Theorem grucollcld 44538

Description: A Grothendieck universe contains the output of a collection operation whenever its left input is a relation on the universe, and its right input is in the universe. (Contributed by Rohan Ridenour, 11-Aug-2023.)

Hypotheses

Ref	Expression
grucollcld.1	⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ Univ)
grucollcld.2	⊢ (𝜑 → 𝐹 ⊆ (𝐺 × 𝐺))
grucollcld.3	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ 𝐺)

Assertion

Ref	Expression
grucollcld	⊢ (𝜑 → (𝐹 Coll 𝐴) ∈ 𝐺)

Proof of Theorem grucollcld

Dummy variables 𝑥 𝑧 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		dfcoll2 44530	. 2 ⊢ (𝐹 Coll 𝐴) = ∪ 𝑥 ∈ 𝐴 Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}
2		grucollcld.1	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ Univ)
3		grucollcld.3	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ 𝐺)
4		simpr 484	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅)
5	2	ad2antrr 727	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅) → 𝐺 ∈ Univ)
6	3	ad2antrr 727	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅) → 𝐴 ∈ 𝐺)
7	5, 6	gru0eld 44507	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅) → ∅ ∈ 𝐺)
8	4, 7	eqeltrd 2835	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺)
9		neq0 4303	. . . . . . 7 ⊢ (¬ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅ ↔ ∃𝑧 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦})
10	2	ad2antrr 727	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → 𝐺 ∈ Univ)
11		breq2 5101	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑦 = 𝑧 → (𝑥𝐹𝑦 ↔ 𝑥𝐹𝑧))
12	11	elscottab 44522	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} → 𝑥𝐹𝑧)
13	12	adantl 481	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → 𝑥𝐹𝑧)
14		grucollcld.2	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ⊆ (𝐺 × 𝐺))
15	14	ad2antrr 727	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → 𝐹 ⊆ (𝐺 × 𝐺))
16	15	ssbrd 5140	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → (𝑥𝐹𝑧 → 𝑥(𝐺 × 𝐺)𝑧))
17	13, 16	mpd 15	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → 𝑥(𝐺 × 𝐺)𝑧)
18		brxp 5672	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑥(𝐺 × 𝐺)𝑧 ↔ (𝑥 ∈ 𝐺 ∧ 𝑧 ∈ 𝐺))
19	18	simprbi 496	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥(𝐺 × 𝐺)𝑧 → 𝑧 ∈ 𝐺)
20	17, 19	syl 17	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → 𝑧 ∈ 𝐺)
21		simpr 484	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦})
22	10, 20, 21	gruscottcld 44527	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺)
23	22	expcom 413	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} → ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺))
24	23	exlimiv 1932	. . . . . . 7 ⊢ (∃𝑧 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} → ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺))
25	9, 24	sylbi 217	. . . . . 6 ⊢ (¬ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅ → ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺))
26	25	impcom 407	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ ¬ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺)
27	8, 26	pm2.61dan 813	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺)
28	27	ralrimiva 3127	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ 𝐴 Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺)
29		gruiun 10712	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Univ ∧ 𝐴 ∈ 𝐺 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐴 Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺) → ∪ 𝑥 ∈ 𝐴 Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺)
30	2, 3, 28, 29	syl3anc 1374	. 2 ⊢ (𝜑 → ∪ 𝑥 ∈ 𝐴 Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺)
31	1, 30	eqeltrid 2839	1 ⊢ (𝜑 → (𝐹 Coll 𝐴) ∈ 𝐺)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1542  ∃wex 1781   ∈ wcel 2114  {cab 2713  ∀wral 3050   ⊆ wss 3900  ∅c0 4284  ∪ ciun 4945   class class class wbr 5097   × cxp 5621  Univcgru 10703  Scott cscott 44513   Coll ccoll 44528

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 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2183  ax-ext 2707  ax-rep 5223  ax-sep 5240  ax-nul 5250  ax-pow 5309  ax-pr 5376  ax-un 7680  ax-reg 9499  ax-inf2 9552  ax-ac2 10375

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2538  df-eu 2568  df-clab 2714  df-cleq 2727  df-clel 2810  df-nfc 2884  df-ne 2932  df-ral 3051  df-rex 3060  df-rmo 3349  df-reu 3350  df-rab 3399  df-v 3441  df-sbc 3740  df-csb 3849  df-dif 3903  df-un 3905  df-in 3907  df-ss 3917  df-pss 3920  df-nul 4285  df-if 4479  df-pw 4555  df-sn 4580  df-pr 4582  df-op 4586  df-uni 4863  df-int 4902  df-iun 4947  df-iin 4948  df-br 5098  df-opab 5160  df-mpt 5179  df-tr 5205  df-id 5518  df-eprel 5523  df-po 5531  df-so 5532  df-fr 5576  df-se 5577  df-we 5578  df-xp 5629  df-rel 5630  df-cnv 5631  df-co 5632  df-dm 5633  df-rn 5634  df-res 5635  df-ima 5636  df-pred 6258  df-ord 6319  df-on 6320  df-lim 6321  df-suc 6322  df-iota 6447  df-fun 6493  df-fn 6494  df-f 6495  df-f1 6496  df-fo 6497  df-f1o 6498  df-fv 6499  df-isom 6500  df-riota 7315  df-ov 7361  df-oprab 7362  df-mpo 7363  df-om 7809  df-1st 7933  df-2nd 7934  df-frecs 8223  df-wrecs 8254  df-recs 8303  df-rdg 8341  df-1o 8397  df-er 8635  df-map 8767  df-en 8886  df-dom 8887  df-sdom 8888  df-fin 8889  df-tc 9646  df-r1 9678  df-rank 9679  df-card 9853  df-cf 9855  df-acn 9856  df-ac 10028  df-wina 10597  df-ina 10598  df-gru 10704  df-scott 44514  df-coll 44529

This theorem is referenced by:  grumnudlem  44563