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Theorem fiint 9231
Description: Equivalent ways of stating the finite intersection property. We show two ways of saying, "the intersection of elements in every finite nonempty subcollection of 𝐴 is in 𝐴". This theorem is applicable to a topology, which (among other axioms) is closed under finite intersections. Some texts use the left-hand version of this axiom and others the right-hand version, but as our proof here shows, their "intuitively obvious" equivalence can be non-trivial to establish formally. (Contributed by NM, 22-Sep-2002.) Use a separate setvar for the right-hand side and avoid ax-pow 5297. (Revised by BTernaryTau, 14-Jan-2025.)
Assertion
Ref Expression
fiint (∀𝑥𝐴𝑦𝐴 (𝑥𝑦) ∈ 𝐴 ↔ ∀𝑧((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅ ∧ 𝑧 ∈ Fin) → 𝑧𝐴))
Distinct variable groups:   𝑥,𝐴,𝑦   𝑧,𝐴

Proof of Theorem fiint
Dummy variables 𝑣 𝑢 𝑡 𝑤 𝑓 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 isfi 8916 . . . . . . 7 (𝑧 ∈ Fin ↔ ∃𝑤 ∈ ω 𝑧𝑤)
2 nnfi 9096 . . . . . . . . . 10 (𝑤 ∈ ω → 𝑤 ∈ Fin)
3 ensymfib 9112 . . . . . . . . . 10 (𝑤 ∈ Fin → (𝑤𝑧𝑧𝑤))
42, 3syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑤 ∈ ω → (𝑤𝑧𝑧𝑤))
5 breq1 5078 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑤 = ∅ → (𝑤𝑧 ↔ ∅ ≈ 𝑧))
65anbi2d 637 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑤 = ∅ → (((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑤𝑧) ↔ ((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ ∅ ≈ 𝑧)))
76imbi1d 343 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑤 = ∅ → ((((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑤𝑧) → 𝑧𝐴) ↔ (((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ ∅ ≈ 𝑧) → 𝑧𝐴)))
87albidv 1928 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑤 = ∅ → (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑤𝑧) → 𝑧𝐴) ↔ ∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ ∅ ≈ 𝑧) → 𝑧𝐴)))
9 breq1 5078 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑤 = 𝑡 → (𝑤𝑧𝑡𝑧))
109anbi2d 637 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑤 = 𝑡 → (((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑤𝑧) ↔ ((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧)))
1110imbi1d 343 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑤 = 𝑡 → ((((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑤𝑧) → 𝑧𝐴) ↔ (((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴)))
1211albidv 1928 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑤 = 𝑡 → (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑤𝑧) → 𝑧𝐴) ↔ ∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴)))
13 breq1 5078 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑤 = suc 𝑡 → (𝑤𝑧 ↔ suc 𝑡𝑧))
1413anbi2d 637 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑤 = suc 𝑡 → (((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑤𝑧) ↔ ((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ suc 𝑡𝑧)))
1514imbi1d 343 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑤 = suc 𝑡 → ((((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑤𝑧) → 𝑧𝐴) ↔ (((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ suc 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴)))
1615albidv 1928 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑤 = suc 𝑡 → (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑤𝑧) → 𝑧𝐴) ↔ ∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ suc 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴)))
17 en0r 8961 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (∅ ≈ 𝑧𝑧 = ∅)
1817biimpi 218 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (∅ ≈ 𝑧𝑧 = ∅)
1918anim1i 622 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((∅ ≈ 𝑧𝑧 ≠ ∅) → (𝑧 = ∅ ∧ 𝑧 ≠ ∅))
2019ancoms 460 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑧 ≠ ∅ ∧ ∅ ≈ 𝑧) → (𝑧 = ∅ ∧ 𝑧 ≠ ∅))
2120adantll 721 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ ∅ ≈ 𝑧) → (𝑧 = ∅ ∧ 𝑧 ≠ ∅))
22 df-ne 2937 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑧 ≠ ∅ ↔ ¬ 𝑧 = ∅)
23 pm3.24 404 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ¬ (𝑧 = ∅ ∧ ¬ 𝑧 = ∅)
2423pm2.21i 119 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑧 = ∅ ∧ ¬ 𝑧 = ∅) → 𝑧𝐴)
2522, 24sylan2b 601 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑧 = ∅ ∧ 𝑧 ≠ ∅) → 𝑧𝐴)
2621, 25syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ ∅ ≈ 𝑧) → 𝑧𝐴)
2726ax-gen 1803 . . . . . . . . . . . . . 14 𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ ∅ ≈ 𝑧) → 𝑧𝐴)
2827a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 → ∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ ∅ ≈ 𝑧) → 𝑧𝐴))
29 nfv 1922 . . . . . . . . . . . . . . 15 𝑧𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴
30 nfa1 2164 . . . . . . . . . . . . . . 15 𝑧𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴)
31 bren 8897 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (suc 𝑡𝑧 ↔ ∃𝑓 𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧)
32 ssel 3911 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 (𝑧𝐴 → ((𝑓𝑡) ∈ 𝑧 → (𝑓𝑡) ∈ 𝐴))
33 f1of 6771 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧𝑓:suc 𝑡𝑧)
34 vex 3437 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 𝑡 ∈ V
3534sucid 6398 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 𝑡 ∈ suc 𝑡
36 ffvelcdm 7026 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ((𝑓:suc 𝑡𝑧𝑡 ∈ suc 𝑡) → (𝑓𝑡) ∈ 𝑧)
3733, 35, 36sylancl 593 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 → (𝑓𝑡) ∈ 𝑧)
3832, 37impel 511 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((𝑧𝐴𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧) → (𝑓𝑡) ∈ 𝐴)
3938adantr 482 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (((𝑧𝐴𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧) ∧ (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴) ∧ ∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴)) → (𝑓𝑡) ∈ 𝐴)
40 df-ne 2937 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((𝑓𝑡) ≠ ∅ ↔ ¬ (𝑓𝑡) = ∅)
41 imassrn 6030 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 (𝑓𝑡) ⊆ ran 𝑓
42 dff1o2 6776 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 ↔ (𝑓 Fn suc 𝑡 ∧ Fun 𝑓 ∧ ran 𝑓 = 𝑧))
4342simp3bi 1154 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 → ran 𝑓 = 𝑧)
4441, 43sseqtrid 3959 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 → (𝑓𝑡) ⊆ 𝑧)
45 sstr2 3924 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 ((𝑓𝑡) ⊆ 𝑧 → (𝑧𝐴 → (𝑓𝑡) ⊆ 𝐴))
4644, 45syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 → (𝑧𝐴 → (𝑓𝑡) ⊆ 𝐴))
4746anim1d 618 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 → ((𝑧𝐴 ∧ (𝑓𝑡) ≠ ∅) → ((𝑓𝑡) ⊆ 𝐴 ∧ (𝑓𝑡) ≠ ∅)))
48 f1of1 6770 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧𝑓:suc 𝑡1-1𝑧)
49 sssucid 6396 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 𝑡 ⊆ suc 𝑡
50 vex 3437 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 𝑓 ∈ V
51 f1imaen3g 8957 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 ((𝑓:suc 𝑡1-1𝑧𝑡 ⊆ suc 𝑡𝑓 ∈ V) → 𝑡 ≈ (𝑓𝑡))
5249, 50, 51mp3an23 1462 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 (𝑓:suc 𝑡1-1𝑧𝑡 ≈ (𝑓𝑡))
5348, 52syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧𝑡 ≈ (𝑓𝑡))
5447, 53jctird 532 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 → ((𝑧𝐴 ∧ (𝑓𝑡) ≠ ∅) → (((𝑓𝑡) ⊆ 𝐴 ∧ (𝑓𝑡) ≠ ∅) ∧ 𝑡 ≈ (𝑓𝑡))))
5550imaex 7858 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 (𝑓𝑡) ∈ V
56 sseq1 3942 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 (𝑧 = (𝑓𝑡) → (𝑧𝐴 ↔ (𝑓𝑡) ⊆ 𝐴))
57 neeq1 2998 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 (𝑧 = (𝑓𝑡) → (𝑧 ≠ ∅ ↔ (𝑓𝑡) ≠ ∅))
5856, 57anbi12d 639 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 (𝑧 = (𝑓𝑡) → ((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ↔ ((𝑓𝑡) ⊆ 𝐴 ∧ (𝑓𝑡) ≠ ∅)))
59 breq2 5079 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 (𝑧 = (𝑓𝑡) → (𝑡𝑧𝑡 ≈ (𝑓𝑡)))
6058, 59anbi12d 639 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 (𝑧 = (𝑓𝑡) → (((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) ↔ (((𝑓𝑡) ⊆ 𝐴 ∧ (𝑓𝑡) ≠ ∅) ∧ 𝑡 ≈ (𝑓𝑡))))
61 inteq 4883 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 (𝑧 = (𝑓𝑡) → 𝑧 = (𝑓𝑡))
6261eleq1d 2826 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 (𝑧 = (𝑓𝑡) → ( 𝑧𝐴 (𝑓𝑡) ∈ 𝐴))
6360, 62imbi12d 346 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 (𝑧 = (𝑓𝑡) → ((((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴) ↔ ((((𝑓𝑡) ⊆ 𝐴 ∧ (𝑓𝑡) ≠ ∅) ∧ 𝑡 ≈ (𝑓𝑡)) → (𝑓𝑡) ∈ 𝐴)))
6455, 63spcv 3545 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴) → ((((𝑓𝑡) ⊆ 𝐴 ∧ (𝑓𝑡) ≠ ∅) ∧ 𝑡 ≈ (𝑓𝑡)) → (𝑓𝑡) ∈ 𝐴))
6554, 64sylan9 513 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 ((𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 ∧ ∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴)) → ((𝑧𝐴 ∧ (𝑓𝑡) ≠ ∅) → (𝑓𝑡) ∈ 𝐴))
66 ineq1 4145 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 (𝑣 = (𝑓𝑡) → (𝑣𝑢) = ( (𝑓𝑡) ∩ 𝑢))
6766eleq1d 2826 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 (𝑣 = (𝑓𝑡) → ((𝑣𝑢) ∈ 𝐴 ↔ ( (𝑓𝑡) ∩ 𝑢) ∈ 𝐴))
68 ineq2 4146 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 (𝑢 = (𝑓𝑡) → ( (𝑓𝑡) ∩ 𝑢) = ( (𝑓𝑡) ∩ (𝑓𝑡)))
6968eleq1d 2826 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 (𝑢 = (𝑓𝑡) → (( (𝑓𝑡) ∩ 𝑢) ∈ 𝐴 ↔ ( (𝑓𝑡) ∩ (𝑓𝑡)) ∈ 𝐴))
7067, 69rspc2v 3573 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 (( (𝑓𝑡) ∈ 𝐴 ∧ (𝑓𝑡) ∈ 𝐴) → (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 → ( (𝑓𝑡) ∩ (𝑓𝑡)) ∈ 𝐴))
7170ex 414 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 ( (𝑓𝑡) ∈ 𝐴 → ((𝑓𝑡) ∈ 𝐴 → (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 → ( (𝑓𝑡) ∩ (𝑓𝑡)) ∈ 𝐴)))
7265, 71syl6 35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 ((𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 ∧ ∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴)) → ((𝑧𝐴 ∧ (𝑓𝑡) ≠ ∅) → ((𝑓𝑡) ∈ 𝐴 → (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 → ( (𝑓𝑡) ∩ (𝑓𝑡)) ∈ 𝐴))))
7372com4r 94 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 → ((𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 ∧ ∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴)) → ((𝑧𝐴 ∧ (𝑓𝑡) ≠ ∅) → ((𝑓𝑡) ∈ 𝐴 → ( (𝑓𝑡) ∩ (𝑓𝑡)) ∈ 𝐴))))
7473exp5c 446 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 → (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 → (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴) → (𝑧𝐴 → ((𝑓𝑡) ≠ ∅ → ((𝑓𝑡) ∈ 𝐴 → ( (𝑓𝑡) ∩ (𝑓𝑡)) ∈ 𝐴))))))
7574com14 96 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 (𝑧𝐴 → (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 → (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴) → (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 → ((𝑓𝑡) ≠ ∅ → ((𝑓𝑡) ∈ 𝐴 → ( (𝑓𝑡) ∩ (𝑓𝑡)) ∈ 𝐴))))))
7675imp43 429 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 (((𝑧𝐴𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧) ∧ (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴) ∧ ∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴)) → ((𝑓𝑡) ≠ ∅ → ((𝑓𝑡) ∈ 𝐴 → ( (𝑓𝑡) ∩ (𝑓𝑡)) ∈ 𝐴)))
7740, 76biimtrrid 245 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 (((𝑧𝐴𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧) ∧ (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴) ∧ ∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴)) → (¬ (𝑓𝑡) = ∅ → ((𝑓𝑡) ∈ 𝐴 → ( (𝑓𝑡) ∩ (𝑓𝑡)) ∈ 𝐴)))
78 inteq 4883 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 ((𝑓𝑡) = ∅ → (𝑓𝑡) = ∅)
79 int0 4895 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 ∅ = V
8078, 79eqtrdi 2792 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 ((𝑓𝑡) = ∅ → (𝑓𝑡) = V)
8180ineq1d 4151 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 ((𝑓𝑡) = ∅ → ( (𝑓𝑡) ∩ (𝑓𝑡)) = (V ∩ (𝑓𝑡)))
82 ssv 3941 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 (𝑓𝑡) ⊆ V
83 sseqin2 4155 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 ((𝑓𝑡) ⊆ V ↔ (V ∩ (𝑓𝑡)) = (𝑓𝑡))
8482, 83mpbi 232 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 (V ∩ (𝑓𝑡)) = (𝑓𝑡)
8581, 84eqtrdi 2792 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ((𝑓𝑡) = ∅ → ( (𝑓𝑡) ∩ (𝑓𝑡)) = (𝑓𝑡))
8685eleq1d 2826 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((𝑓𝑡) = ∅ → (( (𝑓𝑡) ∩ (𝑓𝑡)) ∈ 𝐴 ↔ (𝑓𝑡) ∈ 𝐴))
8786biimprd 250 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((𝑓𝑡) = ∅ → ((𝑓𝑡) ∈ 𝐴 → ( (𝑓𝑡) ∩ (𝑓𝑡)) ∈ 𝐴))
8877, 87pm2.61d2 182 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (((𝑧𝐴𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧) ∧ (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴) ∧ ∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴)) → ((𝑓𝑡) ∈ 𝐴 → ( (𝑓𝑡) ∩ (𝑓𝑡)) ∈ 𝐴))
8939, 88mpd 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (((𝑧𝐴𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧) ∧ (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴) ∧ ∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴)) → ( (𝑓𝑡) ∩ (𝑓𝑡)) ∈ 𝐴)
90 fvex 6844 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 (𝑓𝑡) ∈ V
9190intunsn 4920 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((𝑓𝑡) ∪ {(𝑓𝑡)}) = ( (𝑓𝑡) ∩ (𝑓𝑡))
92 f1ofn 6772 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧𝑓 Fn suc 𝑡)
93 fnsnfv 6910 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 ((𝑓 Fn suc 𝑡𝑡 ∈ suc 𝑡) → {(𝑓𝑡)} = (𝑓 “ {𝑡}))
9492, 35, 93sylancl 593 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 → {(𝑓𝑡)} = (𝑓 “ {𝑡}))
9594uneq2d 4101 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 → ((𝑓𝑡) ∪ {(𝑓𝑡)}) = ((𝑓𝑡) ∪ (𝑓 “ {𝑡})))
96 df-suc 6320 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 suc 𝑡 = (𝑡 ∪ {𝑡})
9796imaeq2i 6017 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 (𝑓 “ suc 𝑡) = (𝑓 “ (𝑡 ∪ {𝑡}))
98 imaundi 6104 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 (𝑓 “ (𝑡 ∪ {𝑡})) = ((𝑓𝑡) ∪ (𝑓 “ {𝑡}))
9997, 98eqtr2i 2765 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 ((𝑓𝑡) ∪ (𝑓 “ {𝑡})) = (𝑓 “ suc 𝑡)
10095, 99eqtrdi 2792 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 → ((𝑓𝑡) ∪ {(𝑓𝑡)}) = (𝑓 “ suc 𝑡))
101 f1ofo 6778 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧𝑓:suc 𝑡onto𝑧)
102 foima 6748 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 (𝑓:suc 𝑡onto𝑧 → (𝑓 “ suc 𝑡) = 𝑧)
103101, 102syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 → (𝑓 “ suc 𝑡) = 𝑧)
104100, 103eqtrd 2776 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 → ((𝑓𝑡) ∪ {(𝑓𝑡)}) = 𝑧)
105104inteqd 4885 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 ((𝑓𝑡) ∪ {(𝑓𝑡)}) = 𝑧)
10691, 105eqtr3id 2790 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 → ( (𝑓𝑡) ∩ (𝑓𝑡)) = 𝑧)
107106eleq1d 2826 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 → (( (𝑓𝑡) ∩ (𝑓𝑡)) ∈ 𝐴 𝑧𝐴))
108107ad2antlr 734 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (((𝑧𝐴𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧) ∧ (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴) ∧ ∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴)) → (( (𝑓𝑡) ∩ (𝑓𝑡)) ∈ 𝐴 𝑧𝐴))
10989, 108mpbid 234 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (((𝑧𝐴𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧) ∧ (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴) ∧ ∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴)) → 𝑧𝐴)
110109exp43 438 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑧𝐴 → (𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 → (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴) → (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 𝑧𝐴))))
111110exlimdv 1941 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑧𝐴 → (∃𝑓 𝑓:suc 𝑡1-1-onto𝑧 → (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴) → (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 𝑧𝐴))))
11231, 111biimtrid 244 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑧𝐴 → (suc 𝑡𝑧 → (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴) → (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 𝑧𝐴))))
113112imp 408 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑧𝐴 ∧ suc 𝑡𝑧) → (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴) → (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 𝑧𝐴)))
114113adantlr 722 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ suc 𝑡𝑧) → (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴) → (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 𝑧𝐴)))
115114com13 88 . . . . . . . . . . . . . . 15 (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 → (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴) → (((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ suc 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴)))
11629, 30, 115alrimd 2229 . . . . . . . . . . . . . 14 (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 → (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴) → ∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ suc 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴)))
117116a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑡 ∈ ω → (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 → (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴) → ∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ suc 𝑡𝑧) → 𝑧𝐴))))
1188, 12, 16, 28, 117finds2 7842 . . . . . . . . . . . 12 (𝑤 ∈ ω → (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 → ∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑤𝑧) → 𝑧𝐴)))
119 sp 2197 . . . . . . . . . . . 12 (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑤𝑧) → 𝑧𝐴) → (((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑤𝑧) → 𝑧𝐴))
120118, 119syl6 35 . . . . . . . . . . 11 (𝑤 ∈ ω → (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 → (((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑤𝑧) → 𝑧𝐴)))
121120exp4a 433 . . . . . . . . . 10 (𝑤 ∈ ω → (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 → ((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) → (𝑤𝑧 𝑧𝐴))))
122121com24 95 . . . . . . . . 9 (𝑤 ∈ ω → (𝑤𝑧 → ((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) → (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 𝑧𝐴))))
1234, 122sylbird 262 . . . . . . . 8 (𝑤 ∈ ω → (𝑧𝑤 → ((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) → (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 𝑧𝐴))))
124123rexlimiv 3135 . . . . . . 7 (∃𝑤 ∈ ω 𝑧𝑤 → ((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) → (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 𝑧𝐴)))
1251, 124sylbi 219 . . . . . 6 (𝑧 ∈ Fin → ((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) → (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 𝑧𝐴)))
126125com13 88 . . . . 5 (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 → ((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) → (𝑧 ∈ Fin → 𝑧𝐴)))
127126impd 412 . . . 4 (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 → (((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑧 ∈ Fin) → 𝑧𝐴))
128127alrimiv 1935 . . 3 (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 → ∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑧 ∈ Fin) → 𝑧𝐴))
129 zfpair2 5366 . . . . . 6 {𝑣, 𝑢} ∈ V
130 sseq1 3942 . . . . . . . . 9 (𝑧 = {𝑣, 𝑢} → (𝑧𝐴 ↔ {𝑣, 𝑢} ⊆ 𝐴))
131 neeq1 2998 . . . . . . . . 9 (𝑧 = {𝑣, 𝑢} → (𝑧 ≠ ∅ ↔ {𝑣, 𝑢} ≠ ∅))
132130, 131anbi12d 639 . . . . . . . 8 (𝑧 = {𝑣, 𝑢} → ((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ↔ ({𝑣, 𝑢} ⊆ 𝐴 ∧ {𝑣, 𝑢} ≠ ∅)))
133 eleq1 2829 . . . . . . . 8 (𝑧 = {𝑣, 𝑢} → (𝑧 ∈ Fin ↔ {𝑣, 𝑢} ∈ Fin))
134132, 133anbi12d 639 . . . . . . 7 (𝑧 = {𝑣, 𝑢} → (((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑧 ∈ Fin) ↔ (({𝑣, 𝑢} ⊆ 𝐴 ∧ {𝑣, 𝑢} ≠ ∅) ∧ {𝑣, 𝑢} ∈ Fin)))
135 inteq 4883 . . . . . . . 8 (𝑧 = {𝑣, 𝑢} → 𝑧 = {𝑣, 𝑢})
136135eleq1d 2826 . . . . . . 7 (𝑧 = {𝑣, 𝑢} → ( 𝑧𝐴 {𝑣, 𝑢} ∈ 𝐴))
137134, 136imbi12d 346 . . . . . 6 (𝑧 = {𝑣, 𝑢} → ((((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑧 ∈ Fin) → 𝑧𝐴) ↔ ((({𝑣, 𝑢} ⊆ 𝐴 ∧ {𝑣, 𝑢} ≠ ∅) ∧ {𝑣, 𝑢} ∈ Fin) → {𝑣, 𝑢} ∈ 𝐴)))
138129, 137spcv 3545 . . . . 5 (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑧 ∈ Fin) → 𝑧𝐴) → ((({𝑣, 𝑢} ⊆ 𝐴 ∧ {𝑣, 𝑢} ≠ ∅) ∧ {𝑣, 𝑢} ∈ Fin) → {𝑣, 𝑢} ∈ 𝐴))
139 vex 3437 . . . . . . 7 𝑣 ∈ V
140 vex 3437 . . . . . . 7 𝑢 ∈ V
141139, 140prss 4754 . . . . . 6 ((𝑣𝐴𝑢𝐴) ↔ {𝑣, 𝑢} ⊆ 𝐴)
142139prnz 4712 . . . . . . 7 {𝑣, 𝑢} ≠ ∅
143142biantru 535 . . . . . 6 ({𝑣, 𝑢} ⊆ 𝐴 ↔ ({𝑣, 𝑢} ⊆ 𝐴 ∧ {𝑣, 𝑢} ≠ ∅))
144 prfi 9228 . . . . . . 7 {𝑣, 𝑢} ∈ Fin
145144biantru 535 . . . . . 6 (({𝑣, 𝑢} ⊆ 𝐴 ∧ {𝑣, 𝑢} ≠ ∅) ↔ (({𝑣, 𝑢} ⊆ 𝐴 ∧ {𝑣, 𝑢} ≠ ∅) ∧ {𝑣, 𝑢} ∈ Fin))
146141, 143, 1453bitrri 300 . . . . 5 ((({𝑣, 𝑢} ⊆ 𝐴 ∧ {𝑣, 𝑢} ≠ ∅) ∧ {𝑣, 𝑢} ∈ Fin) ↔ (𝑣𝐴𝑢𝐴))
147139, 140intpr 4915 . . . . . 6 {𝑣, 𝑢} = (𝑣𝑢)
148147eleq1i 2832 . . . . 5 ( {𝑣, 𝑢} ∈ 𝐴 ↔ (𝑣𝑢) ∈ 𝐴)
149138, 146, 1483imtr3g 297 . . . 4 (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑧 ∈ Fin) → 𝑧𝐴) → ((𝑣𝐴𝑢𝐴) → (𝑣𝑢) ∈ 𝐴))
150149ralrimivv 3182 . . 3 (∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑧 ∈ Fin) → 𝑧𝐴) → ∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴)
151128, 150impbii 211 . 2 (∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴 ↔ ∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑧 ∈ Fin) → 𝑧𝐴))
152 ineq1 4145 . . . 4 (𝑥 = 𝑣 → (𝑥𝑦) = (𝑣𝑦))
153152eleq1d 2826 . . 3 (𝑥 = 𝑣 → ((𝑥𝑦) ∈ 𝐴 ↔ (𝑣𝑦) ∈ 𝐴))
154 ineq2 4146 . . . 4 (𝑦 = 𝑢 → (𝑣𝑦) = (𝑣𝑢))
155154eleq1d 2826 . . 3 (𝑦 = 𝑢 → ((𝑣𝑦) ∈ 𝐴 ↔ (𝑣𝑢) ∈ 𝐴))
156153, 155cbvral2vw 3223 . 2 (∀𝑥𝐴𝑦𝐴 (𝑥𝑦) ∈ 𝐴 ↔ ∀𝑣𝐴𝑢𝐴 (𝑣𝑢) ∈ 𝐴)
157 df-3an 1095 . . . 4 ((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅ ∧ 𝑧 ∈ Fin) ↔ ((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑧 ∈ Fin))
158157imbi1i 351 . . 3 (((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅ ∧ 𝑧 ∈ Fin) → 𝑧𝐴) ↔ (((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑧 ∈ Fin) → 𝑧𝐴))
159158albii 1827 . 2 (∀𝑧((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅ ∧ 𝑧 ∈ Fin) → 𝑧𝐴) ↔ ∀𝑧(((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅) ∧ 𝑧 ∈ Fin) → 𝑧𝐴))
160151, 156, 1593bitr4i 305 1 (∀𝑥𝐴𝑦𝐴 (𝑥𝑦) ∈ 𝐴 ↔ ∀𝑧((𝑧𝐴𝑧 ≠ ∅ ∧ 𝑧 ∈ Fin) → 𝑧𝐴))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 208  wa 397  w3a 1093  wal 1546   = wceq 1548  wex 1787  wcel 2121  wne 2936  wral 3055  wrex 3065  Vcvv 3433  cun 3883  cin 3884  wss 3885  c0 4264  {csn 4558  {cpr 4560   cint 4880   class class class wbr 5075  ccnv 5620  ran crn 5622  cima 5624  suc csuc 6316  Fun wfun 6483   Fn wfn 6484  wf 6485  1-1wf1 6486  ontowfo 6487  1-1-ontowf1o 6488  cfv 6489  ωcom 7810  cen 8884  Fincfn 8887
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1803  ax-4 1817  ax-5 1918  ax-6 1975  ax-7 2016  ax-8 2123  ax-9 2131  ax-10 2154  ax-11 2170  ax-12 2191  ax-ext 2713  ax-sep 5221  ax-nul 5231  ax-pr 5365  ax-un 7682
This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 398  df-or 855  df-3or 1094  df-3an 1095  df-tru 1551  df-fal 1561  df-ex 1788  df-nf 1792  df-sb 2075  df-mo 2545  df-eu 2575  df-clab 2720  df-cleq 2733  df-clel 2816  df-nfc 2890  df-ne 2937  df-ral 3056  df-rex 3066  df-reu 3347  df-rab 3394  df-v 3435  df-sbc 3726  df-dif 3888  df-un 3890  df-in 3892  df-ss 3902  df-pss 3905  df-nul 4265  df-if 4458  df-pw 4534  df-sn 4559  df-pr 4561  df-op 4565  df-uni 4842  df-int 4881  df-br 5076  df-opab 5138  df-tr 5183  df-id 5516  df-eprel 5521  df-po 5529  df-so 5530  df-fr 5574  df-we 5576  df-xp 5627  df-rel 5628  df-cnv 5629  df-co 5630  df-dm 5631  df-rn 5632  df-res 5633  df-ima 5634  df-ord 6317  df-on 6318  df-lim 6319  df-suc 6320  df-iota 6445  df-fun 6491  df-fn 6492  df-f 6493  df-f1 6494  df-fo 6495  df-f1o 6496  df-fv 6497  df-om 7811  df-1o 8399  df-2o 8400  df-en 8888  df-fin 8891
This theorem is referenced by:  dffi2  9330  istop2g  22883  neificl  38135
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