Theorem exfo 7101

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 7099	. . . 4 ⊢ (𝑓:𝐴–onto→𝐵 ↔ (𝑓:𝐴⟶𝐵 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥))
2		dff4 7097	. . . . . 6 ⊢ (𝑓:𝐴⟶𝐵 ↔ (𝑓 ⊆ (𝐴 × 𝐵) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦))
3	2	simprbi 503	. . . . 5 ⊢ (𝑓:𝐴⟶𝐵 → ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦)
4	3	anim1i 627	. . . 4 ⊢ ((𝑓:𝐴⟶𝐵 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥) → (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥))
5	1, 4	sylbi 220	. . 3 ⊢ (𝑓:𝐴–onto→𝐵 → (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥))
6	5	eximi 1868	. 2 ⊢ (∃𝑓 𝑓:𝐴–onto→𝐵 → ∃𝑓(∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥))
7		brinxp 5738	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐴 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵) → (𝑥𝑓𝑦 ↔ 𝑥(𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵))𝑦))
8	7	reubidva 3381	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐴 → (∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ↔ ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥(𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵))𝑦))
9	8	biimpd 232	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐴 → (∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 → ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥(𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵))𝑦))
10	9	ralimia 3098	. . . . . . . . 9 ⊢ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 → ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥(𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵))𝑦)
11		inss2 4186	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) ⊆ (𝐴 × 𝐵)
12	10, 11	jctil 529	. . . . . . . 8 ⊢ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 → ((𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) ⊆ (𝐴 × 𝐵) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥(𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵))𝑦))
13		dff4 7097	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)):𝐴⟶𝐵 ↔ ((𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) ⊆ (𝐴 × 𝐵) ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥(𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵))𝑦))
14	12, 13	sylibr 237	. . . . . . 7 ⊢ (∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 → (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)):𝐴⟶𝐵)
15		rninxp 6176	. . . . . . . 8 ⊢ (ran (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) = 𝐵 ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥)
16	15	biimpri 231	. . . . . . 7 ⊢ (∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥 → ran (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) = 𝐵)
17	14, 16	anim12i 625	. . . . . 6 ⊢ ((∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥) → ((𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)):𝐴⟶𝐵 ∧ ran (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) = 𝐵))
18		dffo2 6797	. . . . . 6 ⊢ ((𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)):𝐴–onto→𝐵 ↔ ((𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)):𝐴⟶𝐵 ∧ ran (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) = 𝐵))
19	17, 18	sylibr 237	. . . . 5 ⊢ ((∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥) → (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)):𝐴–onto→𝐵)
20		vex 3457	. . . . . . 7 ⊢ 𝑓 ∈ V
21	20	inex1 5284	. . . . . 6 ⊢ (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) ∈ V
22		foeq1 6789	. . . . . 6 ⊢ (𝑔 = (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)) → (𝑔:𝐴–onto→𝐵 ↔ (𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)):𝐴–onto→𝐵))
23	21, 22	spcev 3563	. . . . 5 ⊢ ((𝑓 ∩ (𝐴 × 𝐵)):𝐴–onto→𝐵 → ∃𝑔 𝑔:𝐴–onto→𝐵)
24	19, 23	syl 18	. . . 4 ⊢ ((∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥) → ∃𝑔 𝑔:𝐴–onto→𝐵)
25	24	exlimiv 1963	. . 3 ⊢ (∃𝑓(∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥) → ∃𝑔 𝑔:𝐴–onto→𝐵)
26		foeq1 6789	. . . 4 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → (𝑔:𝐴–onto→𝐵 ↔ 𝑓:𝐴–onto→𝐵))
27	26	cbvexvw 2070	. . 3 ⊢ (∃𝑔 𝑔:𝐴–onto→𝐵 ↔ ∃𝑓 𝑓:𝐴–onto→𝐵)
28	25, 27	sylib 221	. 2 ⊢ (∃𝑓(∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥) → ∃𝑓 𝑓:𝐴–onto→𝐵)
29	6, 28	impbii 212	1 ⊢ (∃𝑓 𝑓:𝐴–onto→𝐵 ↔ ∃𝑓(∀𝑥 ∈ 𝐴 ∃!𝑦 ∈ 𝐵 𝑥𝑓𝑦 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐵 ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑦𝑓𝑥))

This proof depends on syntax axioms:   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1570  ∃wex 1812   ∈ wcel 2145  ∀wral 3078  ∃wrex 3088  ∃!wreu 3365   ∩ cin 3901   ⊆ wss 3902   class class class wbr 5107   × cxp 5657  ran crn 5660  ⟶wf 6533  –onto→wfo 6535

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2215  ax-ext 2734  ax-sep 5255  ax-nul 5267  ax-pr 5402

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2566  df-eu 2596  df-clab 2741  df-cleq 2754  df-clel 2837  df-nfc 2911  df-ne 2958  df-ral 3079  df-rex 3089  df-reu 3368  df-rab 3415  df-v 3455  df-dif 3905  df-un 3907  df-in 3909  df-ss 3919  df-nul 4283  df-if 4486  df-sn 4588  df-pr 4590  df-op 4594  df-uni 4871  df-br 5108  df-opab 5172  df-mpt 5191  df-id 5554  df-xp 5665  df-rel 5666  df-cnv 5667  df-co 5668  df-dm 5669  df-rn 5670  df-res 5671  df-ima 5672  df-iota 6493  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-fo 6543  df-fv 6545

This theorem is used by: (None)