Theorem 2arymaptfo 48388

Description: The mapping of binary (endo)functions is a function onto the set of binary operations. (Contributed by AV, 23-May-2024.)

Hypothesis

Ref	Expression
2arymaptf.h	⊢ 𝐻 = (ℎ ∈ (2-aryF 𝑋) ↦ (𝑥 ∈ 𝑋, 𝑦 ∈ 𝑋 ↦ (ℎ‘{⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩})))

Assertion

Ref	Expression
2arymaptfo	⊢ (𝑋 ∈ 𝑉 → 𝐻:(2-aryF 𝑋)–onto→(𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋)))

Distinct variable groups:   𝑥,ℎ,𝑦,𝑋   ℎ,𝑉,𝑥,𝑦

Allowed substitution hints:   𝐻(𝑥,𝑦,ℎ)

Proof of Theorem 2arymaptfo

Dummy variables 𝑓 𝑔 𝑎 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		2arymaptf.h	. . 3 ⊢ 𝐻 = (ℎ ∈ (2-aryF 𝑋) ↦ (𝑥 ∈ 𝑋, 𝑦 ∈ 𝑋 ↦ (ℎ‘{⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩})))
2	1	2arymaptf 48386	. 2 ⊢ (𝑋 ∈ 𝑉 → 𝐻:(2-aryF 𝑋)⟶(𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋)))
3		elmapi 8907	. . . . 5 ⊢ (𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋)) → 𝑓:(𝑋 × 𝑋)⟶𝑋)
4		eqid 2740	. . . . . 6 ⊢ (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))) = (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))
5	4	2arympt 48383	. . . . 5 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓:(𝑋 × 𝑋)⟶𝑋) → (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))) ∈ (2-aryF 𝑋))
6	3, 5	sylan2 592	. . . 4 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))) → (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))) ∈ (2-aryF 𝑋))
7		fveq2 6920	. . . . . 6 ⊢ (𝑔 = (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))) → (𝐻‘𝑔) = (𝐻‘(𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))))
8	7	eqeq2d 2751	. . . . 5 ⊢ (𝑔 = (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))) → (𝑓 = (𝐻‘𝑔) ↔ 𝑓 = (𝐻‘(𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))))))
9	8	adantl 481	. . . 4 ⊢ (((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))) ∧ 𝑔 = (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))) → (𝑓 = (𝐻‘𝑔) ↔ 𝑓 = (𝐻‘(𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))))))
10		elmapfn 8923	. . . . . . 7 ⊢ (𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋)) → 𝑓 Fn (𝑋 × 𝑋))
11	10	adantl 481	. . . . . 6 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))) → 𝑓 Fn (𝑋 × 𝑋))
12		fnov 7581	. . . . . 6 ⊢ (𝑓 Fn (𝑋 × 𝑋) ↔ 𝑓 = (𝑥 ∈ 𝑋, 𝑦 ∈ 𝑋 ↦ (𝑥𝑓𝑦)))
13	11, 12	sylib 218	. . . . 5 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))) → 𝑓 = (𝑥 ∈ 𝑋, 𝑦 ∈ 𝑋 ↦ (𝑥𝑓𝑦)))
14		simp1r 1198	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))) ∧ ℎ = (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → ℎ = (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))))
15		fveq1 6919	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑎 = {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} → (𝑎‘0) = ({⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}‘0))
16		0ne1 12364	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 0 ≠ 1
17		c0ex 11284	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 0 ∈ V
18		vex 3492	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 𝑥 ∈ V
19	17, 18	fvpr1 7227	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (0 ≠ 1 → ({⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}‘0) = 𝑥)
20	16, 19	ax-mp 5	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ({⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}‘0) = 𝑥
21	15, 20	eqtrdi 2796	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑎 = {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} → (𝑎‘0) = 𝑥)
22		fveq1 6919	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑎 = {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} → (𝑎‘1) = ({⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}‘1))
23		1ex 11286	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 1 ∈ V
24		vex 3492	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 𝑦 ∈ V
25	23, 24	fvpr2 7229	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (0 ≠ 1 → ({⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}‘1) = 𝑦)
26	16, 25	ax-mp 5	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ({⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}‘1) = 𝑦
27	22, 26	eqtrdi 2796	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑎 = {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} → (𝑎‘1) = 𝑦)
28	21, 27	oveq12d 7466	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑎 = {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} → ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)) = (𝑥𝑓𝑦))
29	28	adantl 481	. . . . . . . 8 ⊢ (((((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))) ∧ ℎ = (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) ∧ 𝑎 = {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}) → ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)) = (𝑥𝑓𝑦))
30	17, 23	pm3.2i 470	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (0 ∈ V ∧ 1 ∈ V)
31		fprg 7189	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((0 ∈ V ∧ 1 ∈ V) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) ∧ 0 ≠ 1) → {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}:{0, 1}⟶{𝑥, 𝑦})
32	30, 16, 31	mp3an13 1452	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}:{0, 1}⟶{𝑥, 𝑦})
33	32	3adant1 1130	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}:{0, 1}⟶{𝑥, 𝑦})
34		prssi 4846	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → {𝑥, 𝑦} ⊆ 𝑋)
35	34	3adant1 1130	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → {𝑥, 𝑦} ⊆ 𝑋)
36	33, 35	fssd 6764	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}:{0, 1}⟶𝑋)
37		simp1 1136	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → 𝑋 ∈ 𝑉)
38		prex 5452	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ {0, 1} ∈ V
39	38	a1i 11	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → {0, 1} ∈ V)
40	37, 39	elmapd 8898	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → ({⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↔ {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}:{0, 1}⟶𝑋))
41	36, 40	mpbird 257	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}))
42	41	3adant1r 1177	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}))
43	42	3adant1r 1177	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))) ∧ ℎ = (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}))
44		ovexd 7483	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))) ∧ ℎ = (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → (𝑥𝑓𝑦) ∈ V)
45		nfv 1913	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑎(𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋)))
46		nfmpt1 5274	. . . . . . . . . . 11 ⊢ Ⅎ𝑎(𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))
47	46	nfeq2 2926	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑎 ℎ = (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))
48	45, 47	nfan 1898	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑎((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))) ∧ ℎ = (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))))
49		nfv 1913	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑎 𝑥 ∈ 𝑋
50		nfv 1913	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑎 𝑦 ∈ 𝑋
51	48, 49, 50	nf3an 1900	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑎(((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))) ∧ ℎ = (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋)
52		nfcv 2908	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑎{⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}
53		nfcv 2908	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑎(𝑥𝑓𝑦)
54	14, 29, 43, 44, 51, 52, 53	fvmptdf 7035	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))) ∧ ℎ = (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → (ℎ‘{⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}) = (𝑥𝑓𝑦))
55	54	mpoeq3dva 7527	. . . . . 6 ⊢ (((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))) ∧ ℎ = (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))) → (𝑥 ∈ 𝑋, 𝑦 ∈ 𝑋 ↦ (ℎ‘{⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩})) = (𝑥 ∈ 𝑋, 𝑦 ∈ 𝑋 ↦ (𝑥𝑓𝑦)))
56		mpoexga 8118	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑋 ∈ 𝑉) → (𝑥 ∈ 𝑋, 𝑦 ∈ 𝑋 ↦ (𝑥𝑓𝑦)) ∈ V)
57	56	anidms 566	. . . . . . 7 ⊢ (𝑋 ∈ 𝑉 → (𝑥 ∈ 𝑋, 𝑦 ∈ 𝑋 ↦ (𝑥𝑓𝑦)) ∈ V)
58	57	adantr 480	. . . . . 6 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))) → (𝑥 ∈ 𝑋, 𝑦 ∈ 𝑋 ↦ (𝑥𝑓𝑦)) ∈ V)
59	1, 55, 6, 58	fvmptd2 7037	. . . . 5 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))) → (𝐻‘(𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))) = (𝑥 ∈ 𝑋, 𝑦 ∈ 𝑋 ↦ (𝑥𝑓𝑦)))
60	13, 59	eqtr4d 2783	. . . 4 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))) → 𝑓 = (𝐻‘(𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))))
61	6, 9, 60	rspcedvd 3637	. . 3 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))) → ∃𝑔 ∈ (2-aryF 𝑋)𝑓 = (𝐻‘𝑔))
62	61	ralrimiva 3152	. 2 ⊢ (𝑋 ∈ 𝑉 → ∀𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))∃𝑔 ∈ (2-aryF 𝑋)𝑓 = (𝐻‘𝑔))
63		dffo3 7136	. 2 ⊢ (𝐻:(2-aryF 𝑋)–onto→(𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋)) ↔ (𝐻:(2-aryF 𝑋)⟶(𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋)) ∧ ∀𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))∃𝑔 ∈ (2-aryF 𝑋)𝑓 = (𝐻‘𝑔)))
64	2, 62, 63	sylanbrc 582	1 ⊢ (𝑋 ∈ 𝑉 → 𝐻:(2-aryF 𝑋)–onto→(𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋)))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   ∧ w3a 1087   = wceq 1537   ∈ wcel 2108   ≠ wne 2946  ∀wral 3067  ∃wrex 3076  Vcvv 3488   ⊆ wss 3976  {cpr 4650  ⟨cop 4654   ↦ cmpt 5249   × cxp 5698   Fn wfn 6568  ⟶wf 6569  –onto→wfo 6571  ‘cfv 6573  (class class class)co 7448   ∈ cmpo 7450   ↑_m cmap 8884  0cc0 11184  1c1 11185  2c2 12348  -aryF cnaryf 48360

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1793  ax-4 1807  ax-5 1909  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2711  ax-rep 5303  ax-sep 5317  ax-nul 5324  ax-pow 5383  ax-pr 5447  ax-un 7770  ax-cnex 11240  ax-resscn 11241  ax-1cn 11242  ax-icn 11243  ax-addcl 11244  ax-addrcl 11245  ax-mulcl 11246  ax-mulrcl 11247  ax-mulcom 11248  ax-addass 11249  ax-mulass 11250  ax-distr 11251  ax-i2m1 11252  ax-1ne0 11253  ax-1rid 11254  ax-rnegex 11255  ax-rrecex 11256  ax-cnre 11257  ax-pre-lttri 11258  ax-pre-lttrn 11259  ax-pre-ltadd 11260  ax-pre-mulgt0 11261

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 847  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1778  df-nf 1782  df-sb 2065  df-mo 2543  df-eu 2572  df-clab 2718  df-cleq 2732  df-clel 2819  df-nfc 2895  df-ne 2947  df-nel 3053  df-ral 3068  df-rex 3077  df-reu 3389  df-rab 3444  df-v 3490  df-sbc 3805  df-csb 3922  df-dif 3979  df-un 3981  df-in 3983  df-ss 3993  df-pss 3996  df-nul 4353  df-if 4549  df-pw 4624  df-sn 4649  df-pr 4651  df-op 4655  df-uni 4932  df-iun 5017  df-br 5167  df-opab 5229  df-mpt 5250  df-tr 5284  df-id 5593  df-eprel 5599  df-po 5607  df-so 5608  df-fr 5652  df-we 5654  df-xp 5706  df-rel 5707  df-cnv 5708  df-co 5709  df-dm 5710  df-rn 5711  df-res 5712  df-ima 5713  df-pred 6332  df-ord 6398  df-on 6399  df-lim 6400  df-suc 6401  df-iota 6525  df-fun 6575  df-fn 6576  df-f 6577  df-f1 6578  df-fo 6579  df-f1o 6580  df-fv 6581  df-riota 7404  df-ov 7451  df-oprab 7452  df-mpo 7453  df-om 7904  df-1st 8030  df-2nd 8031  df-frecs 8322  df-wrecs 8353  df-recs 8427  df-rdg 8466  df-er 8763  df-map 8886  df-en 9004  df-dom 9005  df-sdom 9006  df-pnf 11326  df-mnf 11327  df-xr 11328  df-ltxr 11329  df-le 11330  df-sub 11522  df-neg 11523  df-nn 12294  df-2 12356  df-n0 12554  df-z 12640  df-uz 12904  df-fz 13568  df-fzo 13712  df-naryf 48361

This theorem is referenced by:  2arymaptf1o  48389