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Theorem fiint 8474
Description: Equivalent ways of stating the finite intersection property. We show two ways of saying, "the intersection of elements in every finite nonempty subcollection of 𝐴 is in 𝐴." This theorem is applicable to a topology, which (among other axioms) is closed under finite intersections. Some texts use the left-hand version of this axiom and others the right-hand version, but as our proof here shows, their "intuitively obvious" equivalence can be non-trivial to establish formally. (Contributed by NM, 22-Sep-2002.)
Assertion
Ref Expression
fiint (∀𝑥𝐴𝑦𝐴 (𝑥𝑦) ∈ 𝐴 ↔ ∀𝑥((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅ ∧ 𝑥 ∈ Fin) → 𝑥𝐴))
Distinct variable group:   𝑥,𝑦,𝐴

Proof of Theorem fiint
Dummy variables 𝑧 𝑤 𝑣 𝑓 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 isfi 8214 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ Fin ↔ ∃𝑦 ∈ ω 𝑥𝑦)
2 ensym 8239 . . . . . . . . 9 (𝑥𝑦𝑦𝑥)
3 breq1 4845 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑦 = ∅ → (𝑦𝑥 ↔ ∅ ≈ 𝑥))
43anbi2d 616 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑦 = ∅ → (((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑦𝑥) ↔ ((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ ∅ ≈ 𝑥)))
54imbi1d 332 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 = ∅ → ((((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑦𝑥) → 𝑥𝐴) ↔ (((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ ∅ ≈ 𝑥) → 𝑥𝐴)))
65albidv 2011 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 = ∅ → (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑦𝑥) → 𝑥𝐴) ↔ ∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ ∅ ≈ 𝑥) → 𝑥𝐴)))
7 breq1 4845 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑦 = 𝑣 → (𝑦𝑥𝑣𝑥))
87anbi2d 616 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑦 = 𝑣 → (((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑦𝑥) ↔ ((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥)))
98imbi1d 332 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 = 𝑣 → ((((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑦𝑥) → 𝑥𝐴) ↔ (((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴)))
109albidv 2011 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 = 𝑣 → (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑦𝑥) → 𝑥𝐴) ↔ ∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴)))
11 breq1 4845 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑦 = suc 𝑣 → (𝑦𝑥 ↔ suc 𝑣𝑥))
1211anbi2d 616 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑦 = suc 𝑣 → (((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑦𝑥) ↔ ((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ suc 𝑣𝑥)))
1312imbi1d 332 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 = suc 𝑣 → ((((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑦𝑥) → 𝑥𝐴) ↔ (((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ suc 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴)))
1413albidv 2011 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 = suc 𝑣 → (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑦𝑥) → 𝑥𝐴) ↔ ∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ suc 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴)))
15 ensym 8239 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (∅ ≈ 𝑥𝑥 ≈ ∅)
16 en0 8253 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑥 ≈ ∅ ↔ 𝑥 = ∅)
1715, 16sylib 209 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (∅ ≈ 𝑥𝑥 = ∅)
1817anim1i 604 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((∅ ≈ 𝑥𝑥 ≠ ∅) → (𝑥 = ∅ ∧ 𝑥 ≠ ∅))
1918ancoms 448 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑥 ≠ ∅ ∧ ∅ ≈ 𝑥) → (𝑥 = ∅ ∧ 𝑥 ≠ ∅))
2019adantll 696 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ ∅ ≈ 𝑥) → (𝑥 = ∅ ∧ 𝑥 ≠ ∅))
21 df-ne 2977 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑥 ≠ ∅ ↔ ¬ 𝑥 = ∅)
22 pm3.24 391 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ¬ (𝑥 = ∅ ∧ ¬ 𝑥 = ∅)
2322pm2.21i 117 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑥 = ∅ ∧ ¬ 𝑥 = ∅) → 𝑥𝐴)
2421, 23sylan2b 583 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑥 = ∅ ∧ 𝑥 ≠ ∅) → 𝑥𝐴)
2520, 24syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ ∅ ≈ 𝑥) → 𝑥𝐴)
2625ax-gen 1877 . . . . . . . . . . . . . 14 𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ ∅ ≈ 𝑥) → 𝑥𝐴)
2726a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 → ∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ ∅ ≈ 𝑥) → 𝑥𝐴))
28 nfv 2005 . . . . . . . . . . . . . . 15 𝑥𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴
29 nfa1 2195 . . . . . . . . . . . . . . 15 𝑥𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴)
30 bren 8199 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (suc 𝑣𝑥 ↔ ∃𝑓 𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥)
31 ssel 3790 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 (𝑥𝐴 → ((𝑓𝑣) ∈ 𝑥 → (𝑓𝑣) ∈ 𝐴))
32 f1of 6351 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥𝑓:suc 𝑣𝑥)
33 vex 3392 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 𝑣 ∈ V
3433sucid 6015 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 𝑣 ∈ suc 𝑣
35 ffvelrn 6577 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ((𝑓:suc 𝑣𝑥𝑣 ∈ suc 𝑣) → (𝑓𝑣) ∈ 𝑥)
3632, 34, 35sylancl 576 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 → (𝑓𝑣) ∈ 𝑥)
3731, 36impel 497 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((𝑥𝐴𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥) → (𝑓𝑣) ∈ 𝐴)
3837adantr 468 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (((𝑥𝐴𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥) ∧ (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴) ∧ ∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴)) → (𝑓𝑣) ∈ 𝐴)
39 df-ne 2977 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((𝑓𝑣) ≠ ∅ ↔ ¬ (𝑓𝑣) = ∅)
40 imassrn 5685 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 (𝑓𝑣) ⊆ ran 𝑓
41 dff1o2 6356 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 ↔ (𝑓 Fn suc 𝑣 ∧ Fun 𝑓 ∧ ran 𝑓 = 𝑥))
4241simp3bi 1170 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 → ran 𝑓 = 𝑥)
4340, 42syl5sseq 3848 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 → (𝑓𝑣) ⊆ 𝑥)
44 sstr2 3803 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 ((𝑓𝑣) ⊆ 𝑥 → (𝑥𝐴 → (𝑓𝑣) ⊆ 𝐴))
4543, 44syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 → (𝑥𝐴 → (𝑓𝑣) ⊆ 𝐴))
4645anim1d 600 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 → ((𝑥𝐴 ∧ (𝑓𝑣) ≠ ∅) → ((𝑓𝑣) ⊆ 𝐴 ∧ (𝑓𝑣) ≠ ∅)))
47 f1of1 6350 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥𝑓:suc 𝑣1-1𝑥)
48 vex 3392 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 𝑥 ∈ V
49 sssucid 6013 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 𝑣 ⊆ suc 𝑣
50 f1imaen2g 8251 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 (((𝑓:suc 𝑣1-1𝑥𝑥 ∈ V) ∧ (𝑣 ⊆ suc 𝑣𝑣 ∈ V)) → (𝑓𝑣) ≈ 𝑣)
5149, 33, 50mpanr12 688 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 ((𝑓:suc 𝑣1-1𝑥𝑥 ∈ V) → (𝑓𝑣) ≈ 𝑣)
5247, 48, 51sylancl 576 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 → (𝑓𝑣) ≈ 𝑣)
5352ensymd 8241 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥𝑣 ≈ (𝑓𝑣))
5446, 53jctird 518 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 → ((𝑥𝐴 ∧ (𝑓𝑣) ≠ ∅) → (((𝑓𝑣) ⊆ 𝐴 ∧ (𝑓𝑣) ≠ ∅) ∧ 𝑣 ≈ (𝑓𝑣))))
55 vex 3392 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 𝑓 ∈ V
5655imaex 7332 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 (𝑓𝑣) ∈ V
57 sseq1 3821 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 (𝑥 = (𝑓𝑣) → (𝑥𝐴 ↔ (𝑓𝑣) ⊆ 𝐴))
58 neeq1 3038 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 (𝑥 = (𝑓𝑣) → (𝑥 ≠ ∅ ↔ (𝑓𝑣) ≠ ∅))
5957, 58anbi12d 618 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 (𝑥 = (𝑓𝑣) → ((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ↔ ((𝑓𝑣) ⊆ 𝐴 ∧ (𝑓𝑣) ≠ ∅)))
60 breq2 4846 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 (𝑥 = (𝑓𝑣) → (𝑣𝑥𝑣 ≈ (𝑓𝑣)))
6159, 60anbi12d 618 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 (𝑥 = (𝑓𝑣) → (((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) ↔ (((𝑓𝑣) ⊆ 𝐴 ∧ (𝑓𝑣) ≠ ∅) ∧ 𝑣 ≈ (𝑓𝑣))))
62 inteq 4670 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 (𝑥 = (𝑓𝑣) → 𝑥 = (𝑓𝑣))
6362eleq1d 2868 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 (𝑥 = (𝑓𝑣) → ( 𝑥𝐴 (𝑓𝑣) ∈ 𝐴))
6461, 63imbi12d 335 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 (𝑥 = (𝑓𝑣) → ((((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴) ↔ ((((𝑓𝑣) ⊆ 𝐴 ∧ (𝑓𝑣) ≠ ∅) ∧ 𝑣 ≈ (𝑓𝑣)) → (𝑓𝑣) ∈ 𝐴)))
6556, 64spcv 3490 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴) → ((((𝑓𝑣) ⊆ 𝐴 ∧ (𝑓𝑣) ≠ ∅) ∧ 𝑣 ≈ (𝑓𝑣)) → (𝑓𝑣) ∈ 𝐴))
6654, 65sylan9 499 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 ((𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 ∧ ∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴)) → ((𝑥𝐴 ∧ (𝑓𝑣) ≠ ∅) → (𝑓𝑣) ∈ 𝐴))
67 ineq1 4004 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 (𝑧 = (𝑓𝑣) → (𝑧𝑤) = ( (𝑓𝑣) ∩ 𝑤))
6867eleq1d 2868 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 (𝑧 = (𝑓𝑣) → ((𝑧𝑤) ∈ 𝐴 ↔ ( (𝑓𝑣) ∩ 𝑤) ∈ 𝐴))
69 ineq2 4005 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 (𝑤 = (𝑓𝑣) → ( (𝑓𝑣) ∩ 𝑤) = ( (𝑓𝑣) ∩ (𝑓𝑣)))
7069eleq1d 2868 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 (𝑤 = (𝑓𝑣) → (( (𝑓𝑣) ∩ 𝑤) ∈ 𝐴 ↔ ( (𝑓𝑣) ∩ (𝑓𝑣)) ∈ 𝐴))
7168, 70rspc2v 3513 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 (( (𝑓𝑣) ∈ 𝐴 ∧ (𝑓𝑣) ∈ 𝐴) → (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 → ( (𝑓𝑣) ∩ (𝑓𝑣)) ∈ 𝐴))
7271ex 399 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 ( (𝑓𝑣) ∈ 𝐴 → ((𝑓𝑣) ∈ 𝐴 → (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 → ( (𝑓𝑣) ∩ (𝑓𝑣)) ∈ 𝐴)))
7366, 72syl6 35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 ((𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 ∧ ∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴)) → ((𝑥𝐴 ∧ (𝑓𝑣) ≠ ∅) → ((𝑓𝑣) ∈ 𝐴 → (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 → ( (𝑓𝑣) ∩ (𝑓𝑣)) ∈ 𝐴))))
7473com4r 94 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 → ((𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 ∧ ∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴)) → ((𝑥𝐴 ∧ (𝑓𝑣) ≠ ∅) → ((𝑓𝑣) ∈ 𝐴 → ( (𝑓𝑣) ∩ (𝑓𝑣)) ∈ 𝐴))))
7574exp5c 433 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 → (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 → (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴) → (𝑥𝐴 → ((𝑓𝑣) ≠ ∅ → ((𝑓𝑣) ∈ 𝐴 → ( (𝑓𝑣) ∩ (𝑓𝑣)) ∈ 𝐴))))))
7675com14 96 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 (𝑥𝐴 → (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 → (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴) → (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 → ((𝑓𝑣) ≠ ∅ → ((𝑓𝑣) ∈ 𝐴 → ( (𝑓𝑣) ∩ (𝑓𝑣)) ∈ 𝐴))))))
7776imp43 416 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 (((𝑥𝐴𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥) ∧ (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴) ∧ ∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴)) → ((𝑓𝑣) ≠ ∅ → ((𝑓𝑣) ∈ 𝐴 → ( (𝑓𝑣) ∩ (𝑓𝑣)) ∈ 𝐴)))
7839, 77syl5bir 234 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 (((𝑥𝐴𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥) ∧ (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴) ∧ ∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴)) → (¬ (𝑓𝑣) = ∅ → ((𝑓𝑣) ∈ 𝐴 → ( (𝑓𝑣) ∩ (𝑓𝑣)) ∈ 𝐴)))
79 inteq 4670 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 ((𝑓𝑣) = ∅ → (𝑓𝑣) = ∅)
80 int0 4681 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 ∅ = V
8179, 80syl6eq 2854 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 ((𝑓𝑣) = ∅ → (𝑓𝑣) = V)
8281ineq1d 4010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 ((𝑓𝑣) = ∅ → ( (𝑓𝑣) ∩ (𝑓𝑣)) = (V ∩ (𝑓𝑣)))
83 ssv 3820 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 (𝑓𝑣) ⊆ V
84 sseqin2 4014 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 ((𝑓𝑣) ⊆ V ↔ (V ∩ (𝑓𝑣)) = (𝑓𝑣))
8583, 84mpbi 221 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 (V ∩ (𝑓𝑣)) = (𝑓𝑣)
8682, 85syl6eq 2854 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ((𝑓𝑣) = ∅ → ( (𝑓𝑣) ∩ (𝑓𝑣)) = (𝑓𝑣))
8786eleq1d 2868 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((𝑓𝑣) = ∅ → (( (𝑓𝑣) ∩ (𝑓𝑣)) ∈ 𝐴 ↔ (𝑓𝑣) ∈ 𝐴))
8887biimprd 239 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((𝑓𝑣) = ∅ → ((𝑓𝑣) ∈ 𝐴 → ( (𝑓𝑣) ∩ (𝑓𝑣)) ∈ 𝐴))
8978, 88pm2.61d2 173 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (((𝑥𝐴𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥) ∧ (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴) ∧ ∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴)) → ((𝑓𝑣) ∈ 𝐴 → ( (𝑓𝑣) ∩ (𝑓𝑣)) ∈ 𝐴))
9038, 89mpd 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (((𝑥𝐴𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥) ∧ (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴) ∧ ∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴)) → ( (𝑓𝑣) ∩ (𝑓𝑣)) ∈ 𝐴)
91 fvex 6419 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 (𝑓𝑣) ∈ V
9291intunsn 4706 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((𝑓𝑣) ∪ {(𝑓𝑣)}) = ( (𝑓𝑣) ∩ (𝑓𝑣))
93 f1ofn 6352 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥𝑓 Fn suc 𝑣)
94 fnsnfv 6477 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 ((𝑓 Fn suc 𝑣𝑣 ∈ suc 𝑣) → {(𝑓𝑣)} = (𝑓 “ {𝑣}))
9593, 34, 94sylancl 576 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 → {(𝑓𝑣)} = (𝑓 “ {𝑣}))
9695uneq2d 3964 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 → ((𝑓𝑣) ∪ {(𝑓𝑣)}) = ((𝑓𝑣) ∪ (𝑓 “ {𝑣})))
97 df-suc 5940 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 suc 𝑣 = (𝑣 ∪ {𝑣})
9897imaeq2i 5672 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 (𝑓 “ suc 𝑣) = (𝑓 “ (𝑣 ∪ {𝑣}))
99 imaundi 5754 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 (𝑓 “ (𝑣 ∪ {𝑣})) = ((𝑓𝑣) ∪ (𝑓 “ {𝑣}))
10098, 99eqtr2i 2827 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 ((𝑓𝑣) ∪ (𝑓 “ {𝑣})) = (𝑓 “ suc 𝑣)
10196, 100syl6eq 2854 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 → ((𝑓𝑣) ∪ {(𝑓𝑣)}) = (𝑓 “ suc 𝑣))
102 f1ofo 6358 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥𝑓:suc 𝑣onto𝑥)
103 foima 6334 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 (𝑓:suc 𝑣onto𝑥 → (𝑓 “ suc 𝑣) = 𝑥)
104102, 103syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 → (𝑓 “ suc 𝑣) = 𝑥)
105101, 104eqtrd 2838 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 → ((𝑓𝑣) ∪ {(𝑓𝑣)}) = 𝑥)
106105inteqd 4672 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 ((𝑓𝑣) ∪ {(𝑓𝑣)}) = 𝑥)
10792, 106syl5eqr 2852 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 → ( (𝑓𝑣) ∩ (𝑓𝑣)) = 𝑥)
108107eleq1d 2868 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 → (( (𝑓𝑣) ∩ (𝑓𝑣)) ∈ 𝐴 𝑥𝐴))
109108ad2antlr 709 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (((𝑥𝐴𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥) ∧ (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴) ∧ ∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴)) → (( (𝑓𝑣) ∩ (𝑓𝑣)) ∈ 𝐴 𝑥𝐴))
11090, 109mpbid 223 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (((𝑥𝐴𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥) ∧ (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴) ∧ ∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴)) → 𝑥𝐴)
111110exp43 425 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑥𝐴 → (𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 → (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴) → (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 𝑥𝐴))))
112111exlimdv 2024 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑥𝐴 → (∃𝑓 𝑓:suc 𝑣1-1-onto𝑥 → (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴) → (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 𝑥𝐴))))
11330, 112syl5bi 233 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑥𝐴 → (suc 𝑣𝑥 → (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴) → (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 𝑥𝐴))))
114113imp 395 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑥𝐴 ∧ suc 𝑣𝑥) → (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴) → (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 𝑥𝐴)))
115114adantlr 697 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ suc 𝑣𝑥) → (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴) → (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 𝑥𝐴)))
116115com13 88 . . . . . . . . . . . . . . 15 (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 → (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴) → (((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ suc 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴)))
11728, 29, 116alrimd 2251 . . . . . . . . . . . . . 14 (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 → (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴) → ∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ suc 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴)))
118117a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑣 ∈ ω → (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 → (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴) → ∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ suc 𝑣𝑥) → 𝑥𝐴))))
1196, 10, 14, 27, 118finds2 7322 . . . . . . . . . . . 12 (𝑦 ∈ ω → (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 → ∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑦𝑥) → 𝑥𝐴)))
120 sp 2218 . . . . . . . . . . . 12 (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑦𝑥) → 𝑥𝐴) → (((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑦𝑥) → 𝑥𝐴))
121119, 120syl6 35 . . . . . . . . . . 11 (𝑦 ∈ ω → (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 → (((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑦𝑥) → 𝑥𝐴)))
122121exp4a 420 . . . . . . . . . 10 (𝑦 ∈ ω → (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 → ((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) → (𝑦𝑥 𝑥𝐴))))
123122com24 95 . . . . . . . . 9 (𝑦 ∈ ω → (𝑦𝑥 → ((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) → (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 𝑥𝐴))))
1242, 123syl5 34 . . . . . . . 8 (𝑦 ∈ ω → (𝑥𝑦 → ((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) → (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 𝑥𝐴))))
125124rexlimiv 3213 . . . . . . 7 (∃𝑦 ∈ ω 𝑥𝑦 → ((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) → (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 𝑥𝐴)))
1261, 125sylbi 208 . . . . . 6 (𝑥 ∈ Fin → ((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) → (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 𝑥𝐴)))
127126com13 88 . . . . 5 (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 → ((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) → (𝑥 ∈ Fin → 𝑥𝐴)))
128127impd 398 . . . 4 (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 → (((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ Fin) → 𝑥𝐴))
129128alrimiv 2018 . . 3 (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 → ∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ Fin) → 𝑥𝐴))
130 zfpair2 5095 . . . . . 6 {𝑧, 𝑤} ∈ V
131 sseq1 3821 . . . . . . . . 9 (𝑥 = {𝑧, 𝑤} → (𝑥𝐴 ↔ {𝑧, 𝑤} ⊆ 𝐴))
132 neeq1 3038 . . . . . . . . 9 (𝑥 = {𝑧, 𝑤} → (𝑥 ≠ ∅ ↔ {𝑧, 𝑤} ≠ ∅))
133131, 132anbi12d 618 . . . . . . . 8 (𝑥 = {𝑧, 𝑤} → ((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ↔ ({𝑧, 𝑤} ⊆ 𝐴 ∧ {𝑧, 𝑤} ≠ ∅)))
134 eleq1 2871 . . . . . . . 8 (𝑥 = {𝑧, 𝑤} → (𝑥 ∈ Fin ↔ {𝑧, 𝑤} ∈ Fin))
135133, 134anbi12d 618 . . . . . . 7 (𝑥 = {𝑧, 𝑤} → (((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ Fin) ↔ (({𝑧, 𝑤} ⊆ 𝐴 ∧ {𝑧, 𝑤} ≠ ∅) ∧ {𝑧, 𝑤} ∈ Fin)))
136 inteq 4670 . . . . . . . 8 (𝑥 = {𝑧, 𝑤} → 𝑥 = {𝑧, 𝑤})
137136eleq1d 2868 . . . . . . 7 (𝑥 = {𝑧, 𝑤} → ( 𝑥𝐴 {𝑧, 𝑤} ∈ 𝐴))
138135, 137imbi12d 335 . . . . . 6 (𝑥 = {𝑧, 𝑤} → ((((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ Fin) → 𝑥𝐴) ↔ ((({𝑧, 𝑤} ⊆ 𝐴 ∧ {𝑧, 𝑤} ≠ ∅) ∧ {𝑧, 𝑤} ∈ Fin) → {𝑧, 𝑤} ∈ 𝐴)))
139130, 138spcv 3490 . . . . 5 (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ Fin) → 𝑥𝐴) → ((({𝑧, 𝑤} ⊆ 𝐴 ∧ {𝑧, 𝑤} ≠ ∅) ∧ {𝑧, 𝑤} ∈ Fin) → {𝑧, 𝑤} ∈ 𝐴))
140 vex 3392 . . . . . . 7 𝑧 ∈ V
141 vex 3392 . . . . . . 7 𝑤 ∈ V
142140, 141prss 4539 . . . . . 6 ((𝑧𝐴𝑤𝐴) ↔ {𝑧, 𝑤} ⊆ 𝐴)
143140prnz 4498 . . . . . . 7 {𝑧, 𝑤} ≠ ∅
144143biantru 521 . . . . . 6 ({𝑧, 𝑤} ⊆ 𝐴 ↔ ({𝑧, 𝑤} ⊆ 𝐴 ∧ {𝑧, 𝑤} ≠ ∅))
145 prfi 8472 . . . . . . 7 {𝑧, 𝑤} ∈ Fin
146145biantru 521 . . . . . 6 (({𝑧, 𝑤} ⊆ 𝐴 ∧ {𝑧, 𝑤} ≠ ∅) ↔ (({𝑧, 𝑤} ⊆ 𝐴 ∧ {𝑧, 𝑤} ≠ ∅) ∧ {𝑧, 𝑤} ∈ Fin))
147142, 144, 1463bitrri 289 . . . . 5 ((({𝑧, 𝑤} ⊆ 𝐴 ∧ {𝑧, 𝑤} ≠ ∅) ∧ {𝑧, 𝑤} ∈ Fin) ↔ (𝑧𝐴𝑤𝐴))
148140, 141intpr 4700 . . . . . 6 {𝑧, 𝑤} = (𝑧𝑤)
149148eleq1i 2874 . . . . 5 ( {𝑧, 𝑤} ∈ 𝐴 ↔ (𝑧𝑤) ∈ 𝐴)
150139, 147, 1493imtr3g 286 . . . 4 (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ Fin) → 𝑥𝐴) → ((𝑧𝐴𝑤𝐴) → (𝑧𝑤) ∈ 𝐴))
151150ralrimivv 3156 . . 3 (∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ Fin) → 𝑥𝐴) → ∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴)
152129, 151impbii 200 . 2 (∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴 ↔ ∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ Fin) → 𝑥𝐴))
153 ineq1 4004 . . . 4 (𝑥 = 𝑧 → (𝑥𝑦) = (𝑧𝑦))
154153eleq1d 2868 . . 3 (𝑥 = 𝑧 → ((𝑥𝑦) ∈ 𝐴 ↔ (𝑧𝑦) ∈ 𝐴))
155 ineq2 4005 . . . 4 (𝑦 = 𝑤 → (𝑧𝑦) = (𝑧𝑤))
156155eleq1d 2868 . . 3 (𝑦 = 𝑤 → ((𝑧𝑦) ∈ 𝐴 ↔ (𝑧𝑤) ∈ 𝐴))
157154, 156cbvral2v 3366 . 2 (∀𝑥𝐴𝑦𝐴 (𝑥𝑦) ∈ 𝐴 ↔ ∀𝑧𝐴𝑤𝐴 (𝑧𝑤) ∈ 𝐴)
158 df-3an 1102 . . . 4 ((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅ ∧ 𝑥 ∈ Fin) ↔ ((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ Fin))
159158imbi1i 340 . . 3 (((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅ ∧ 𝑥 ∈ Fin) → 𝑥𝐴) ↔ (((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ Fin) → 𝑥𝐴))
160159albii 1904 . 2 (∀𝑥((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅ ∧ 𝑥 ∈ Fin) → 𝑥𝐴) ↔ ∀𝑥(((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅) ∧ 𝑥 ∈ Fin) → 𝑥𝐴))
161152, 157, 1603bitr4i 294 1 (∀𝑥𝐴𝑦𝐴 (𝑥𝑦) ∈ 𝐴 ↔ ∀𝑥((𝑥𝐴𝑥 ≠ ∅ ∧ 𝑥 ∈ Fin) → 𝑥𝐴))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 197  wa 384  w3a 1100  wal 1635   = wceq 1637  wex 1859  wcel 2156  wne 2976  wral 3094  wrex 3095  Vcvv 3389  cun 3765  cin 3766  wss 3767  c0 4114  {csn 4368  {cpr 4370   cint 4667   class class class wbr 4842  ccnv 5308  ran crn 5310  cima 5312  suc csuc 5936  Fun wfun 6093   Fn wfn 6094  wf 6095  1-1wf1 6096  ontowfo 6097  1-1-ontowf1o 6098  cfv 6099  ωcom 7293  cen 8187  Fincfn 8190
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1877  ax-4 1894  ax-5 2001  ax-6 2068  ax-7 2104  ax-8 2158  ax-9 2165  ax-10 2185  ax-11 2201  ax-12 2214  ax-13 2420  ax-ext 2782  ax-sep 4973  ax-nul 4981  ax-pow 5033  ax-pr 5094  ax-un 7177
This theorem depends on definitions:  df-bi 198  df-an 385  df-or 866  df-3or 1101  df-3an 1102  df-tru 1641  df-ex 1860  df-nf 1864  df-sb 2061  df-eu 2634  df-mo 2635  df-clab 2791  df-cleq 2797  df-clel 2800  df-nfc 2935  df-ne 2977  df-ral 3099  df-rex 3100  df-reu 3101  df-rab 3103  df-v 3391  df-sbc 3632  df-csb 3727  df-dif 3770  df-un 3772  df-in 3774  df-ss 3781  df-pss 3783  df-nul 4115  df-if 4278  df-pw 4351  df-sn 4369  df-pr 4371  df-tp 4373  df-op 4375  df-uni 4629  df-int 4668  df-iun 4712  df-br 4843  df-opab 4905  df-mpt 4922  df-tr 4945  df-id 5217  df-eprel 5222  df-po 5230  df-so 5231  df-fr 5268  df-we 5270  df-xp 5315  df-rel 5316  df-cnv 5317  df-co 5318  df-dm 5319  df-rn 5320  df-res 5321  df-ima 5322  df-pred 5891  df-ord 5937  df-on 5938  df-lim 5939  df-suc 5940  df-iota 6062  df-fun 6101  df-fn 6102  df-f 6103  df-f1 6104  df-fo 6105  df-f1o 6106  df-fv 6107  df-ov 6875  df-oprab 6876  df-mpt2 6877  df-om 7294  df-wrecs 7640  df-recs 7702  df-rdg 7740  df-1o 7794  df-oadd 7798  df-er 7977  df-en 8191  df-fin 8194
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