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Theorem finexdc 7201
Description: Decidability of existence, over a finite set and defined by a decidable proposition. (Contributed by Jim Kingdon, 12-Jul-2022.)
Assertion
Ref Expression
finexdc ((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) → DECID𝑥𝐴 𝜑)
Distinct variable group:   𝑥,𝐴
Allowed substitution hint:   𝜑(𝑥)

Proof of Theorem finexdc
Dummy variables 𝑤 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 rexeq 2750 . . 3 (𝑤 = ∅ → (∃𝑥𝑤 𝜑 ↔ ∃𝑥 ∈ ∅ 𝜑))
21dcbid 850 . 2 (𝑤 = ∅ → (DECID𝑥𝑤 𝜑DECID𝑥 ∈ ∅ 𝜑))
3 rexeq 2750 . . 3 (𝑤 = 𝑦 → (∃𝑥𝑤 𝜑 ↔ ∃𝑥𝑦 𝜑))
43dcbid 850 . 2 (𝑤 = 𝑦 → (DECID𝑥𝑤 𝜑DECID𝑥𝑦 𝜑))
5 rexeq 2750 . . 3 (𝑤 = (𝑦 ∪ {𝑧}) → (∃𝑥𝑤 𝜑 ↔ ∃𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑))
65dcbid 850 . 2 (𝑤 = (𝑦 ∪ {𝑧}) → (DECID𝑥𝑤 𝜑DECID𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑))
7 rexeq 2750 . . 3 (𝑤 = 𝐴 → (∃𝑥𝑤 𝜑 ↔ ∃𝑥𝐴 𝜑))
87dcbid 850 . 2 (𝑤 = 𝐴 → (DECID𝑥𝑤 𝜑DECID𝑥𝐴 𝜑))
9 rex0 3539 . . . . 5 ¬ ∃𝑥 ∈ ∅ 𝜑
109olci 744 . . . 4 (∃𝑥 ∈ ∅ 𝜑 ∨ ¬ ∃𝑥 ∈ ∅ 𝜑)
11 df-dc 847 . . . 4 (DECID𝑥 ∈ ∅ 𝜑 ↔ (∃𝑥 ∈ ∅ 𝜑 ∨ ¬ ∃𝑥 ∈ ∅ 𝜑))
1210, 11mpbir 146 . . 3 DECID𝑥 ∈ ∅ 𝜑
1312a1i 9 . 2 ((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) → DECID𝑥 ∈ ∅ 𝜑)
14 simpr 110 . . . . . . . . 9 ((((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) ∧ [𝑧 / 𝑥]𝜑) → [𝑧 / 𝑥]𝜑)
15 sbsbc 3055 . . . . . . . . . 10 ([𝑧 / 𝑥]𝜑[𝑧 / 𝑥]𝜑)
16 rexsns 3747 . . . . . . . . . 10 (∃𝑥 ∈ {𝑧}𝜑[𝑧 / 𝑥]𝜑)
1715, 16bitr4i 187 . . . . . . . . 9 ([𝑧 / 𝑥]𝜑 ↔ ∃𝑥 ∈ {𝑧}𝜑)
1814, 17sylib 122 . . . . . . . 8 ((((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) ∧ [𝑧 / 𝑥]𝜑) → ∃𝑥 ∈ {𝑧}𝜑)
1918olcd 746 . . . . . . 7 ((((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) ∧ [𝑧 / 𝑥]𝜑) → (∃𝑥𝑦 𝜑 ∨ ∃𝑥 ∈ {𝑧}𝜑))
20 rexun 3409 . . . . . . 7 (∃𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑 ↔ (∃𝑥𝑦 𝜑 ∨ ∃𝑥 ∈ {𝑧}𝜑))
2119, 20sylibr 134 . . . . . 6 ((((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) ∧ [𝑧 / 𝑥]𝜑) → ∃𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑)
2221orcd 745 . . . . 5 ((((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) ∧ [𝑧 / 𝑥]𝜑) → (∃𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑 ∨ ¬ ∃𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑))
23 df-dc 847 . . . . 5 (DECID𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑 ↔ (∃𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑 ∨ ¬ ∃𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑))
2422, 23sylibr 134 . . . 4 ((((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) ∧ [𝑧 / 𝑥]𝜑) → DECID𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑)
25 simpr 110 . . . . . . . . 9 (((((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) ∧ ¬ [𝑧 / 𝑥]𝜑) ∧ ∃𝑥𝑦 𝜑) → ∃𝑥𝑦 𝜑)
2625orcd 745 . . . . . . . 8 (((((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) ∧ ¬ [𝑧 / 𝑥]𝜑) ∧ ∃𝑥𝑦 𝜑) → (∃𝑥𝑦 𝜑 ∨ ∃𝑥 ∈ {𝑧}𝜑))
2726, 20sylibr 134 . . . . . . 7 (((((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) ∧ ¬ [𝑧 / 𝑥]𝜑) ∧ ∃𝑥𝑦 𝜑) → ∃𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑)
2827orcd 745 . . . . . 6 (((((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) ∧ ¬ [𝑧 / 𝑥]𝜑) ∧ ∃𝑥𝑦 𝜑) → (∃𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑 ∨ ¬ ∃𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑))
2928, 23sylibr 134 . . . . 5 (((((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) ∧ ¬ [𝑧 / 𝑥]𝜑) ∧ ∃𝑥𝑦 𝜑) → DECID𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑)
30 simpr 110 . . . . . . . . 9 (((((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) ∧ ¬ [𝑧 / 𝑥]𝜑) ∧ ¬ ∃𝑥𝑦 𝜑) → ¬ ∃𝑥𝑦 𝜑)
31 simpr 110 . . . . . . . . . . 11 ((((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) ∧ ¬ [𝑧 / 𝑥]𝜑) → ¬ [𝑧 / 𝑥]𝜑)
3217notbii 678 . . . . . . . . . . 11 (¬ [𝑧 / 𝑥]𝜑 ↔ ¬ ∃𝑥 ∈ {𝑧}𝜑)
3331, 32sylib 122 . . . . . . . . . 10 ((((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) ∧ ¬ [𝑧 / 𝑥]𝜑) → ¬ ∃𝑥 ∈ {𝑧}𝜑)
3433adantr 276 . . . . . . . . 9 (((((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) ∧ ¬ [𝑧 / 𝑥]𝜑) ∧ ¬ ∃𝑥𝑦 𝜑) → ¬ ∃𝑥 ∈ {𝑧}𝜑)
35 ioran 764 . . . . . . . . 9 (¬ (∃𝑥𝑦 𝜑 ∨ ∃𝑥 ∈ {𝑧}𝜑) ↔ (¬ ∃𝑥𝑦 𝜑 ∧ ¬ ∃𝑥 ∈ {𝑧}𝜑))
3630, 34, 35sylanbrc 421 . . . . . . . 8 (((((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) ∧ ¬ [𝑧 / 𝑥]𝜑) ∧ ¬ ∃𝑥𝑦 𝜑) → ¬ (∃𝑥𝑦 𝜑 ∨ ∃𝑥 ∈ {𝑧}𝜑))
3720notbii 678 . . . . . . . 8 (¬ ∃𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑 ↔ ¬ (∃𝑥𝑦 𝜑 ∨ ∃𝑥 ∈ {𝑧}𝜑))
3836, 37sylibr 134 . . . . . . 7 (((((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) ∧ ¬ [𝑧 / 𝑥]𝜑) ∧ ¬ ∃𝑥𝑦 𝜑) → ¬ ∃𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑)
3938olcd 746 . . . . . 6 (((((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) ∧ ¬ [𝑧 / 𝑥]𝜑) ∧ ¬ ∃𝑥𝑦 𝜑) → (∃𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑 ∨ ¬ ∃𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑))
4039, 23sylibr 134 . . . . 5 (((((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) ∧ ¬ [𝑧 / 𝑥]𝜑) ∧ ¬ ∃𝑥𝑦 𝜑) → DECID𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑)
41 exmiddc 848 . . . . . 6 (DECID𝑥𝑦 𝜑 → (∃𝑥𝑦 𝜑 ∨ ¬ ∃𝑥𝑦 𝜑))
4241ad2antlr 493 . . . . 5 ((((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) ∧ ¬ [𝑧 / 𝑥]𝜑) → (∃𝑥𝑦 𝜑 ∨ ¬ ∃𝑥𝑦 𝜑))
4329, 40, 42mpjaodan 810 . . . 4 ((((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) ∧ ¬ [𝑧 / 𝑥]𝜑) → DECID𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑)
44 simplrr 542 . . . . . . 7 (((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) → 𝑧 ∈ (𝐴𝑦))
4544eldifad 3231 . . . . . 6 (((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) → 𝑧𝐴)
46 simp-4r 548 . . . . . 6 (((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) → ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑)
47 nfs1v 1999 . . . . . . . 8 𝑥[𝑧 / 𝑥]𝜑
4847nfdc 1711 . . . . . . 7 𝑥DECID [𝑧 / 𝑥]𝜑
49 sbequ12 1824 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑧 → (𝜑 ↔ [𝑧 / 𝑥]𝜑))
5049dcbid 850 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝑧 → (DECID 𝜑DECID [𝑧 / 𝑥]𝜑))
5148, 50rspc 2923 . . . . . 6 (𝑧𝐴 → (∀𝑥𝐴 DECID 𝜑DECID [𝑧 / 𝑥]𝜑))
5245, 46, 51sylc 62 . . . . 5 (((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) → DECID [𝑧 / 𝑥]𝜑)
53 exmiddc 848 . . . . 5 (DECID [𝑧 / 𝑥]𝜑 → ([𝑧 / 𝑥]𝜑 ∨ ¬ [𝑧 / 𝑥]𝜑))
5452, 53syl 14 . . . 4 (((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) → ([𝑧 / 𝑥]𝜑 ∨ ¬ [𝑧 / 𝑥]𝜑))
5524, 43, 54mpjaodan 810 . . 3 (((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) ∧ DECID𝑥𝑦 𝜑) → DECID𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑)
5655ex 115 . 2 ((((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) ∧ 𝑦 ∈ Fin) ∧ (𝑦𝐴𝑧 ∈ (𝐴𝑦))) → (DECID𝑥𝑦 𝜑DECID𝑥 ∈ (𝑦 ∪ {𝑧})𝜑))
57 simpl 109 . 2 ((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) → 𝐴 ∈ Fin)
582, 4, 6, 8, 13, 56, 57findcard2sd 7190 1 ((𝐴 ∈ Fin ∧ ∀𝑥𝐴 DECID 𝜑) → DECID𝑥𝐴 𝜑)
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wa 104  wo 720  DECID wdc 846   = wceq 1402  [wsb 1815  wcel 2209  wral 2528  wrex 2529  [wsbc 3051  cdif 3217  cun 3218  wss 3220  c0 3520  {csn 3708  Fincfn 7016
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-in1 623  ax-in2 624  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-nul 4257  ax-pow 4309  ax-pr 4344  ax-un 4576  ax-setind 4682  ax-iinf 4733
This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 847  df-3or 1010  df-3an 1011  df-tru 1405  df-fal 1408  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-ne 2421  df-ral 2533  df-rex 2534  df-reu 2535  df-rab 2537  df-v 2823  df-sbc 3052  df-csb 3148  df-dif 3222  df-un 3224  df-in 3226  df-ss 3233  df-nul 3521  df-if 3639  df-pw 3690  df-sn 3714  df-pr 3715  df-op 3717  df-uni 3934  df-int 3969  df-iun 4012  df-br 4129  df-opab 4191  df-mpt 4192  df-tr 4228  df-id 4436  df-iord 4509  df-on 4511  df-suc 4514  df-iom 4736  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  df-er 6801  df-en 7017  df-fin 7019
This theorem is referenced by:  dfrex2fin  7202  nninfwlpoimlemg  7509  nninfwlpoimlemginf  7510  4sqleminfi  13159
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