Theorem uchoice 6365

Description: Principle of unique choice. This is also called non-choice. The name choice results in its similarity to something like acfun 7557 (with the key difference being the change of E. to E!) but unique choice in fact follows from the axiom of collection and our other axioms. This is somewhat similar to Corollary 3.9.2 of [HoTT], p. (varies) but is better described by the paragraph at the end of Section 3.9 which starts "A similar issue arises in set-theoretic mathematics". (Contributed by Jim Kingdon, 13-Sep-2025.)

Assertion

Ref	Expression
uchoice	|- ( ( A e. V /\ A. x e. A E! y ph ) -> E. f ( f Fn A /\ A. x e. A [. ( f ` x ) / y ]. ph ) )

Distinct variable groups:   A, f, x, y   ph, f

Allowed substitution hints:   ph( x, y)   V( x, y, f)

Proof of Theorem uchoice

Dummy variables u v are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eqid 2238	. . . . . . . . 9 |- { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } = { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) }
2	1	fnopabg 5505	. . . . . . . 8 |- ( A. x e. A E! y ph <-> { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } Fn A )
3	2	biimpi 120	. . . . . . 7 |- ( A. x e. A E! y ph -> { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } Fn A )
4	3	adantl 277	. . . . . 6 |- ( ( A e. V /\ A. x e. A E! y ph ) -> { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } Fn A )
5		simpl 109	. . . . . 6 |- ( ( A e. V /\ A. x e. A E! y ph ) -> A e. V )
6		fnex 5931	. . . . . 6 |- ( ( { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } Fn A /\ A e. V ) -> { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } e. _V )
7	4, 5, 6	syl2anc 415	. . . . 5 |- ( ( A e. V /\ A. x e. A E! y ph ) -> { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } e. _V )
8		fnopfvb 5739	. . . . . . . . . 10 |- ( ( { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } Fn A /\ u e. A ) -> ( ( { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } ` u ) = v <-> <. u , v >. e. { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } ) )
9		nfv 1581	. . . . . . . . . . . 12 |- F/ x u e. A
10		nfsbc1v 3070	. . . . . . . . . . . 12 |- F/ x [. u / x ]. ph
11	9, 10	nfan 1618	. . . . . . . . . . 11 |- F/ x ( u e. A /\ [. u / x ]. ph )
12		nfv 1581	. . . . . . . . . . . 12 |- F/ y u e. A
13		nfsbc1v 3070	. . . . . . . . . . . 12 |- F/ y [. v / y ]. [. u / x ]. ph
14	12, 13	nfan 1618	. . . . . . . . . . 11 |- F/ y ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph )
15		vex 2824	. . . . . . . . . . 11 |- u e. _V
16		vex 2824	. . . . . . . . . . 11 |- v e. _V
17		eleq1w 2299	. . . . . . . . . . . 12 |- ( x = u -> ( x e. A <-> u e. A ) )
18		sbceq1a 3061	. . . . . . . . . . . 12 |- ( x = u -> ( ph <-> [. u / x ]. ph ) )
19	17, 18	anbi12d 477	. . . . . . . . . . 11 |- ( x = u -> ( ( x e. A /\ ph ) <-> ( u e. A /\ [. u / x ]. ph ) ) )
20		sbceq1a 3061	. . . . . . . . . . . 12 |- ( y = v -> ( [. u / x ]. ph <-> [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) )
21	20	anbi2d 468	. . . . . . . . . . 11 |- ( y = v -> ( ( u e. A /\ [. u / x ]. ph ) <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) )
22	11, 14, 15, 16, 19, 21	opelopabf 4415	. . . . . . . . . 10 |- ( <. u , v >. e. { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) )
23	8, 22	bitrdi 196	. . . . . . . . 9 |- ( ( { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } Fn A /\ u e. A ) -> ( ( { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) )
24	23	ralrimiva 2623	. . . . . . . 8 |- ( { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } Fn A -> A. u e. A ( ( { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) )
25	24	alrimiv 1927	. . . . . . 7 |- ( { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } Fn A -> A. v A. u e. A ( ( { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) )
26	25	ancli 323	. . . . . 6 |- ( { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } Fn A -> ( { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } Fn A /\ A. v A. u e. A ( ( { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) ) )
27	4, 26	syl 14	. . . . 5 |- ( ( A e. V /\ A. x e. A E! y ph ) -> ( { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } Fn A /\ A. v A. u e. A ( ( { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) ) )
28		fneq1 5467	. . . . . 6 |- ( f = { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } -> ( f Fn A <-> { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } Fn A ) )
29		fveq1 5692	. . . . . . . . . 10 |- ( f = { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } -> ( f ` u ) = ( { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } ` u ) )
30	29	eqeq1d 2247	. . . . . . . . 9 |- ( f = { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } -> ( ( f ` u ) = v <-> ( { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } ` u ) = v ) )
31	30	bibi1d 233	. . . . . . . 8 |- ( f = { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } -> ( ( ( f ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) <-> ( ( { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) ) )
32	31	ralbidv 2550	. . . . . . 7 |- ( f = { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } -> ( A. u e. A ( ( f ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) <-> A. u e. A ( ( { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) ) )
33	32	albidv 1877	. . . . . 6 |- ( f = { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } -> ( A. v A. u e. A ( ( f ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) <-> A. v A. u e. A ( ( { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) ) )
34	28, 33	anbi12d 477	. . . . 5 |- ( f = { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } -> ( ( f Fn A /\ A. v A. u e. A ( ( f ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) ) <-> ( { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } Fn A /\ A. v A. u e. A ( ( { <. x , y >. | ( x e. A /\ ph ) } ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) ) ) )
35	7, 27, 34	elabd 2971	. . . 4 |- ( ( A e. V /\ A. x e. A E! y ph ) -> E. f ( f Fn A /\ A. v A. u e. A ( ( f ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) ) )
36		ralcom4 2844	. . . . . 6 |- ( A. u e. A A. v ( ( f ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) <-> A. v A. u e. A ( ( f ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) )
37	36	anbi2i 461	. . . . 5 |- ( ( f Fn A /\ A. u e. A A. v ( ( f ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) ) <-> ( f Fn A /\ A. v A. u e. A ( ( f ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) ) )
38	37	exbii 1658	. . . 4 |- ( E. f ( f Fn A /\ A. u e. A A. v ( ( f ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) ) <-> E. f ( f Fn A /\ A. v A. u e. A ( ( f ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) ) )
39	35, 38	sylibr 134	. . 3 |- ( ( A e. V /\ A. x e. A E! y ph ) -> E. f ( f Fn A /\ A. u e. A A. v ( ( f ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) ) )
40		nfv 1581	. . . . . . . 8 |- F/ x ( f ` u ) = v
41		nfcv 2392	. . . . . . . . . 10 |- F/_ x v
42	41, 10	nfsbc 3072	. . . . . . . . 9 |- F/ x [. v / y ]. [. u / x ]. ph
43	9, 42	nfan 1618	. . . . . . . 8 |- F/ x ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph )
44	40, 43	nfbi 1642	. . . . . . 7 |- F/ x ( ( f ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) )
45	44	nfal 1629	. . . . . 6 |- F/ x A. v ( ( f ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) )
46		nfv 1581	. . . . . 6 |- F/ u A. v ( ( f ` x ) = v <-> ( x e. A /\ [. v / y ]. ph ) )
47		fveqeq2 5702	. . . . . . . 8 |- ( u = x -> ( ( f ` u ) = v <-> ( f ` x ) = v ) )
48		eleq1w 2299	. . . . . . . . 9 |- ( u = x -> ( u e. A <-> x e. A ) )
49		sbceq2a 3062	. . . . . . . . . 10 |- ( u = x -> ( [. u / x ]. ph <-> ph ) )
50	49	sbcbidv 3110	. . . . . . . . 9 |- ( u = x -> ( [. v / y ]. [. u / x ]. ph <-> [. v / y ]. ph ) )
51	48, 50	anbi12d 477	. . . . . . . 8 |- ( u = x -> ( ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) <-> ( x e. A /\ [. v / y ]. ph ) ) )
52	47, 51	bibi12d 235	. . . . . . 7 |- ( u = x -> ( ( ( f ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) <-> ( ( f ` x ) = v <-> ( x e. A /\ [. v / y ]. ph ) ) ) )
53	52	albidv 1877	. . . . . 6 |- ( u = x -> ( A. v ( ( f ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) <-> A. v ( ( f ` x ) = v <-> ( x e. A /\ [. v / y ]. ph ) ) ) )
54	45, 46, 53	cbvral 2782	. . . . 5 |- ( A. u e. A A. v ( ( f ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) <-> A. x e. A A. v ( ( f ` x ) = v <-> ( x e. A /\ [. v / y ]. ph ) ) )
55	54	anbi2i 461	. . . 4 |- ( ( f Fn A /\ A. u e. A A. v ( ( f ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) ) <-> ( f Fn A /\ A. x e. A A. v ( ( f ` x ) = v <-> ( x e. A /\ [. v / y ]. ph ) ) ) )
56	55	exbii 1658	. . 3 |- ( E. f ( f Fn A /\ A. u e. A A. v ( ( f ` u ) = v <-> ( u e. A /\ [. v / y ]. [. u / x ]. ph ) ) ) <-> E. f ( f Fn A /\ A. x e. A A. v ( ( f ` x ) = v <-> ( x e. A /\ [. v / y ]. ph ) ) ) )
57	39, 56	sylib 122	. 2 |- ( ( A e. V /\ A. x e. A E! y ph ) -> E. f ( f Fn A /\ A. x e. A A. v ( ( f ` x ) = v <-> ( x e. A /\ [. v / y ]. ph ) ) ) )
58		eqidd 2239	. . . . . . 7 |- ( A. v ( ( f ` x ) = v <-> ( x e. A /\ [. v / y ]. ph ) ) -> ( f ` x ) = ( f ` x ) )
59		vex 2824	. . . . . . . . 9 |- f e. _V
60		vex 2824	. . . . . . . . 9 |- x e. _V
61	59, 60	fvex 5713	. . . . . . . 8 |- ( f ` x ) e. _V
62		eqeq2 2248	. . . . . . . . 9 |- ( v = ( f ` x ) -> ( ( f ` x ) = v <-> ( f ` x ) = ( f ` x ) ) )
63		dfsbcq 3053	. . . . . . . . . 10 |- ( v = ( f ` x ) -> ( [. v / y ]. ph <-> [. ( f ` x ) / y ]. ph ) )
64	63	anbi2d 468	. . . . . . . . 9 |- ( v = ( f ` x ) -> ( ( x e. A /\ [. v / y ]. ph ) <-> ( x e. A /\ [. ( f ` x ) / y ]. ph ) ) )
65	62, 64	bibi12d 235	. . . . . . . 8 |- ( v = ( f ` x ) -> ( ( ( f ` x ) = v <-> ( x e. A /\ [. v / y ]. ph ) ) <-> ( ( f ` x ) = ( f ` x ) <-> ( x e. A /\ [. ( f ` x ) / y ]. ph ) ) ) )
66	61, 65	spcv 2919	. . . . . . 7 |- ( A. v ( ( f ` x ) = v <-> ( x e. A /\ [. v / y ]. ph ) ) -> ( ( f ` x ) = ( f ` x ) <-> ( x e. A /\ [. ( f ` x ) / y ]. ph ) ) )
67	58, 66	mpbid 147	. . . . . 6 |- ( A. v ( ( f ` x ) = v <-> ( x e. A /\ [. v / y ]. ph ) ) -> ( x e. A /\ [. ( f ` x ) / y ]. ph ) )
68	67	simprd 114	. . . . 5 |- ( A. v ( ( f ` x ) = v <-> ( x e. A /\ [. v / y ]. ph ) ) -> [. ( f ` x ) / y ]. ph )
69	68	ralimi 2613	. . . 4 |- ( A. x e. A A. v ( ( f ` x ) = v <-> ( x e. A /\ [. v / y ]. ph ) ) -> A. x e. A [. ( f ` x ) / y ]. ph )
70	69	anim2i 342	. . 3 |- ( ( f Fn A /\ A. x e. A A. v ( ( f ` x ) = v <-> ( x e. A /\ [. v / y ]. ph ) ) ) -> ( f Fn A /\ A. x e. A [. ( f ` x ) / y ]. ph ) )
71	70	eximi 1653	. 2 |- ( E. f ( f Fn A /\ A. x e. A A. v ( ( f ` x ) = v <-> ( x e. A /\ [. v / y ]. ph ) ) ) -> E. f ( f Fn A /\ A. x e. A [. ( f ` x ) / y ]. ph ) )
72	57, 71	syl 14	1 |- ( ( A e. V /\ A. x e. A E! y ph ) -> E. f ( f Fn A /\ A. x e. A [. ( f ` x ) / y ]. ph ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   <-> wb 105   A.wal 1400   = wceq 1402   E.wex 1545   E!weu 2086   e. wcel 2209   A.wral 2528   _Vcvv 2821   [.wsbc 3051   <.cop 3711   {copab 4189   Fn wfn 5370   ` cfv 5375

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-io 721  ax-5 1500  ax-7 1501  ax-gen 1502  ax-ie1 1546  ax-ie2 1547  ax-8 1557  ax-10 1558  ax-11 1559  ax-i12 1560  ax-bndl 1562  ax-4 1563  ax-17 1579  ax-i9 1583  ax-ial 1587  ax-i5r 1588  ax-14 2212  ax-ext 2220  ax-coll 4244  ax-sep 4247  ax-pow 4309  ax-pr 4344  ax-un 4576

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3an 1011  df-tru 1405  df-nf 1514  df-sb 1816  df-eu 2089  df-mo 2090  df-clab 2225  df-cleq 2231  df-clel 2234  df-nfc 2381  df-ral 2533  df-rex 2534  df-reu 2535  df-rab 2537  df-v 2823  df-sbc 3052  df-csb 3148  df-un 3224  df-in 3226  df-ss 3233  df-pw 3690  df-sn 3714  df-pr 3715  df-op 3717  df-uni 3934  df-iun 4012  df-br 4129  df-opab 4191  df-mpt 4192  df-id 4436  df-xp 4778  df-rel 4779  df-cnv 4780  df-co 4781  df-dm 4782  df-rn 4783  df-res 4784  df-ima 4785  df-iota 5335  df-fun 5377  df-fn 5378  df-f 5379  df-f1 5380  df-fo 5381  df-f1o 5382  df-fv 5383

This theorem is referenced by: (None)