Theorem 2reu1 3826

Description: Double restricted existential uniqueness. This theorem shows a condition under which a "naive" definition matches the correct one, analogous to 2eu1 2712. (Contributed by Alexander van der Vekens, 25-Jun-2017.)

Assertion

Ref	Expression
2reu1	⊢ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → (∃!𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ↔ (∃!𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃!𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑)))

Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝐴   𝑥,𝐵

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥,𝑦)   𝐵(𝑦)

Proof of Theorem 2reu1

Step	Hyp	Ref	Expression
1		2reu5a 3683	. . . . . 6 ⊢ (∃!𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ↔ (∃𝑥 ∈ 𝐴 (∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑) ∧ ∃*𝑥 ∈ 𝐴 (∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑)))
2		simprr 772	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐴 ∧ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑)) → ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑)
3		rsp 3170	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → (𝑥 ∈ 𝐴 → ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑))
4	3	adantr 484	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑) → (𝑥 ∈ 𝐴 → ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑))
5	4	impcom 411	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐴 ∧ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑)) → ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑)
6	2, 5	jca 515	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐴 ∧ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑)) → (∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑))
7	6	ex 416	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐴 → ((∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑) → (∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑)))
8	7	rmoimia 3680	. . . . . . . . 9 ⊢ (∃*𝑥 ∈ 𝐴 (∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑) → ∃*𝑥 ∈ 𝐴 (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑))
9		nfra1 3183	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑥∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑
10	9	rmoanim 3823	. . . . . . . . 9 ⊢ (∃*𝑥 ∈ 𝐴 (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑) ↔ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → ∃*𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑))
11	8, 10	sylib 221	. . . . . . . 8 ⊢ (∃*𝑥 ∈ 𝐴 (∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑) → (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → ∃*𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑))
12	11	ancrd 555	. . . . . . 7 ⊢ (∃*𝑥 ∈ 𝐴 (∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑) → (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → (∃*𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑)))
13		2rmoswap 3700	. . . . . . . . 9 ⊢ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → (∃*𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → ∃*𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑))
14	13	com12 32	. . . . . . . 8 ⊢ (∃*𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → ∃*𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑))
15	14	imdistani 572	. . . . . . 7 ⊢ ((∃*𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑) → (∃*𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃*𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑))
16	12, 15	syl6 35	. . . . . 6 ⊢ (∃*𝑥 ∈ 𝐴 (∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑) → (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → (∃*𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃*𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑)))
17	1, 16	simplbiim 508	. . . . 5 ⊢ (∃!𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → (∃*𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃*𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑)))
18		2reu2rex 3377	. . . . . 6 ⊢ (∃!𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → ∃𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑)
19		rexcom 3308	. . . . . . 7 ⊢ (∃𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑)
20	18, 19	sylib 221	. . . . . 6 ⊢ (∃!𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → ∃𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑)
21	18, 20	jca 515	. . . . 5 ⊢ (∃!𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → (∃𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑))
22	17, 21	jctild 529	. . . 4 ⊢ (∃!𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → ((∃𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑) ∧ (∃*𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃*𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑))))
23		reu5 3375	. . . . . 6 ⊢ (∃!𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ↔ (∃𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃*𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑))
24		reu5 3375	. . . . . 6 ⊢ (∃!𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑 ↔ (∃𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑 ∧ ∃*𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑))
25	23, 24	anbi12i 629	. . . . 5 ⊢ ((∃!𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃!𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑) ↔ ((∃𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃*𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑) ∧ (∃𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑 ∧ ∃*𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑)))
26		an4 655	. . . . 5 ⊢ (((∃𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃*𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑) ∧ (∃𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑 ∧ ∃*𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑)) ↔ ((∃𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑) ∧ (∃*𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃*𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑)))
27	25, 26	bitri 278	. . . 4 ⊢ ((∃!𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃!𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑) ↔ ((∃𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑) ∧ (∃*𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃*𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑)))
28	22, 27	syl6ibr 255	. . 3 ⊢ (∃!𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → (∃!𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃!𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑)))
29	28	com12 32	. 2 ⊢ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → (∃!𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → (∃!𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃!𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑)))
30		2rexreu 3701	. 2 ⊢ ((∃!𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃!𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑) → ∃!𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝜑)
31	29, 30	impbid1 228	1 ⊢ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃*𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 → (∃!𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ↔ (∃!𝑥 ∈ 𝐴 ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝜑 ∧ ∃!𝑦 ∈ 𝐵 ∃𝑥 ∈ 𝐴 𝜑)))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 399   ∈ wcel 2111  ∀wral 3106  ∃wrex 3107  ∃!wreu 3108  ∃*wrmo 3109

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 2113  ax-9 2121  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2175  ax-ext 2770

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-tru 1541  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2070  df-mo 2598  df-eu 2629  df-cleq 2791  df-clel 2870  df-nfc 2938  df-ral 3111  df-rex 3112  df-reu 3113  df-rmo 3114

This theorem is referenced by:  2reu2  3827  2sqreu  26040  2sqreunn  26041  2sqreult  26042  2sqreultb  26043  2sqreunnlt  26044  2sqreunnltb  26045  2reu3  43666