Theorem 2arymaptfo 49130

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 49128	. 2 ⊢ (𝑋 ∈ 𝑉 → 𝐻:(2-aryF 𝑋)⟶(𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋)))
3		elmapi 8796	. . . . 5 ⊢ (𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋)) → 𝑓:(𝑋 × 𝑋)⟶𝑋)
4		eqid 2736	. . . . . 6 ⊢ (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))) = (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))
5	4	2arympt 49125	. . . . 5 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓:(𝑋 × 𝑋)⟶𝑋) → (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))) ∈ (2-aryF 𝑋))
6	3, 5	sylan2 594	. . . 4 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))) → (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))) ∈ (2-aryF 𝑋))
7		fveq2 6840	. . . . . 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 2747	. . . . 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 8812	. . . . . . 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 7498	. . . . . 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 1200	. . . . . . . 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 6839	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑎 = {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} → (𝑎‘0) = ({⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}‘0))
16		0ne1 12252	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 0 ≠ 1
17		c0ex 11138	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 0 ∈ V
18		vex 3433	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 𝑥 ∈ V
19	17, 18	fvpr1 7147	. . . . . . . . . . . 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 2787	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑎 = {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} → (𝑎‘0) = 𝑥)
22		fveq1 6839	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑎 = {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} → (𝑎‘1) = ({⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}‘1))
23		1ex 11140	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 1 ∈ V
24		vex 3433	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 𝑦 ∈ V
25	23, 24	fvpr2 7148	. . . . . . . . . . . 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 2787	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑎 = {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} → (𝑎‘1) = 𝑦)
28	21, 27	oveq12d 7385	. . . . . . . . 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 7109	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((0 ∈ V ∧ 1 ∈ V) ∧ (𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) ∧ 0 ≠ 1) → {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}:{0, 1}⟶{𝑥, 𝑦})
32	30, 16, 31	mp3an13 1455	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}:{0, 1}⟶{𝑥, 𝑦})
33	32	3adant1 1131	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}:{0, 1}⟶{𝑥, 𝑦})
34		prssi 4764	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → {𝑥, 𝑦} ⊆ 𝑋)
35	34	3adant1 1131	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → {𝑥, 𝑦} ⊆ 𝑋)
36	33, 35	fssd 6685	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}:{0, 1}⟶𝑋)
37		simp1 1137	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → 𝑋 ∈ 𝑉)
38		prex 5380	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ {0, 1} ∈ V
39	38	a1i 11	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → {0, 1} ∈ V)
40	37, 39	elmapd 8787	. . . . . . . . . . 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 1179	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋 ∧ 𝑦 ∈ 𝑋) → {⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩} ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}))
43	42	3adant1r 1179	. . . . . . . 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 7402	. . . . . . . 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 1916	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑎(𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋)))
46		nfmpt1 5184	. . . . . . . . . . 11 ⊢ Ⅎ𝑎(𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))
47	46	nfeq2 2916	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑎 ℎ = (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1)))
48	45, 47	nfan 1901	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑎((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))) ∧ ℎ = (𝑎 ∈ (𝑋 ↑m {0, 1}) ↦ ((𝑎‘0)𝑓(𝑎‘1))))
49		nfv 1916	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑎 𝑥 ∈ 𝑋
50		nfv 1916	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑎 𝑦 ∈ 𝑋
51	48, 49, 50	nf3an 1903	. . . . . . . 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 2898	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑎{⟨0, 𝑥⟩, ⟨1, 𝑦⟩}
53		nfcv 2898	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑎(𝑥𝑓𝑦)
54	14, 29, 43, 44, 51, 52, 53	fvmptdf 6954	. . . . . . 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 7444	. . . . . 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 8030	. . . . . . . 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 6956	. . . . 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 2774	. . . 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 3566	. . 3 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))) → ∃𝑔 ∈ (2-aryF 𝑋)𝑓 = (𝐻‘𝑔))
62	61	ralrimiva 3129	. 2 ⊢ (𝑋 ∈ 𝑉 → ∀𝑓 ∈ (𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋))∃𝑔 ∈ (2-aryF 𝑋)𝑓 = (𝐻‘𝑔))
63		dffo3 7054	. 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 584	1 ⊢ (𝑋 ∈ 𝑉 → 𝐻:(2-aryF 𝑋)–onto→(𝑋 ↑m (𝑋 × 𝑋)))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   ∧ w3a 1087   = wceq 1542   ∈ wcel 2114   ≠ wne 2932  ∀wral 3051  ∃wrex 3061  Vcvv 3429   ⊆ wss 3889  {cpr 4569  ⟨cop 4573   ↦ cmpt 5166   × cxp 5629   Fn wfn 6493  ⟶wf 6494  –onto→wfo 6496  ‘cfv 6498  (class class class)co 7367   ∈ cmpo 7369   ↑_m cmap 8773  0cc0 11038  1c1 11039  2c2 12236  -aryF cnaryf 49102

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 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2708  ax-rep 5212  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5307  ax-pr 5375  ax-un 7689  ax-cnex 11094  ax-resscn 11095  ax-1cn 11096  ax-icn 11097  ax-addcl 11098  ax-addrcl 11099  ax-mulcl 11100  ax-mulrcl 11101  ax-mulcom 11102  ax-addass 11103  ax-mulass 11104  ax-distr 11105  ax-i2m1 11106  ax-1ne0 11107  ax-1rid 11108  ax-rnegex 11109  ax-rrecex 11110  ax-cnre 11111  ax-pre-lttri 11112  ax-pre-lttrn 11113  ax-pre-ltadd 11114  ax-pre-mulgt0 11115

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2539  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2728  df-clel 2811  df-nfc 2885  df-ne 2933  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3062  df-reu 3343  df-rab 3390  df-v 3431  df-sbc 3729  df-csb 3838  df-dif 3892  df-un 3894  df-in 3896  df-ss 3906  df-pss 3909  df-nul 4274  df-if 4467  df-pw 4543  df-sn 4568  df-pr 4570  df-op 4574  df-uni 4851  df-iun 4935  df-br 5086  df-opab 5148  df-mpt 5167  df-tr 5193  df-id 5526  df-eprel 5531  df-po 5539  df-so 5540  df-fr 5584  df-we 5586  df-xp 5637  df-rel 5638  df-cnv 5639  df-co 5640  df-dm 5641  df-rn 5642  df-res 5643  df-ima 5644  df-pred 6265  df-ord 6326  df-on 6327  df-lim 6328  df-suc 6329  df-iota 6454  df-fun 6500  df-fn 6501  df-f 6502  df-f1 6503  df-fo 6504  df-f1o 6505  df-fv 6506  df-riota 7324  df-ov 7370  df-oprab 7371  df-mpo 7372  df-om 7818  df-1st 7942  df-2nd 7943  df-frecs 8231  df-wrecs 8262  df-recs 8311  df-rdg 8349  df-er 8643  df-map 8775  df-en 8894  df-dom 8895  df-sdom 8896  df-pnf 11181  df-mnf 11182  df-xr 11183  df-ltxr 11184  df-le 11185  df-sub 11379  df-neg 11380  df-nn 12175  df-2 12244  df-n0 12438  df-z 12525  df-uz 12789  df-fz 13462  df-fzo 13609  df-naryf 49103

This theorem is referenced by:  2arymaptf1o  49131