Theorem grucollcld 45071

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 45063	. 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 490	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅)
5	2	ad2antrr 739	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅) → 𝐺 ∈ Univ)
6	3	ad2antrr 739	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅) → 𝐴 ∈ 𝐺)
7	5, 6	gru0eld 45054	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅) → ∅ ∈ 𝐺)
8	4, 7	eqeltrd 2862	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺)
9		neq0 4302	. . . . . . 7 ⊢ (¬ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅ ↔ ∃𝑧 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦})
10	2	ad2antrr 739	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → 𝐺 ∈ Univ)
11		breq2 5111	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑦 = 𝑧 → (𝑥𝐹𝑦 ↔ 𝑥𝐹𝑧))
12	11	elscottab 9884	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} → 𝑥𝐹𝑧)
13	12	adantl 487	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → 𝑥𝐹𝑧)
14		grucollcld.2	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ⊆ (𝐺 × 𝐺))
15	14	ad2antrr 739	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → 𝐹 ⊆ (𝐺 × 𝐺))
16	15	ssbrd 5152	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → (𝑥𝐹𝑧 → 𝑥(𝐺 × 𝐺)𝑧))
17	13, 16	mpd 16	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → 𝑥(𝐺 × 𝐺)𝑧)
18		brxp 5708	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑥(𝐺 × 𝐺)𝑧 ↔ (𝑥 ∈ 𝐺 ∧ 𝑧 ∈ 𝐺))
19	18	simprbi 503	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥(𝐺 × 𝐺)𝑧 → 𝑧 ∈ 𝐺)
20	17, 19	syl 18	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → 𝑧 ∈ 𝐺)
21		simpr 490	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦})
22	10, 20, 21	gruscottcld 45060	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺)
23	22	expcom 419	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} → ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺))
24	23	exlimiv 1963	. . . . . . 7 ⊢ (∃𝑧 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} → ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺))
25	9, 24	sylbi 220	. . . . . 6 ⊢ (¬ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅ → ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺))
26	25	impcom 413	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ ¬ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺)
27	8, 26	pm2.61dan 825	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺)
28	27	ralrimiva 3156	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ 𝐴 Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺)
29		gruiun 10811	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Univ ∧ 𝐴 ∈ 𝐺 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐴 Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺) → ∪ 𝑥 ∈ 𝐴 Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺)
30	2, 3, 28, 29	syl3anc 1398	. 2 ⊢ (𝜑 → ∪ 𝑥 ∈ 𝐴 Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺)
31	1, 30	eqeltrid 2866	1 ⊢ (𝜑 → (𝐹 Coll 𝐴) ∈ 𝐺)

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570  ∃wex 1812   ∈ wcel 2145  {cab 2740  ∀wral 3078   ⊆ wss 3902  ∅c0 4282  ∪ ciun 4954   class class class wbr 5107   × cxp 5657  Scott cscott 9870  Univcgru 10802   Coll ccoll 45061

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-rep 5236  ax-sep 5255  ax-nul 5267  ax-pow 5334  ax-pr 5402  ax-un 7739  ax-reg 9567  ax-inf2 9623  ax-ac2 10468

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  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-rmo 3367  df-reu 3368  df-rab 3415  df-v 3455  df-sbc 3743  df-csb 3851  df-dif 3905  df-un 3907  df-in 3909  df-ss 3919  df-pss 3922  df-nul 4283  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4588  df-pr 4590  df-op 4594  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-iin 4957  df-br 5108  df-opab 5172  df-mpt 5191  df-tr 5217  df-id 5554  df-eprel 5559  df-po 5567  df-so 5568  df-fr 5612  df-se 5613  df-we 5614  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-pred 6303  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6493  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-isom 6546  df-riota 7373  df-ov 7419  df-oprab 7420  df-mpo 7421  df-om 7866  df-1st 7989  df-2nd 7990  df-frecs 8283  df-wrecs 8314  df-recs 8363  df-rdg 8402  df-1o 8458  df-er 8699  df-map 8831  df-en 8956  df-dom 8957  df-sdom 8958  df-fin 8959  df-tc 9717  df-r1 9749  df-rank 9750  df-scott 9871  df-card 9947  df-cf 9949  df-acn 9950  df-ac 10122  df-wina 10696  df-ina 10697  df-gru 10803  df-coll 45062

This theorem is used by:  grumnudlem  45096