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Theorem relop 4514
Description: A necessary and sufficient condition for a Kuratowski ordered pair to be a relation. (Contributed by NM, 3-Jun-2008.) (Avoid depending on this detail.)
Hypotheses
Ref Expression
relop.1  |-  A  e. 
_V
relop.2  |-  B  e. 
_V
Assertion
Ref Expression
relop  |-  ( Rel 
<. A ,  B >.  <->  E. x E. y ( A  =  { x }  /\  B  =  {
x ,  y } ) )
Distinct variable groups:    x, y, A   
x, B, y

Proof of Theorem relop
Dummy variables  w  v  z are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 df-rel 4378 . 2  |-  ( Rel 
<. A ,  B >.  <->  <. A ,  B >.  C_  ( _V  X.  _V ) )
2 dfss2 2989 . . . . 5  |-  ( <. A ,  B >.  C_  ( _V  X.  _V ) 
<-> 
A. z ( z  e.  <. A ,  B >.  ->  z  e.  ( _V  X.  _V )
) )
3 vex 2605 . . . . . . . . . 10  |-  z  e. 
_V
4 relop.1 . . . . . . . . . 10  |-  A  e. 
_V
5 relop.2 . . . . . . . . . 10  |-  B  e. 
_V
63, 4, 5elop 3994 . . . . . . . . 9  |-  ( z  e.  <. A ,  B >.  <-> 
( z  =  { A }  \/  z  =  { A ,  B } ) )
7 elvv 4428 . . . . . . . . 9  |-  ( z  e.  ( _V  X.  _V )  <->  E. x E. y 
z  =  <. x ,  y >. )
86, 7imbi12i 237 . . . . . . . 8  |-  ( ( z  e.  <. A ,  B >.  ->  z  e.  ( _V  X.  _V )
)  <->  ( ( z  =  { A }  \/  z  =  { A ,  B }
)  ->  E. x E. y  z  =  <. x ,  y >.
) )
9 jaob 664 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( z  =  { A }  \/  z  =  { A ,  B } )  ->  E. x E. y  z  =  <. x ,  y >.
)  <->  ( ( z  =  { A }  ->  E. x E. y 
z  =  <. x ,  y >. )  /\  ( z  =  { A ,  B }  ->  E. x E. y 
z  =  <. x ,  y >. )
) )
108, 9bitri 182 . . . . . . 7  |-  ( ( z  e.  <. A ,  B >.  ->  z  e.  ( _V  X.  _V )
)  <->  ( ( z  =  { A }  ->  E. x E. y 
z  =  <. x ,  y >. )  /\  ( z  =  { A ,  B }  ->  E. x E. y 
z  =  <. x ,  y >. )
) )
1110albii 1400 . . . . . 6  |-  ( A. z ( z  e. 
<. A ,  B >.  -> 
z  e.  ( _V 
X.  _V ) )  <->  A. z
( ( z  =  { A }  ->  E. x E. y  z  =  <. x ,  y
>. )  /\  (
z  =  { A ,  B }  ->  E. x E. y  z  =  <. x ,  y >.
) ) )
12 19.26 1411 . . . . . 6  |-  ( A. z ( ( z  =  { A }  ->  E. x E. y 
z  =  <. x ,  y >. )  /\  ( z  =  { A ,  B }  ->  E. x E. y 
z  =  <. x ,  y >. )
)  <->  ( A. z
( z  =  { A }  ->  E. x E. y  z  =  <. x ,  y >.
)  /\  A. z
( z  =  { A ,  B }  ->  E. x E. y 
z  =  <. x ,  y >. )
) )
1311, 12bitri 182 . . . . 5  |-  ( A. z ( z  e. 
<. A ,  B >.  -> 
z  e.  ( _V 
X.  _V ) )  <->  ( A. z ( z  =  { A }  ->  E. x E. y  z  =  <. x ,  y
>. )  /\  A. z
( z  =  { A ,  B }  ->  E. x E. y 
z  =  <. x ,  y >. )
) )
142, 13bitri 182 . . . 4  |-  ( <. A ,  B >.  C_  ( _V  X.  _V ) 
<->  ( A. z ( z  =  { A }  ->  E. x E. y 
z  =  <. x ,  y >. )  /\  A. z ( z  =  { A ,  B }  ->  E. x E. y  z  =  <. x ,  y >.
) ) )
154snex 3965 . . . . . . 7  |-  { A }  e.  _V
16 eqeq1 2088 . . . . . . . 8  |-  ( z  =  { A }  ->  ( z  =  { A }  <->  { A }  =  { A } ) )
17 eqeq1 2088 . . . . . . . . . 10  |-  ( z  =  { A }  ->  ( z  =  <. x ,  y >.  <->  { A }  =  <. x ,  y >. ) )
18 eqcom 2084 . . . . . . . . . . 11  |-  ( { A }  =  <. x ,  y >.  <->  <. x ,  y >.  =  { A } )
19 vex 2605 . . . . . . . . . . . 12  |-  x  e. 
_V
20 vex 2605 . . . . . . . . . . . 12  |-  y  e. 
_V
2119, 20, 4opeqsn 4015 . . . . . . . . . . 11  |-  ( <.
x ,  y >.  =  { A }  <->  ( x  =  y  /\  A  =  { x } ) )
2218, 21bitri 182 . . . . . . . . . 10  |-  ( { A }  =  <. x ,  y >.  <->  ( x  =  y  /\  A  =  { x } ) )
2317, 22syl6bb 194 . . . . . . . . 9  |-  ( z  =  { A }  ->  ( z  =  <. x ,  y >.  <->  ( x  =  y  /\  A  =  { x } ) ) )
24232exbidv 1790 . . . . . . . 8  |-  ( z  =  { A }  ->  ( E. x E. y  z  =  <. x ,  y >.  <->  E. x E. y ( x  =  y  /\  A  =  { x } ) ) )
2516, 24imbi12d 232 . . . . . . 7  |-  ( z  =  { A }  ->  ( ( z  =  { A }  ->  E. x E. y  z  =  <. x ,  y
>. )  <->  ( { A }  =  { A }  ->  E. x E. y
( x  =  y  /\  A  =  {
x } ) ) ) )
2615, 25spcv 2692 . . . . . 6  |-  ( A. z ( z  =  { A }  ->  E. x E. y  z  =  <. x ,  y
>. )  ->  ( { A }  =  { A }  ->  E. x E. y ( x  =  y  /\  A  =  { x } ) ) )
27 sneq 3417 . . . . . . . . 9  |-  ( w  =  x  ->  { w }  =  { x } )
2827eqeq2d 2093 . . . . . . . 8  |-  ( w  =  x  ->  ( A  =  { w } 
<->  A  =  { x } ) )
2928cbvexv 1837 . . . . . . 7  |-  ( E. w  A  =  {
w }  <->  E. x  A  =  { x } )
30 a9ev 1628 . . . . . . . . . 10  |-  E. y 
y  =  x
31 equcom 1634 . . . . . . . . . . 11  |-  ( y  =  x  <->  x  =  y )
3231exbii 1537 . . . . . . . . . 10  |-  ( E. y  y  =  x  <->  E. y  x  =  y )
3330, 32mpbi 143 . . . . . . . . 9  |-  E. y  x  =  y
34 19.41v 1824 . . . . . . . . 9  |-  ( E. y ( x  =  y  /\  A  =  { x } )  <-> 
( E. y  x  =  y  /\  A  =  { x } ) )
3533, 34mpbiran 882 . . . . . . . 8  |-  ( E. y ( x  =  y  /\  A  =  { x } )  <-> 
A  =  { x } )
3635exbii 1537 . . . . . . 7  |-  ( E. x E. y ( x  =  y  /\  A  =  { x } )  <->  E. x  A  =  { x } )
37 eqid 2082 . . . . . . . 8  |-  { A }  =  { A }
3837a1bi 241 . . . . . . 7  |-  ( E. x E. y ( x  =  y  /\  A  =  { x } )  <->  ( { A }  =  { A }  ->  E. x E. y ( x  =  y  /\  A  =  { x } ) ) )
3929, 36, 383bitr2ri 207 . . . . . 6  |-  ( ( { A }  =  { A }  ->  E. x E. y ( x  =  y  /\  A  =  { x } ) )  <->  E. w  A  =  { w } )
4026, 39sylib 120 . . . . 5  |-  ( A. z ( z  =  { A }  ->  E. x E. y  z  =  <. x ,  y
>. )  ->  E. w  A  =  { w } )
41 eqid 2082 . . . . . 6  |-  { A ,  B }  =  { A ,  B }
42 prexg 3974 . . . . . . . 8  |-  ( ( A  e.  _V  /\  B  e.  _V )  ->  { A ,  B }  e.  _V )
434, 5, 42mp2an 417 . . . . . . 7  |-  { A ,  B }  e.  _V
44 eqeq1 2088 . . . . . . . 8  |-  ( z  =  { A ,  B }  ->  ( z  =  { A ,  B }  <->  { A ,  B }  =  { A ,  B } ) )
45 eqeq1 2088 . . . . . . . . 9  |-  ( z  =  { A ,  B }  ->  ( z  =  <. x ,  y
>. 
<->  { A ,  B }  =  <. x ,  y >. ) )
46452exbidv 1790 . . . . . . . 8  |-  ( z  =  { A ,  B }  ->  ( E. x E. y  z  =  <. x ,  y
>. 
<->  E. x E. y { A ,  B }  =  <. x ,  y
>. ) )
4744, 46imbi12d 232 . . . . . . 7  |-  ( z  =  { A ,  B }  ->  ( ( z  =  { A ,  B }  ->  E. x E. y  z  =  <. x ,  y >.
)  <->  ( { A ,  B }  =  { A ,  B }  ->  E. x E. y { A ,  B }  =  <. x ,  y
>. ) ) )
4843, 47spcv 2692 . . . . . 6  |-  ( A. z ( z  =  { A ,  B }  ->  E. x E. y 
z  =  <. x ,  y >. )  ->  ( { A ,  B }  =  { A ,  B }  ->  E. x E. y { A ,  B }  =  <. x ,  y
>. ) )
4941, 48mpi 15 . . . . 5  |-  ( A. z ( z  =  { A ,  B }  ->  E. x E. y 
z  =  <. x ,  y >. )  ->  E. x E. y { A ,  B }  =  <. x ,  y
>. )
50 eqcom 2084 . . . . . . . . . 10  |-  ( { A ,  B }  =  <. x ,  y
>. 
<-> 
<. x ,  y >.  =  { A ,  B } )
5119, 20, 4, 5opeqpr 4016 . . . . . . . . . 10  |-  ( <.
x ,  y >.  =  { A ,  B } 
<->  ( ( A  =  { x }  /\  B  =  { x ,  y } )  \/  ( A  =  { x ,  y }  /\  B  =  { x } ) ) )
5250, 51bitri 182 . . . . . . . . 9  |-  ( { A ,  B }  =  <. x ,  y
>. 
<->  ( ( A  =  { x }  /\  B  =  { x ,  y } )  \/  ( A  =  { x ,  y }  /\  B  =  { x } ) ) )
53 idd 21 . . . . . . . . . 10  |-  ( A  =  { w }  ->  ( ( A  =  { x }  /\  B  =  { x ,  y } )  ->  ( A  =  { x }  /\  B  =  { x ,  y } ) ) )
54 eqtr2 2100 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( A  =  { x ,  y }  /\  A  =  { w } )  ->  { x ,  y }  =  { w } )
55 vex 2605 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  w  e. 
_V
5619, 20, 55preqsn 3575 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( { x ,  y }  =  { w }  <->  ( x  =  y  /\  y  =  w )
)
5756simplbi 268 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( { x ,  y }  =  { w }  ->  x  =  y )
5854, 57syl 14 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( A  =  { x ,  y }  /\  A  =  { w } )  ->  x  =  y )
59 dfsn2 3420 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  { x }  =  { x ,  x }
60 preq2 3478 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( x  =  y  ->  { x ,  x }  =  {
x ,  y } )
6159, 60syl5req 2127 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( x  =  y  ->  { x ,  y }  =  { x } )
6261eqeq2d 2093 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( x  =  y  ->  ( A  =  { x ,  y }  <->  A  =  { x } ) )
6359, 60syl5eq 2126 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( x  =  y  ->  { x }  =  { x ,  y } )
6463eqeq2d 2093 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( x  =  y  ->  ( B  =  { x } 
<->  B  =  { x ,  y } ) )
6562, 64anbi12d 457 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( x  =  y  ->  (
( A  =  {
x ,  y }  /\  B  =  {
x } )  <->  ( A  =  { x }  /\  B  =  { x ,  y } ) ) )
6665biimpd 142 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( x  =  y  ->  (
( A  =  {
x ,  y }  /\  B  =  {
x } )  -> 
( A  =  {
x }  /\  B  =  { x ,  y } ) ) )
6766expd 254 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x  =  y  ->  ( A  =  { x ,  y }  ->  ( B  =  { x }  ->  ( A  =  { x }  /\  B  =  { x ,  y } ) ) ) )
6867com12 30 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( A  =  { x ,  y }  ->  (
x  =  y  -> 
( B  =  {
x }  ->  ( A  =  { x }  /\  B  =  {
x ,  y } ) ) ) )
6968adantr 270 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( A  =  { x ,  y }  /\  A  =  { w } )  ->  (
x  =  y  -> 
( B  =  {
x }  ->  ( A  =  { x }  /\  B  =  {
x ,  y } ) ) ) )
7058, 69mpd 13 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( A  =  { x ,  y }  /\  A  =  { w } )  ->  ( B  =  { x }  ->  ( A  =  { x }  /\  B  =  { x ,  y } ) ) )
7170expcom 114 . . . . . . . . . . 11  |-  ( A  =  { w }  ->  ( A  =  {
x ,  y }  ->  ( B  =  { x }  ->  ( A  =  { x }  /\  B  =  {
x ,  y } ) ) ) )
7271impd 251 . . . . . . . . . 10  |-  ( A  =  { w }  ->  ( ( A  =  { x ,  y }  /\  B  =  { x } )  ->  ( A  =  { x }  /\  B  =  { x ,  y } ) ) )
7353, 72jaod 670 . . . . . . . . 9  |-  ( A  =  { w }  ->  ( ( ( A  =  { x }  /\  B  =  {
x ,  y } )  \/  ( A  =  { x ,  y }  /\  B  =  { x } ) )  ->  ( A  =  { x }  /\  B  =  { x ,  y } ) ) )
7452, 73syl5bi 150 . . . . . . . 8  |-  ( A  =  { w }  ->  ( { A ,  B }  =  <. x ,  y >.  ->  ( A  =  { x }  /\  B  =  {
x ,  y } ) ) )
75742eximdv 1804 . . . . . . 7  |-  ( A  =  { w }  ->  ( E. x E. y { A ,  B }  =  <. x ,  y >.  ->  E. x E. y ( A  =  { x }  /\  B  =  { x ,  y } ) ) )
7675exlimiv 1530 . . . . . 6  |-  ( E. w  A  =  {
w }  ->  ( E. x E. y { A ,  B }  =  <. x ,  y
>.  ->  E. x E. y
( A  =  {
x }  /\  B  =  { x ,  y } ) ) )
7776imp 122 . . . . 5  |-  ( ( E. w  A  =  { w }  /\  E. x E. y { A ,  B }  =  <. x ,  y
>. )  ->  E. x E. y ( A  =  { x }  /\  B  =  { x ,  y } ) )
7840, 49, 77syl2an 283 . . . 4  |-  ( ( A. z ( z  =  { A }  ->  E. x E. y 
z  =  <. x ,  y >. )  /\  A. z ( z  =  { A ,  B }  ->  E. x E. y  z  =  <. x ,  y >.
) )  ->  E. x E. y ( A  =  { x }  /\  B  =  { x ,  y } ) )
7914, 78sylbi 119 . . 3  |-  ( <. A ,  B >.  C_  ( _V  X.  _V )  ->  E. x E. y
( A  =  {
x }  /\  B  =  { x ,  y } ) )
80 simpr 108 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( A  =  { x }  /\  z  =  { A } )  ->  z  =  { A } )
81 equid 1630 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  x  =  x
8281jctl 307 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( A  =  { x }  ->  ( x  =  x  /\  A  =  {
x } ) )
8319, 19, 4opeqsn 4015 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( <.
x ,  x >.  =  { A }  <->  ( x  =  x  /\  A  =  { x } ) )
8482, 83sylibr 132 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( A  =  { x }  -> 
<. x ,  x >.  =  { A } )
8584adantr 270 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( A  =  { x }  /\  z  =  { A } )  ->  <. x ,  x >.  =  { A } )
8680, 85eqtr4d 2117 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( A  =  { x }  /\  z  =  { A } )  ->  z  =  <. x ,  x >. )
87 opeq12 3580 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( w  =  x  /\  v  =  x )  -> 
<. w ,  v >.  =  <. x ,  x >. )
8887eqeq2d 2093 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( w  =  x  /\  v  =  x )  ->  ( z  =  <. w ,  v >.  <->  z  =  <. x ,  x >. ) )
8919, 19, 88spc2ev 2694 . . . . . . . . . 10  |-  ( z  =  <. x ,  x >.  ->  E. w E. v 
z  =  <. w ,  v >. )
9086, 89syl 14 . . . . . . . . 9  |-  ( ( A  =  { x }  /\  z  =  { A } )  ->  E. w E. v  z  =  <. w ,  v >.
)
9190adantlr 461 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( A  =  {
x }  /\  B  =  { x ,  y } )  /\  z  =  { A } )  ->  E. w E. v 
z  =  <. w ,  v >. )
92 preq12 3479 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( A  =  { x }  /\  B  =  {
x ,  y } )  ->  { A ,  B }  =  { { x } ,  { x ,  y } } )
9392eqeq2d 2093 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( A  =  { x }  /\  B  =  {
x ,  y } )  ->  ( z  =  { A ,  B } 
<->  z  =  { {
x } ,  {
x ,  y } } ) )
9493biimpa 290 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( A  =  {
x }  /\  B  =  { x ,  y } )  /\  z  =  { A ,  B } )  ->  z  =  { { x } ,  { x ,  y } } )
9519, 20dfop 3577 . . . . . . . . . 10  |-  <. x ,  y >.  =  { { x } ,  { x ,  y } }
9694, 95syl6eqr 2132 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( A  =  {
x }  /\  B  =  { x ,  y } )  /\  z  =  { A ,  B } )  ->  z  =  <. x ,  y
>. )
97 opeq12 3580 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( w  =  x  /\  v  =  y )  -> 
<. w ,  v >.  =  <. x ,  y
>. )
9897eqeq2d 2093 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( w  =  x  /\  v  =  y )  ->  ( z  =  <. w ,  v >.  <->  z  =  <. x ,  y >.
) )
9919, 20, 98spc2ev 2694 . . . . . . . . 9  |-  ( z  =  <. x ,  y
>.  ->  E. w E. v 
z  =  <. w ,  v >. )
10096, 99syl 14 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( A  =  {
x }  /\  B  =  { x ,  y } )  /\  z  =  { A ,  B } )  ->  E. w E. v  z  =  <. w ,  v >.
)
10191, 100jaodan 744 . . . . . . 7  |-  ( ( ( A  =  {
x }  /\  B  =  { x ,  y } )  /\  (
z  =  { A }  \/  z  =  { A ,  B }
) )  ->  E. w E. v  z  =  <. w ,  v >.
)
102101ex 113 . . . . . 6  |-  ( ( A  =  { x }  /\  B  =  {
x ,  y } )  ->  ( (
z  =  { A }  \/  z  =  { A ,  B }
)  ->  E. w E. v  z  =  <. w ,  v >.
) )
103 elvv 4428 . . . . . 6  |-  ( z  e.  ( _V  X.  _V )  <->  E. w E. v 
z  =  <. w ,  v >. )
104102, 6, 1033imtr4g 203 . . . . 5  |-  ( ( A  =  { x }  /\  B  =  {
x ,  y } )  ->  ( z  e.  <. A ,  B >.  ->  z  e.  ( _V  X.  _V )
) )
105104ssrdv 3006 . . . 4  |-  ( ( A  =  { x }  /\  B  =  {
x ,  y } )  ->  <. A ,  B >.  C_  ( _V  X.  _V ) )
106105exlimivv 1818 . . 3  |-  ( E. x E. y ( A  =  { x }  /\  B  =  {
x ,  y } )  ->  <. A ,  B >.  C_  ( _V  X.  _V ) )
10779, 106impbii 124 . 2  |-  ( <. A ,  B >.  C_  ( _V  X.  _V ) 
<->  E. x E. y
( A  =  {
x }  /\  B  =  { x ,  y } ) )
1081, 107bitri 182 1  |-  ( Rel 
<. A ,  B >.  <->  E. x E. y ( A  =  { x }  /\  B  =  {
x ,  y } ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 102    <-> wb 103    \/ wo 662   A.wal 1283    = wceq 1285   E.wex 1422    e. wcel 1434   _Vcvv 2602    C_ wss 2974   {csn 3406   {cpr 3407   <.cop 3409    X. cxp 4369   Rel wrel 4376
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 104  ax-ia2 105  ax-ia3 106  ax-io 663  ax-5 1377  ax-7 1378  ax-gen 1379  ax-ie1 1423  ax-ie2 1424  ax-8 1436  ax-10 1437  ax-11 1438  ax-i12 1439  ax-bndl 1440  ax-4 1441  ax-14 1446  ax-17 1460  ax-i9 1464  ax-ial 1468  ax-i5r 1469  ax-ext 2064  ax-sep 3904  ax-pow 3956  ax-pr 3972
This theorem depends on definitions:  df-bi 115  df-3an 922  df-tru 1288  df-nf 1391  df-sb 1687  df-clab 2069  df-cleq 2075  df-clel 2078  df-nfc 2209  df-v 2604  df-un 2978  df-in 2980  df-ss 2987  df-pw 3392  df-sn 3412  df-pr 3413  df-op 3415  df-opab 3848  df-xp 4377  df-rel 4378
This theorem is referenced by:  funopg  4964
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