Theorem exfo 6963

Description: A relation equivalent to the existence of an onto mapping. The right-hand 𝑓 is not necessarily a function. (Contributed by NM, 20-Mar-2007.)

Assertion

Ref	Expression
exfo	⊢ (∃𝑓 𝑓:𝐴–onto→𝐵 ↔ ∃𝑓(∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥))

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

Proof of Theorem exfo

Dummy variable 𝑔 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		dffo4 6961	. . . 4 ⊢ (𝑓:𝐴–onto→𝐵 ↔ (𝑓:𝐴⟶𝐵 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥))
2		dff4 6959	. . . . . 6 ⊢ (𝑓:𝐴⟶𝐵 ↔ (𝑓 ⊆ (𝐴 × 𝐵) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦))
3	2	simprbi 496	. . . . 5 ⊢ (𝑓:𝐴⟶𝐵 → ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦)
4	3	anim1i 614	. . . 4 ⊢ ((𝑓:𝐴⟶𝐵 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥) → (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥))
5	1, 4	sylbi 216	. . 3 ⊢ (𝑓:𝐴–onto→𝐵 → (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥))
6	5	eximi 1838	. 2 ⊢ (∃𝑓 𝑓:𝐴–onto→𝐵 → ∃𝑓(∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥))
7		brinxp 5656	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵) → (𝑥𝑓𝑦 ↔ 𝑥(𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵))𝑦))
8	7	reubidva 3314	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐴 → (∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ↔ ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥(𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵))𝑦))
9	8	biimpd 228	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐴 → (∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 → ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥(𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵))𝑦))
10	9	ralimia 3084	. . . . . . . . 9 ⊢ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 → ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥(𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵))𝑦)
11		inss2 4160	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) ⊆ (𝐴 × 𝐵)
12	10, 11	jctil 519	. . . . . . . 8 ⊢ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 → ((𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) ⊆ (𝐴 × 𝐵) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥(𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵))𝑦))
13		dff4 6959	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)):𝐴⟶𝐵 ↔ ((𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) ⊆ (𝐴 × 𝐵) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥(𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵))𝑦))
14	12, 13	sylibr 233	. . . . . . 7 ⊢ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 → (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)):𝐴⟶𝐵)
15		rninxp 6071	. . . . . . . 8 ⊢ (ran (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) = 𝐵 ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥)
16	15	biimpri 227	. . . . . . 7 ⊢ (∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥 → ran (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) = 𝐵)
17	14, 16	anim12i 612	. . . . . 6 ⊢ ((∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥) → ((𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)):𝐴⟶𝐵 ∧ ran (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) = 𝐵))
18		dffo2 6676	. . . . . 6 ⊢ ((𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)):𝐴–onto→𝐵 ↔ ((𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)):𝐴⟶𝐵 ∧ ran (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) = 𝐵))
19	17, 18	sylibr 233	. . . . 5 ⊢ ((∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥) → (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)):𝐴–onto→𝐵)
20		vex 3426	. . . . . . 7 ⊢ 𝑓 ∈ V
21	20	inex1 5236	. . . . . 6 ⊢ (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) ∈ V
22		foeq1 6668	. . . . . 6 ⊢ (𝑔 = (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) → (𝑔:𝐴–onto→𝐵 ↔ (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)):𝐴–onto→𝐵))
23	21, 22	spcev 3535	. . . . 5 ⊢ ((𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)):𝐴–onto→𝐵 → ∃𝑔 𝑔:𝐴–onto→𝐵)
24	19, 23	syl 17	. . . 4 ⊢ ((∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥) → ∃𝑔 𝑔:𝐴–onto→𝐵)
25	24	exlimiv 1934	. . 3 ⊢ (∃𝑓(∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥) → ∃𝑔 𝑔:𝐴–onto→𝐵)
26		foeq1 6668	. . . 4 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → (𝑔:𝐴–onto→𝐵 ↔ 𝑓:𝐴–onto→𝐵))
27	26	cbvexvw 2041	. . 3 ⊢ (∃𝑔 𝑔:𝐴–onto→𝐵 ↔ ∃𝑓 𝑓:𝐴–onto→𝐵)
28	25, 27	sylib 217	. 2 ⊢ (∃𝑓(∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥) → ∃𝑓 𝑓:𝐴–onto→𝐵)
29	6, 28	impbii 208	1 ⊢ (∃𝑓 𝑓:𝐴–onto→𝐵 ↔ ∃𝑓(∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥))

Syntax hints:   ↔ wb 205   ∧ wa 395   = wceq 1539  ∃wex 1783   ∈ wcel 2108  ∀wral 3063  ∃wrex 3064  ∃!wreu 3065   ∩ cin 3882   ⊆ wss 3883   class class class wbr 5070   × cxp 5578  ran crn 5581  ⟶wf 6414  –onto→wfo 6416

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1799  ax-4 1813  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2139  ax-11 2156  ax-12 2173  ax-ext 2709  ax-sep 5218  ax-nul 5225  ax-pr 5347

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 844  df-3an 1087  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1784  df-nf 1788  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2817  df-nfc 2888  df-ne 2943  df-ral 3068  df-rex 3069  df-reu 3070  df-rab 3072  df-v 3424  df-dif 3886  df-un 3888  df-in 3890  df-ss 3900  df-nul 4254  df-if 4457  df-sn 4559  df-pr 4561  df-op 4565  df-uni 4837  df-br 5071  df-opab 5133  df-mpt 5154  df-id 5480  df-xp 5586  df-rel 5587  df-cnv 5588  df-co 5589  df-dm 5590  df-rn 5591  df-res 5592  df-ima 5593  df-iota 6376  df-fun 6420  df-fn 6421  df-f 6422  df-fo 6424  df-fv 6426

This theorem is referenced by: (None)