Theorem grucollcld 44717

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 44709	. 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 486	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅)
5	2	ad2antrr 733	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅) → 𝐺 ∈ Univ)
6	3	ad2antrr 733	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅) → 𝐴 ∈ 𝐺)
7	5, 6	gru0eld 44686	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅) → ∅ ∈ 𝐺)
8	4, 7	eqeltrd 2841	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺)
9		neq0 4282	. . . . . . 7 ⊢ (¬ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅ ↔ ∃𝑧 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦})
10	2	ad2antrr 733	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → 𝐺 ∈ Univ)
11		breq2 5078	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑦 = 𝑧 → (𝑥𝐹𝑦 ↔ 𝑥𝐹𝑧))
12	11	elscottab 44701	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} → 𝑥𝐹𝑧)
13	12	adantl 483	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → 𝑥𝐹𝑧)
14		grucollcld.2	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ⊆ (𝐺 × 𝐺))
15	14	ad2antrr 733	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → 𝐹 ⊆ (𝐺 × 𝐺))
16	15	ssbrd 5117	. . . . . . . . . . . 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 5669	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑥(𝐺 × 𝐺)𝑧 ↔ (𝑥 ∈ 𝐺 ∧ 𝑧 ∈ 𝐺))
19	18	simprbi 499	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥(𝐺 × 𝐺)𝑧 → 𝑧 ∈ 𝐺)
20	17, 19	syl 17	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → 𝑧 ∈ 𝐺)
21		simpr 486	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦})
22	10, 20, 21	gruscottcld 44706	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦}) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺)
23	22	expcom 415	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} → ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺))
24	23	exlimiv 1938	. . . . . . 7 ⊢ (∃𝑧 𝑧 ∈ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} → ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺))
25	9, 24	sylbi 219	. . . . . 6 ⊢ (¬ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅ → ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺))
26	25	impcom 409	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ ¬ Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} = ∅) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺)
27	8, 26	pm2.61dan 819	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺)
28	27	ralrimiva 3133	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ 𝐴 Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺)
29		gruiun 10718	. . 3 ⊢ ((𝐺 ∈ Univ ∧ 𝐴 ∈ 𝐺 ∧ ∀𝑥 ∈ 𝐴 Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺) → ∪ 𝑥 ∈ 𝐴 Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺)
30	2, 3, 28, 29	syl3anc 1380	. 2 ⊢ (𝜑 → ∪ 𝑥 ∈ 𝐴 Scott {𝑦 ∣ 𝑥𝐹𝑦} ∈ 𝐺)
31	1, 30	eqeltrid 2845	1 ⊢ (𝜑 → (𝐹 Coll 𝐴) ∈ 𝐺)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 397   = wceq 1548  ∃wex 1787   ∈ wcel 2121  {cab 2719  ∀wral 3055   ⊆ wss 3884  ∅c0 4263  ∪ ciun 4923   class class class wbr 5074   × cxp 5618  Univcgru 10709  Scott cscott 44692   Coll ccoll 44707

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1803  ax-4 1817  ax-5 1918  ax-6 1975  ax-7 2016  ax-8 2123  ax-9 2131  ax-10 2154  ax-11 2170  ax-12 2191  ax-ext 2713  ax-rep 5201  ax-sep 5220  ax-nul 5230  ax-pow 5296  ax-pr 5364  ax-un 7681  ax-reg 9501  ax-inf2 9557  ax-ac2 10381

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 398  df-or 855  df-3or 1094  df-3an 1095  df-tru 1551  df-fal 1561  df-ex 1788  df-nf 1792  df-sb 2075  df-mo 2545  df-eu 2575  df-clab 2720  df-cleq 2733  df-clel 2816  df-nfc 2890  df-ne 2937  df-ral 3056  df-rex 3066  df-rmo 3346  df-reu 3347  df-rab 3394  df-v 3435  df-sbc 3725  df-csb 3833  df-dif 3887  df-un 3889  df-in 3891  df-ss 3901  df-pss 3904  df-nul 4264  df-if 4457  df-pw 4533  df-sn 4558  df-pr 4560  df-op 4564  df-uni 4841  df-int 4880  df-iun 4925  df-iin 4926  df-br 5075  df-opab 5137  df-mpt 5156  df-tr 5182  df-id 5515  df-eprel 5520  df-po 5528  df-so 5529  df-fr 5573  df-se 5574  df-we 5575  df-xp 5626  df-rel 5627  df-cnv 5628  df-co 5629  df-dm 5630  df-rn 5631  df-res 5632  df-ima 5633  df-pred 6255  df-ord 6316  df-on 6317  df-lim 6318  df-suc 6319  df-iota 6444  df-fun 6490  df-fn 6491  df-f 6492  df-f1 6493  df-fo 6494  df-f1o 6495  df-fv 6496  df-isom 6497  df-riota 7316  df-ov 7362  df-oprab 7363  df-mpo 7364  df-om 7810  df-1st 7933  df-2nd 7934  df-frecs 8224  df-wrecs 8255  df-recs 8304  df-rdg 8343  df-1o 8399  df-er 8637  df-map 8769  df-en 8888  df-dom 8889  df-sdom 8890  df-fin 8891  df-tc 9651  df-r1 9683  df-rank 9684  df-card 9858  df-cf 9860  df-acn 9861  df-ac 10033  df-wina 10603  df-ina 10604  df-gru 10710  df-scott 44693  df-coll 44708

This theorem is referenced by:  grumnudlem  44742