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Theorem tgphaus 18138
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 18100 . . . . 5  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  G  e.  Grp )
2 eqid 2435 . . . . . 6  |-  ( Base `  G )  =  (
Base `  G )
3 tgphaus.1 . . . . . 6  |-  .0.  =  ( 0g `  G )
42, 3grpidcl 14825 . . . . 5  |-  ( G  e.  Grp  ->  .0.  e.  ( Base `  G
) )
51, 4syl 16 . . . 4  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  .0.  e.  ( Base `  G ) )
6 tgphaus.j . . . . . 6  |-  J  =  ( TopOpen `  G )
76, 2tgptopon 18104 . . . . 5  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  J  e.  (TopOn `  ( Base `  G
) ) )
8 toponuni 16984 . . . . 5  |-  ( J  e.  (TopOn `  ( Base `  G ) )  ->  ( Base `  G
)  =  U. J
)
97, 8syl 16 . . . 4  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( Base `  G
)  =  U. J
)
105, 9eleqtrd 2511 . . 3  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  .0.  e.  U. J
)
11 eqid 2435 . . . . 5  |-  U. J  =  U. J
1211sncld 17427 . . . 4  |-  ( ( J  e.  Haus  /\  .0.  e.  U. J )  ->  {  .0.  }  e.  (
Clsd `  J )
)
1312expcom 425 . . 3  |-  (  .0. 
e.  U. J  ->  ( J  e.  Haus  ->  {  .0.  }  e.  ( Clsd `  J
) ) )
1410, 13syl 16 . 2  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( J  e. 
Haus  ->  {  .0.  }  e.  ( Clsd `  J
) ) )
15 eqid 2435 . . . . . 6  |-  ( -g `  G )  =  (
-g `  G )
166, 15tgpsubcn 18112 . . . . 5  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( -g `  G
)  e.  ( ( J  tX  J )  Cn  J ) )
17 cnclima 17324 . . . . . 6  |-  ( ( ( -g `  G
)  e.  ( ( J  tX  J )  Cn  J )  /\  {  .0.  }  e.  (
Clsd `  J )
)  ->  ( `' ( -g `  G )
" {  .0.  }
)  e.  ( Clsd `  ( J  tX  J
) ) )
1817ex 424 . . . . 5  |-  ( (
-g `  G )  e.  ( ( J  tX  J )  Cn  J
)  ->  ( {  .0.  }  e.  ( Clsd `  J )  ->  ( `' ( -g `  G
) " {  .0.  } )  e.  ( Clsd `  ( J  tX  J
) ) ) )
1916, 18syl 16 . . . 4  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( {  .0.  }  e.  ( Clsd `  J
)  ->  ( `' ( -g `  G )
" {  .0.  }
)  e.  ( Clsd `  ( J  tX  J
) ) ) )
20 cnvimass 5216 . . . . . . . . 9  |-  ( `' ( -g `  G
) " {  .0.  } )  C_  dom  ( -g `  G )
212, 15grpsubf 14860 . . . . . . . . . . 11  |-  ( G  e.  Grp  ->  ( -g `  G ) : ( ( Base `  G
)  X.  ( Base `  G ) ) --> (
Base `  G )
)
221, 21syl 16 . . . . . . . . . 10  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( -g `  G
) : ( (
Base `  G )  X.  ( Base `  G
) ) --> ( Base `  G ) )
23 fdm 5587 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
-g `  G ) : ( ( Base `  G )  X.  ( Base `  G ) ) --> ( Base `  G
)  ->  dom  ( -g `  G )  =  ( ( Base `  G
)  X.  ( Base `  G ) ) )
2422, 23syl 16 . . . . . . . . 9  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  dom  ( -g `  G )  =  ( ( Base `  G
)  X.  ( Base `  G ) ) )
2520, 24syl5sseq 3388 . . . . . . . 8  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( `' (
-g `  G ) " {  .0.  } ) 
C_  ( ( Base `  G )  X.  ( Base `  G ) ) )
26 relxp 4975 . . . . . . . 8  |-  Rel  (
( Base `  G )  X.  ( Base `  G
) )
27 relss 4955 . . . . . . . 8  |-  ( ( `' ( -g `  G
) " {  .0.  } )  C_  ( ( Base `  G )  X.  ( Base `  G
) )  ->  ( Rel  ( ( Base `  G
)  X.  ( Base `  G ) )  ->  Rel  ( `' ( -g `  G ) " {  .0.  } ) ) )
2825, 26, 27ee10 1385 . . . . . . 7  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  Rel  ( `' ( -g `  G )
" {  .0.  }
) )
29 dfrel4v 5314 . . . . . . 7  |-  ( Rel  ( `' ( -g `  G ) " {  .0.  } )  <->  ( `' ( -g `  G )
" {  .0.  }
)  =  { <. x ,  y >.  |  x ( `' ( -g `  G ) " {  .0.  } ) y } )
3028, 29sylib 189 . . . . . 6  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( `' (
-g `  G ) " {  .0.  } )  =  { <. x ,  y >.  |  x ( `' ( -g `  G ) " {  .0.  } ) y } )
31 ffn 5583 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( (
-g `  G ) : ( ( Base `  G )  X.  ( Base `  G ) ) --> ( Base `  G
)  ->  ( -g `  G )  Fn  (
( Base `  G )  X.  ( Base `  G
) ) )
3222, 31syl 16 . . . . . . . . . . 11  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( -g `  G
)  Fn  ( (
Base `  G )  X.  ( Base `  G
) ) )
33 elpreima 5842 . . . . . . . . . . 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 16 . . . . . . . . . 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 4900 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( <.
x ,  y >.  e.  ( ( Base `  G
)  X.  ( Base `  G ) )  <->  ( x  e.  ( Base `  G
)  /\  y  e.  ( Base `  G )
) )
3635anbi1i 677 . . . . . . . . . . 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 14867 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( G  e.  Grp  /\  x  e.  ( Base `  G )  /\  y  e.  ( Base `  G
) )  ->  (
( x ( -g `  G ) y )  =  .0.  <->  x  =  y ) )
38373expb 1154 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( G  e.  Grp  /\  ( x  e.  ( Base `  G )  /\  y  e.  ( Base `  G ) ) )  ->  ( ( x ( -g `  G
) y )  =  .0.  <->  x  =  y
) )
391, 38sylan 458 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( G  e.  TopGrp  /\  (
x  e.  ( Base `  G )  /\  y  e.  ( Base `  G
) ) )  -> 
( ( x (
-g `  G )
y )  =  .0.  <->  x  =  y ) )
40 df-ov 6076 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x ( -g `  G
) y )  =  ( ( -g `  G
) `  <. x ,  y >. )
4140eleq1i 2498 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( x ( -g `  G
) y )  e. 
{  .0.  }  <->  ( ( -g `  G ) `  <. x ,  y >.
)  e.  {  .0.  } )
42 ovex 6098 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x ( -g `  G
) y )  e. 
_V
4342elsnc 3829 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( x ( -g `  G
) y )  e. 
{  .0.  }  <->  ( x
( -g `  G ) y )  =  .0.  )
4441, 43bitr3i 243 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( -g `  G
) `  <. x ,  y >. )  e.  {  .0.  }  <->  ( x (
-g `  G )
y )  =  .0.  )
45 equcom 1692 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( y  =  x  <->  x  =  y )
4639, 44, 453bitr4g 280 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( G  e.  TopGrp  /\  (
x  e.  ( Base `  G )  /\  y  e.  ( Base `  G
) ) )  -> 
( ( ( -g `  G ) `  <. x ,  y >. )  e.  {  .0.  }  <->  y  =  x ) )
4746pm5.32da 623 . . . . . . . . . . 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 249 . . . . . . . . . 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 245 . . . . . . . . 9  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( <. x ,  y >.  e.  ( `' ( -g `  G
) " {  .0.  } )  <->  ( ( x  e.  ( Base `  G
)  /\  y  e.  ( Base `  G )
)  /\  y  =  x ) ) )
50 df-br 4205 . . . . . . . . 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 474 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( x  e.  ( Base `  G )  /\  y  =  x )  ->  y  e.  ( Base `  G
) )
5352pm4.71i 614 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( x  e.  ( Base `  G )  /\  y  =  x )  <->  ( (
x  e.  ( Base `  G )  /\  y  =  x )  /\  y  e.  ( Base `  G
) ) )
54 an32 774 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( x  e.  (
Base `  G )  /\  y  e.  ( Base `  G ) )  /\  y  =  x )  <->  ( ( x  e.  ( Base `  G
)  /\  y  =  x )  /\  y  e.  ( Base `  G
) ) )
5553, 54bitr4i 244 . . . . . . . . 9  |-  ( ( x  e.  ( Base `  G )  /\  y  =  x )  <->  ( (
x  e.  ( Base `  G )  /\  y  e.  ( Base `  G
) )  /\  y  =  x ) )
5649, 50, 553bitr4g 280 . . . . . . . 8  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( x ( `' ( -g `  G
) " {  .0.  } ) y  <->  ( x  e.  ( Base `  G
)  /\  y  =  x ) ) )
5756opabbidv 4263 . . . . . . 7  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  { <. x ,  y >.  |  x ( `' ( -g `  G ) " {  .0.  } ) y }  =  { <. x ,  y >.  |  ( x  e.  ( Base `  G )  /\  y  =  x ) } )
58 opabresid 5186 . . . . . . 7  |-  { <. x ,  y >.  |  ( x  e.  ( Base `  G )  /\  y  =  x ) }  =  (  _I  |`  ( Base `  G ) )
5957, 58syl6eq 2483 . . . . . 6  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  { <. x ,  y >.  |  x ( `' ( -g `  G ) " {  .0.  } ) y }  =  (  _I  |`  ( Base `  G ) ) )
609reseq2d 5138 . . . . . 6  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  (  _I  |`  ( Base `  G ) )  =  (  _I  |`  U. J
) )
6130, 59, 603eqtrd 2471 . . . . 5  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( `' (
-g `  G ) " {  .0.  } )  =  (  _I  |`  U. J
) )
6261eleq1d 2501 . . . 4  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( ( `' ( -g `  G
) " {  .0.  } )  e.  ( Clsd `  ( J  tX  J
) )  <->  (  _I  |` 
U. J )  e.  ( Clsd `  ( J  tX  J ) ) ) )
6319, 62sylibd 206 . . 3  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( {  .0.  }  e.  ( Clsd `  J
)  ->  (  _I  |` 
U. J )  e.  ( Clsd `  ( J  tX  J ) ) ) )
64 topontop 16983 . . . . 5  |-  ( J  e.  (TopOn `  ( Base `  G ) )  ->  J  e.  Top )
657, 64syl 16 . . . 4  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  J  e.  Top )
6611hausdiag 17669 . . . . 5  |-  ( J  e.  Haus  <->  ( J  e. 
Top  /\  (  _I  |` 
U. J )  e.  ( Clsd `  ( J  tX  J ) ) ) )
6766baib 872 . . . 4  |-  ( J  e.  Top  ->  ( J  e.  Haus  <->  (  _I  |` 
U. J )  e.  ( Clsd `  ( J  tX  J ) ) ) )
6865, 67syl 16 . . 3  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( J  e. 
Haus 
<->  (  _I  |`  U. J
)  e.  ( Clsd `  ( J  tX  J
) ) ) )
6963, 68sylibrd 226 . 2  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( {  .0.  }  e.  ( Clsd `  J
)  ->  J  e.  Haus ) )
7014, 69impbid 184 1  |-  ( G  e.  TopGrp  ->  ( J  e. 
Haus 
<->  {  .0.  }  e.  ( Clsd `  J )
) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 177    /\ wa 359    = wceq 1652    e. wcel 1725    C_ wss 3312   {csn 3806   <.cop 3809   U.cuni 4007   class class class wbr 4204   {copab 4257    _I cid 4485    X. cxp 4868   `'ccnv 4869   dom cdm 4870    |` cres 4872   "cima 4873   Rel wrel 4875    Fn wfn 5441   -->wf 5442   ` cfv 5446  (class class class)co 6073   Basecbs 13461   TopOpenctopn 13641   0gc0g 13715   Grpcgrp 14677   -gcsg 14680   Topctop 16950  TopOnctopon 16951   Clsdccld 17072    Cn ccn 17280   Hauscha 17364    tX ctx 17584   TopGrpctgp 18093
This theorem is referenced by:  tgpt1  18139  divstgphaus  18144
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1555  ax-5 1566  ax-17 1626  ax-9 1666  ax-8 1687  ax-13 1727  ax-14 1729  ax-6 1744  ax-7 1749  ax-11 1761  ax-12 1950  ax-ext 2416  ax-rep 4312  ax-sep 4322  ax-nul 4330  ax-pow 4369  ax-pr 4395  ax-un 4693
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3an 938  df-tru 1328  df-ex 1551  df-nf 1554  df-sb 1659  df-eu 2284  df-mo 2285  df-clab 2422  df-cleq 2428  df-clel 2431  df-nfc 2560  df-ne 2600  df-ral 2702  df-rex 2703  df-reu 2704  df-rmo 2705  df-rab 2706  df-v 2950  df-sbc 3154  df-csb 3244  df-dif 3315  df-un 3317  df-in 3319  df-ss 3326  df-nul 3621  df-if 3732  df-pw 3793  df-sn 3812  df-pr 3813  df-op 3815  df-uni 4008  df-iun 4087  df-br 4205  df-opab 4259  df-mpt 4260  df-id 4490  df-xp 4876  df-rel 4877  df-cnv 4878  df-co 4879  df-dm 4880  df-rn 4881  df-res 4882  df-ima 4883  df-iota 5410  df-fun 5448  df-fn 5449  df-f 5450  df-f1 5451  df-fo 5452  df-f1o 5453  df-fv 5454  df-ov 6076  df-oprab 6077  df-mpt2 6078  df-1st 6341  df-2nd 6342  df-riota 6541  df-map 7012  df-topgen 13659  df-0g 13719  df-mnd 14682  df-plusf 14683  df-grp 14804  df-minusg 14805  df-sbg 14806  df-top 16955  df-bases 16957  df-topon 16958  df-topsp 16959  df-cld 17075  df-cn 17283  df-t1 17370  df-haus 17371  df-tx 17586  df-tmd 18094  df-tgp 18095
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