Theorem exfo 7107

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 7105	. . . 4 ⊢ (𝑓:𝐴–onto→𝐵 ↔ (𝑓:𝐴⟶𝐵 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥))
2		dff4 7103	. . . . . 6 ⊢ (𝑓:𝐴⟶𝐵 ↔ (𝑓 ⊆ (𝐴 × 𝐵) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦))
3	2	simprbi 498	. . . . 5 ⊢ (𝑓:𝐴⟶𝐵 → ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦)
4	3	anim1i 616	. . . 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 5755	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵) → (𝑥𝑓𝑦 ↔ 𝑥(𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵))𝑦))
8	7	reubidva 3393	. . . . . . . . . . 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 3081	. . . . . . . . 9 ⊢ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 → ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥(𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵))𝑦)
11		inss2 4230	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) ⊆ (𝐴 × 𝐵)
12	10, 11	jctil 521	. . . . . . . 8 ⊢ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 → ((𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) ⊆ (𝐴 × 𝐵) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥(𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵))𝑦))
13		dff4 7103	. . . . . . . 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 6179	. . . . . . . 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 614	. . . . . 6 ⊢ ((∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥) → ((𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)):𝐴⟶𝐵 ∧ ran (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) = 𝐵))
18		dffo2 6810	. . . . . 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 3479	. . . . . . 7 ⊢ 𝑓 ∈ V
21	20	inex1 5318	. . . . . 6 ⊢ (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) ∈ V
22		foeq1 6802	. . . . . 6 ⊢ (𝑔 = (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) → (𝑔:𝐴–onto→𝐵 ↔ (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)):𝐴–onto→𝐵))
23	21, 22	spcev 3597	. . . . 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 6802	. . . 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 397   = wceq 1542  ∃wex 1782   ∈ wcel 2107  ∀wral 3062  ∃wrex 3071  ∃!wreu 3375   ∩ cin 3948   ⊆ wss 3949   class class class wbr 5149   × cxp 5675  ran crn 5678  ⟶wf 6540  –onto→wfo 6542

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2138  ax-11 2155  ax-12 2172  ax-ext 2704  ax-sep 5300  ax-nul 5307  ax-pr 5428

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 398  df-or 847  df-3an 1090  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2069  df-mo 2535  df-eu 2564  df-clab 2711  df-cleq 2725  df-clel 2811  df-nfc 2886  df-ne 2942  df-ral 3063  df-rex 3072  df-reu 3378  df-rab 3434  df-v 3477  df-dif 3952  df-un 3954  df-in 3956  df-ss 3966  df-nul 4324  df-if 4530  df-sn 4630  df-pr 4632  df-op 4636  df-uni 4910  df-br 5150  df-opab 5212  df-mpt 5233  df-id 5575  df-xp 5683  df-rel 5684  df-cnv 5685  df-co 5686  df-dm 5687  df-rn 5688  df-res 5689  df-ima 5690  df-iota 6496  df-fun 6546  df-fn 6547  df-f 6548  df-fo 6550  df-fv 6552

This theorem is referenced by: (None)