Mathbox for Alexander van der Vekens < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  2arymaptfo Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem 2arymaptfo 45065
 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 = ( ∈ (2-aryF 𝑋) ↦ (𝑥𝑋, 𝑦𝑋 ↦ (‘{⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩})))
Assertion
Ref Expression
2arymaptfo (𝑋𝑉𝐻:(2-aryF 𝑋)–onto→(𝑋m (𝑋 × 𝑋)))
Distinct variable groups:   𝑥,,𝑦,𝑋   ,𝑉,𝑥,𝑦
Allowed substitution hints:   𝐻(𝑥,𝑦,)

Proof of Theorem 2arymaptfo
Dummy variables 𝑓 𝑔 𝑎 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 2arymaptf.h . . 3 𝐻 = ( ∈ (2-aryF 𝑋) ↦ (𝑥𝑋, 𝑦𝑋 ↦ (‘{⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩})))
212arymaptf 45063 . 2 (𝑋𝑉𝐻:(2-aryF 𝑋)⟶(𝑋m (𝑋 × 𝑋)))
3 elmapi 8415 . . . . 5 (𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋)) → 𝑓:(𝑋 × 𝑋)⟶𝑋)
4 eqid 2801 . . . . . 6 (𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))) = (𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))
542arympt 45060 . . . . 5 ((𝑋𝑉𝑓:(𝑋 × 𝑋)⟶𝑋) → (𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))) ∈ (2-aryF 𝑋))
63, 5sylan2 595 . . . 4 ((𝑋𝑉𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋))) → (𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))) ∈ (2-aryF 𝑋))
7 fveq2 6649 . . . . . 6 (𝑔 = (𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))) → (𝐻𝑔) = (𝐻‘(𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))))
87eqeq2d 2812 . . . . 5 (𝑔 = (𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))) → (𝑓 = (𝐻𝑔) ↔ 𝑓 = (𝐻‘(𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))))))
98adantl 485 . . . 4 (((𝑋𝑉𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋))) ∧ 𝑔 = (𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))) → (𝑓 = (𝐻𝑔) ↔ 𝑓 = (𝐻‘(𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))))))
10 elmapfn 8416 . . . . . . 7 (𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋)) → 𝑓 Fn (𝑋 × 𝑋))
1110adantl 485 . . . . . 6 ((𝑋𝑉𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋))) → 𝑓 Fn (𝑋 × 𝑋))
12 fnov 7265 . . . . . 6 (𝑓 Fn (𝑋 × 𝑋) ↔ 𝑓 = (𝑥𝑋, 𝑦𝑋 ↦ (𝑥𝑓𝑦)))
1311, 12sylib 221 . . . . 5 ((𝑋𝑉𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋))) → 𝑓 = (𝑥𝑋, 𝑦𝑋 ↦ (𝑥𝑓𝑦)))
14 simp1r 1195 . . . . . . . 8 ((((𝑋𝑉𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋))) ∧ = (𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))) ∧ 𝑥𝑋𝑦𝑋) → = (𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))))
15 fveq1 6648 . . . . . . . . . . 11 (𝑎 = {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} → (𝑎‘0) = ({⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}‘0))
16 0ne1 11700 . . . . . . . . . . . 12 0 ≠ 1
17 c0ex 10628 . . . . . . . . . . . . 13 0 ∈ V
18 vex 3447 . . . . . . . . . . . . 13 𝑥 ∈ V
1917, 18fvpr1 6933 . . . . . . . . . . . 12 (0 ≠ 1 → ({⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}‘0) = 𝑥)
2016, 19ax-mp 5 . . . . . . . . . . 11 ({⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}‘0) = 𝑥
2115, 20eqtrdi 2852 . . . . . . . . . 10 (𝑎 = {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} → (𝑎‘0) = 𝑥)
22 fveq1 6648 . . . . . . . . . . 11 (𝑎 = {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} → (𝑎‘1) = ({⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}‘1))
23 1ex 10630 . . . . . . . . . . . . 13 1 ∈ V
24 vex 3447 . . . . . . . . . . . . 13 𝑦 ∈ V
2523, 24fvpr2 6934 . . . . . . . . . . . 12 (0 ≠ 1 → ({⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}‘1) = 𝑦)
2616, 25ax-mp 5 . . . . . . . . . . 11 ({⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}‘1) = 𝑦
2722, 26eqtrdi 2852 . . . . . . . . . 10 (𝑎 = {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} → (𝑎‘1) = 𝑦)
2821, 27oveq12d 7157 . . . . . . . . 9 (𝑎 = {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} → ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)) = (𝑥𝑓𝑦))
2928adantl 485 . . . . . . . 8 (((((𝑋𝑉𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋))) ∧ = (𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))) ∧ 𝑥𝑋𝑦𝑋) ∧ 𝑎 = {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}) → ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)) = (𝑥𝑓𝑦))
3017, 23pm3.2i 474 . . . . . . . . . . . . . 14 (0 ∈ V ∧ 1 ∈ V)
31 fprg 6898 . . . . . . . . . . . . . 14 (((0 ∈ V ∧ 1 ∈ V) ∧ (𝑥𝑋𝑦𝑋) ∧ 0 ≠ 1) → {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}:{0, 1}⟶{𝑥, 𝑦})
3230, 16, 31mp3an13 1449 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥𝑋𝑦𝑋) → {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}:{0, 1}⟶{𝑥, 𝑦})
33323adant1 1127 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑋𝑉𝑥𝑋𝑦𝑋) → {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}:{0, 1}⟶{𝑥, 𝑦})
34 prssi 4717 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥𝑋𝑦𝑋) → {𝑥, 𝑦} ⊆ 𝑋)
35343adant1 1127 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑋𝑉𝑥𝑋𝑦𝑋) → {𝑥, 𝑦} ⊆ 𝑋)
3633, 35fssd 6506 . . . . . . . . . . 11 ((𝑋𝑉𝑥𝑋𝑦𝑋) → {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}:{0, 1}⟶𝑋)
37 simp1 1133 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑋𝑉𝑥𝑋𝑦𝑋) → 𝑋𝑉)
38 prex 5301 . . . . . . . . . . . . 13 {0, 1} ∈ V
3938a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑋𝑉𝑥𝑋𝑦𝑋) → {0, 1} ∈ V)
4037, 39elmapd 8407 . . . . . . . . . . 11 ((𝑋𝑉𝑥𝑋𝑦𝑋) → ({⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} ∈ (𝑋m {0, 1}) ↔ {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}:{0, 1}⟶𝑋))
4136, 40mpbird 260 . . . . . . . . . 10 ((𝑋𝑉𝑥𝑋𝑦𝑋) → {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} ∈ (𝑋m {0, 1}))
42413adant1r 1174 . . . . . . . . 9 (((𝑋𝑉𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋))) ∧ 𝑥𝑋𝑦𝑋) → {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} ∈ (𝑋m {0, 1}))
43423adant1r 1174 . . . . . . . 8 ((((𝑋𝑉𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋))) ∧ = (𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))) ∧ 𝑥𝑋𝑦𝑋) → {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} ∈ (𝑋m {0, 1}))
44 ovexd 7174 . . . . . . . 8 ((((𝑋𝑉𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋))) ∧ = (𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))) ∧ 𝑥𝑋𝑦𝑋) → (𝑥𝑓𝑦) ∈ V)
45 nfv 1915 . . . . . . . . . 10 𝑎(𝑋𝑉𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋)))
46 nfmpt1 5131 . . . . . . . . . . 11 𝑎(𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))
4746nfeq2 2975 . . . . . . . . . 10 𝑎 = (𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))
4845, 47nfan 1900 . . . . . . . . 9 𝑎((𝑋𝑉𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋))) ∧ = (𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))))
49 nfv 1915 . . . . . . . . 9 𝑎 𝑥𝑋
50 nfv 1915 . . . . . . . . 9 𝑎 𝑦𝑋
5148, 49, 50nf3an 1902 . . . . . . . 8 𝑎(((𝑋𝑉𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋))) ∧ = (𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))) ∧ 𝑥𝑋𝑦𝑋)
52 nfcv 2958 . . . . . . . 8 𝑎{⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}
53 nfcv 2958 . . . . . . . 8 𝑎(𝑥𝑓𝑦)
5414, 29, 43, 44, 51, 52, 53fvmptdf 6755 . . . . . . 7 ((((𝑋𝑉𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋))) ∧ = (𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))) ∧ 𝑥𝑋𝑦𝑋) → (‘{⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}) = (𝑥𝑓𝑦))
5554mpoeq3dva 7214 . . . . . 6 (((𝑋𝑉𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋))) ∧ = (𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))) → (𝑥𝑋, 𝑦𝑋 ↦ (‘{⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩})) = (𝑥𝑋, 𝑦𝑋 ↦ (𝑥𝑓𝑦)))
56 mpoexga 7762 . . . . . . . 8 ((𝑋𝑉𝑋𝑉) → (𝑥𝑋, 𝑦𝑋 ↦ (𝑥𝑓𝑦)) ∈ V)
5756anidms 570 . . . . . . 7 (𝑋𝑉 → (𝑥𝑋, 𝑦𝑋 ↦ (𝑥𝑓𝑦)) ∈ V)
5857adantr 484 . . . . . 6 ((𝑋𝑉𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋))) → (𝑥𝑋, 𝑦𝑋 ↦ (𝑥𝑓𝑦)) ∈ V)
591, 55, 6, 58fvmptd2 6757 . . . . 5 ((𝑋𝑉𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋))) → (𝐻‘(𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))) = (𝑥𝑋, 𝑦𝑋 ↦ (𝑥𝑓𝑦)))
6013, 59eqtr4d 2839 . . . 4 ((𝑋𝑉𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋))) → 𝑓 = (𝐻‘(𝑎 ∈ (𝑋m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))))
616, 9, 60rspcedvd 3577 . . 3 ((𝑋𝑉𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋))) → ∃𝑔 ∈ (2-aryF 𝑋)𝑓 = (𝐻𝑔))
6261ralrimiva 3152 . 2 (𝑋𝑉 → ∀𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋))∃𝑔 ∈ (2-aryF 𝑋)𝑓 = (𝐻𝑔))
63 dffo3 6849 . 2 (𝐻:(2-aryF 𝑋)–onto→(𝑋m (𝑋 × 𝑋)) ↔ (𝐻:(2-aryF 𝑋)⟶(𝑋m (𝑋 × 𝑋)) ∧ ∀𝑓 ∈ (𝑋m (𝑋 × 𝑋))∃𝑔 ∈ (2-aryF 𝑋)𝑓 = (𝐻𝑔)))
642, 62, 63sylanbrc 586 1 (𝑋𝑉𝐻:(2-aryF 𝑋)–onto→(𝑋m (𝑋 × 𝑋)))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 399   ∧ w3a 1084   = wceq 1538   ∈ wcel 2112   ≠ wne 2990  ∀wral 3109  ∃wrex 3110  Vcvv 3444   ⊆ wss 3884  {cpr 4530  ⟨cop 4534   ↦ cmpt 5113   × cxp 5521   Fn wfn 6323  ⟶wf 6324  –onto→wfo 6326  ‘cfv 6328  (class class class)co 7139   ∈ cmpo 7141   ↑m cmap 8393  0cc0 10530  1c1 10531  2c2 11684  -aryF cnaryf 45037 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2114  ax-9 2122  ax-10 2143  ax-11 2159  ax-12 2176  ax-ext 2773  ax-rep 5157  ax-sep 5170  ax-nul 5177  ax-pow 5234  ax-pr 5298  ax-un 7445  ax-cnex 10586  ax-resscn 10587  ax-1cn 10588  ax-icn 10589  ax-addcl 10590  ax-addrcl 10591  ax-mulcl 10592  ax-mulrcl 10593  ax-mulcom 10594  ax-addass 10595  ax-mulass 10596  ax-distr 10597  ax-i2m1 10598  ax-1ne0 10599  ax-1rid 10600  ax-rnegex 10601  ax-rrecex 10602  ax-cnre 10603  ax-pre-lttri 10604  ax-pre-lttrn 10605  ax-pre-ltadd 10606  ax-pre-mulgt0 10607 This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2070  df-mo 2601  df-eu 2632  df-clab 2780  df-cleq 2794  df-clel 2873  df-nfc 2941  df-ne 2991  df-nel 3095  df-ral 3114  df-rex 3115  df-reu 3116  df-rab 3118  df-v 3446  df-sbc 3724  df-csb 3832  df-dif 3887  df-un 3889  df-in 3891  df-ss 3901  df-pss 3903  df-nul 4247  df-if 4429  df-pw 4502  df-sn 4529  df-pr 4531  df-tp 4533  df-op 4535  df-uni 4804  df-iun 4886  df-br 5034  df-opab 5096  df-mpt 5114  df-tr 5140  df-id 5428  df-eprel 5433  df-po 5442  df-so 5443  df-fr 5482  df-we 5484  df-xp 5529  df-rel 5530  df-cnv 5531  df-co 5532  df-dm 5533  df-rn 5534  df-res 5535  df-ima 5536  df-pred 6120  df-ord 6166  df-on 6167  df-lim 6168  df-suc 6169  df-iota 6287  df-fun 6330  df-fn 6331  df-f 6332  df-f1 6333  df-fo 6334  df-f1o 6335  df-fv 6336  df-riota 7097  df-ov 7142  df-oprab 7143  df-mpo 7144  df-om 7565  df-1st 7675  df-2nd 7676  df-wrecs 7934  df-recs 7995  df-rdg 8033  df-er 8276  df-map 8395  df-en 8497  df-dom 8498  df-sdom 8499  df-pnf 10670  df-mnf 10671  df-xr 10672  df-ltxr 10673  df-le 10674  df-sub 10865  df-neg 10866  df-nn 11630  df-2 11692  df-n0 11890  df-z 11974  df-uz 12236  df-fz 12890  df-fzo 13033  df-naryf 45038 This theorem is referenced by:  2arymaptf1o  45066
 Copyright terms: Public domain W3C validator