∅ ∈ 𝐹)
3 filtop 21469 . . . 4 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → 𝑋𝐹)
41, 2, 33jca 1235 . . 3 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → (𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹))
5 elpwi 4117 . . . . 5 (𝑥 ∈ 𝒫 𝑋𝑥𝑋)
6 filss 21467 . . . . . . . . 9 ((𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ (𝑦𝐹𝑥𝑋𝑦𝑥)) → 𝑥𝐹)
763exp2 1277 . . . . . . . 8 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → (𝑦𝐹 → (𝑥𝑋 → (𝑦𝑥𝑥𝐹))))
87com23 84 . . . . . . 7 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → (𝑥𝑋 → (𝑦𝐹 → (𝑦𝑥𝑥𝐹))))
98imp 444 . . . . . 6 ((𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ 𝑥𝑋) → (𝑦𝐹 → (𝑦𝑥𝑥𝐹)))
109rexlimdv 3012 . . . . 5 ((𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ 𝑥𝑋) → (∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹))
115, 10sylan2 490 . . . 4 ((𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ 𝑥 ∈ 𝒫 𝑋) → (∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹))
1211ralrimiva 2949 . . 3 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹))
13 filin 21468 . . . . 5 ((𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ 𝑥𝐹𝑦𝐹) → (𝑥𝑦) ∈ 𝐹)
14133expb 1258 . . . 4 ((𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ (𝑥𝐹𝑦𝐹)) → (𝑥𝑦) ∈ 𝐹)
1514ralrimivva 2954 . . 3 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹)
164, 12, 153jca 1235 . 2 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) → ((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹))
17 simp11 1084 . . . 4 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → 𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋)
18 simp13 1086 . . . . . 6 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → 𝑋𝐹)
19 ne0i 3880 . . . . . 6 (𝑋𝐹𝐹 ≠ ∅)
2018, 19syl 17 . . . . 5 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → 𝐹 ≠ ∅)
21 simp12 1085 . . . . . 6 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → ¬ ∅ ∈ 𝐹)
22 df-nel 2783 . . . . . 6 (∅ ∉ 𝐹 ↔ ¬ ∅ ∈ 𝐹)
2321, 22sylibr 223 . . . . 5 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → ∅ ∉ 𝐹)
24 ssid 3587 . . . . . . . . 9 (𝑥𝑦) ⊆ (𝑥𝑦)
25 sseq1 3589 . . . . . . . . . 10 (𝑧 = (𝑥𝑦) → (𝑧 ⊆ (𝑥𝑦) ↔ (𝑥𝑦) ⊆ (𝑥𝑦)))
2625rspcev 3282 . . . . . . . . 9 (((𝑥𝑦) ∈ 𝐹 ∧ (𝑥𝑦) ⊆ (𝑥𝑦)) → ∃𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦))
2724, 26mpan2 703 . . . . . . . 8 ((𝑥𝑦) ∈ 𝐹 → ∃𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦))
2827ralimi 2936 . . . . . . 7 (∀𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹 → ∀𝑦𝐹𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦))
2928ralimi 2936 . . . . . 6 (∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹 → ∀𝑥𝐹𝑦𝐹𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦))
30293ad2ant3 1077 . . . . 5 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → ∀𝑥𝐹𝑦𝐹𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦))
3120, 23, 303jca 1235 . . . 4 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → (𝐹 ≠ ∅ ∧ ∅ ∉ 𝐹 ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦)))
32 isfbas2 21449 . . . . 5 (𝑋𝐹 → (𝐹 ∈ (fBas‘𝑋) ↔ (𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ (𝐹 ≠ ∅ ∧ ∅ ∉ 𝐹 ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦)))))
3318, 32syl 17 . . . 4 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → (𝐹 ∈ (fBas‘𝑋) ↔ (𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ (𝐹 ≠ ∅ ∧ ∅ ∉ 𝐹 ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹𝑧𝐹 𝑧 ⊆ (𝑥𝑦)))))
3417, 31, 33mpbir2and 959 . . 3 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → 𝐹 ∈ (fBas‘𝑋))
35 n0 3890 . . . . . . . 8 ((𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ≠ ∅ ↔ ∃𝑦 𝑦 ∈ (𝐹 ∩ 𝒫 𝑥))
36 elin 3758 . . . . . . . . . 10 (𝑦 ∈ (𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ↔ (𝑦𝐹𝑦 ∈ 𝒫 𝑥))
37 elpwi 4117 . . . . . . . . . . 11 (𝑦 ∈ 𝒫 𝑥𝑦𝑥)
3837anim2i 591 . . . . . . . . . 10 ((𝑦𝐹𝑦 ∈ 𝒫 𝑥) → (𝑦𝐹𝑦𝑥))
3936, 38sylbi 206 . . . . . . . . 9 (𝑦 ∈ (𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) → (𝑦𝐹𝑦𝑥))
4039eximi 1752 . . . . . . . 8 (∃𝑦 𝑦 ∈ (𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) → ∃𝑦(𝑦𝐹𝑦𝑥))
4135, 40sylbi 206 . . . . . . 7 ((𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ≠ ∅ → ∃𝑦(𝑦𝐹𝑦𝑥))
42 df-rex 2902 . . . . . . 7 (∃𝑦𝐹 𝑦𝑥 ↔ ∃𝑦(𝑦𝐹𝑦𝑥))
4341, 42sylibr 223 . . . . . 6 ((𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ≠ ∅ → ∃𝑦𝐹 𝑦𝑥)
4443imim1i 61 . . . . 5 ((∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) → ((𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ≠ ∅ → 𝑥𝐹))
4544ralimi 2936 . . . 4 (∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) → ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋((𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ≠ ∅ → 𝑥𝐹))
46453ad2ant2 1076 . . 3 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋((𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ≠ ∅ → 𝑥𝐹))
47 isfil 21461 . . 3 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ↔ (𝐹 ∈ (fBas‘𝑋) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋((𝐹 ∩ 𝒫 𝑥) ≠ ∅ → 𝑥𝐹)))
4834, 46, 47sylanbrc 695 . 2 (((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹) → 𝐹 ∈ (Fil‘𝑋))
4916, 48impbii 198 1 (𝐹 ∈ (Fil‘𝑋) ↔ ((𝐹 ⊆ 𝒫 𝑋 ∧ ¬ ∅ ∈ 𝐹𝑋𝐹) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝒫 𝑋(∃𝑦𝐹 𝑦𝑥𝑥𝐹) ∧ ∀𝑥𝐹𝑦𝐹 (𝑥𝑦) ∈ 𝐹))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 195   ∧ wa 383   ∧ w3a 1031  ∃wex 1695   ∈ wcel 1977   ≠ wne 2780   ∉ wnel 2781  ∀wral 2896  ∃wrex 2897   ∩ cin 3539   ⊆ wss 3540  ∅c0 3874  𝒫 cpw 4108  ‘cfv 5804  fBascfbas 19555  Filcfil 21459 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1713  ax-4 1728  ax-5 1827  ax-6 1875  ax-7 1922  ax-8 1979  ax-9 1986  ax-10 2006  ax-11 2021  ax-12 2034  ax-13 2234  ax-ext 2590  ax-sep 4709  ax-nul 4717  ax-pow 4769  ax-pr 4833 This theorem depends on definitions:  df-bi 196  df-or 384  df-an 385  df-3an 1033  df-tru 1478  df-ex 1696  df-nf 1701  df-sb 1868  df-eu 2462  df-mo 2463  df-clab 2597  df-cleq 2603  df-clel 2606  df-nfc 2740  df-ne 2782  df-nel 2783  df-ral 2901  df-rex 2902  df-rab 2905  df-v 3175  df-sbc 3403  df-csb 3500  df-dif 3543  df-un 3545  df-in 3547  df-ss 3554  df-nul 3875  df-if 4037  df-pw 4110  df-sn 4126  df-pr 4128  df-op 4132  df-uni 4373  df-br 4584  df-opab 4644  df-mpt 4645  df-id 4953  df-xp 5044  df-rel 5045  df-cnv 5046  df-co 5047  df-dm 5048  df-rn 5049  df-res 5050  df-ima 5051  df-iota 5768  df-fun 5806  df-fv 5812  df-fbas 19564  df-fil 21460 This theorem is referenced by:  isfild  21472  infil  21477  neifil  21494  trfil2  21501
 Copyright terms: Public domain W3C validator