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Theorem grur1a 10931
Description: A characterization of Grothendieck universes, part 1. (Contributed by Mario Carneiro, 23-Jun-2013.)
Hypothesis
Ref Expression
gruina.1 𝐴 = (𝑈 ∩ On)
Assertion
Ref Expression
grur1a (𝑈 ∈ Univ → (𝑅1‘𝐴) ⊆ 𝑈)

Proof of Theorem grur1a
Dummy variables 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 gruina.1 . . . . . 6 𝐴 = (𝑈 ∩ On)
2 inss1 4136 . . . . . 6 (𝑈 ∩ On) ⊆ 𝑈
31, 2eqsstri 3959 . . . . 5 𝐴 ⊆ 𝑈
4 sseq2 3939 . . . . 5 (𝑈 = ∅ → (𝐴 ⊆ 𝑈 ↔ 𝐴 ⊆ ∅))
53, 4mpbii 236 . . . 4 (𝑈 = ∅ → 𝐴 ⊆ ∅)
6 ss0 4355 . . . 4 (𝐴 ⊆ ∅ → 𝐴 = ∅)
7 fveq2 6908 . . . . . 6 (𝐴 = ∅ → (𝑅1‘𝐴) = (𝑅1‘∅))
8 r10 9802 . . . . . 6 (𝑅1‘∅) = ∅
97, 8eqtrdi 2814 . . . . 5 (𝐴 = ∅ → (𝑅1‘𝐴) = ∅)
10 0ss 4353 . . . . 5 ∅ ⊆ 𝑈
119, 10eqsstrdi 3957 . . . 4 (𝐴 = ∅ → (𝑅1‘𝐴) ⊆ 𝑈)
125, 6, 113syl 19 . . 3 (𝑈 = ∅ → (𝑅1‘𝐴) ⊆ 𝑈)
1312a1i 11 . 2 (𝑈 ∈ Univ → (𝑈 = ∅ → (𝑅1‘𝐴) ⊆ 𝑈))
141gruina 10930 . . . . 5 ((𝑈 ∈ Univ ∧ 𝑈 ≠ ∅) → 𝐴 ∈ Inacc)
15 inawina 10802 . . . . 5 (𝐴 ∈ Inacc → 𝐴 ∈ Inaccw)
16 winaon 10800 . . . . . 6 (𝐴 ∈ Inaccw → 𝐴 ∈ On)
17 winalim 10807 . . . . . 6 (𝐴 ∈ Inaccw → Lim 𝐴)
18 r1lim 9806 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ On ∧ Lim 𝐴) → (𝑅1‘𝐴) = ∪ 𝑥 ∈ 𝐴 (𝑅1‘𝑥))
1916, 17, 18syl2anc 596 . . . . 5 (𝐴 ∈ Inaccw → (𝑅1‘𝐴) = ∪ 𝑥 ∈ 𝐴 (𝑅1‘𝑥))
2014, 15, 193syl 19 . . . 4 ((𝑈 ∈ Univ ∧ 𝑈 ≠ ∅) → (𝑅1‘𝐴) = ∪ 𝑥 ∈ 𝐴 (𝑅1‘𝑥))
21 inss2 4137 . . . . . . . . . . . 12 (𝑈 ∩ On) ⊆ On
221, 21eqsstri 3959 . . . . . . . . . . 11 𝐴 ⊆ On
2322sseli 3909 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ 𝐴 → 𝑥 ∈ On)
24 eleq1 2852 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 = ∅ → (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ ∅ ∈ 𝐴))
25 fveq2 6908 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑥 = ∅ → (𝑅1‘𝑥) = (𝑅1‘∅))
2625, 8eqtrdi 2814 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 = ∅ → (𝑅1‘𝑥) = ∅)
2726eleq1d 2849 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 = ∅ → ((𝑅1‘𝑥) ∈ 𝑈 ↔ ∅ ∈ 𝑈))
2824, 27imbi12d 347 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 = ∅ → ((𝑥 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘𝑥) ∈ 𝑈) ↔ (∅ ∈ 𝐴 → ∅ ∈ 𝑈)))
29 eleq1 2852 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 = 𝑦 → (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑦 ∈ 𝐴))
30 fveq2 6908 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 = 𝑦 → (𝑅1‘𝑥) = (𝑅1‘𝑦))
3130eleq1d 2849 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 = 𝑦 → ((𝑅1‘𝑥) ∈ 𝑈 ↔ (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈))
3229, 31imbi12d 347 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 = 𝑦 → ((𝑥 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘𝑥) ∈ 𝑈) ↔ (𝑦 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈)))
33 eleq1 2852 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 = suc 𝑦 → (𝑥 ∈ 𝐴 ↔ suc 𝑦 ∈ 𝐴))
34 fveq2 6908 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 = suc 𝑦 → (𝑅1‘𝑥) = (𝑅1‘suc 𝑦))
3534eleq1d 2849 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 = suc 𝑦 → ((𝑅1‘𝑥) ∈ 𝑈 ↔ (𝑅1‘suc 𝑦) ∈ 𝑈))
3633, 35imbi12d 347 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 = suc 𝑦 → ((𝑥 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘𝑥) ∈ 𝑈) ↔ (suc 𝑦 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘suc 𝑦) ∈ 𝑈)))
373sseli 3909 . . . . . . . . . . . . 13 (∅ ∈ 𝐴 → ∅ ∈ 𝑈)
3837a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝑈 ∈ Univ → (∅ ∈ 𝐴 → ∅ ∈ 𝑈))
39 simpr 490 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑈 ∈ Univ ∧ suc 𝑦 ∈ 𝐴) → suc 𝑦 ∈ 𝐴)
40 elelsuc 6456 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (suc 𝑦 ∈ 𝐴 → suc 𝑦 ∈ suc 𝐴)
413sseli 3909 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (suc 𝑦 ∈ 𝐴 → suc 𝑦 ∈ 𝑈)
4241ne0d 4291 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (suc 𝑦 ∈ 𝐴 → 𝑈 ≠ ∅)
4314, 15, 163syl 19 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝑈 ∈ Univ ∧ 𝑈 ≠ ∅) → 𝐴 ∈ On)
4442, 43sylan2 605 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝑈 ∈ Univ ∧ suc 𝑦 ∈ 𝐴) → 𝐴 ∈ On)
45 eloni 6390 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝐴 ∈ On → Ord 𝐴)
46 ordsucelsuc 7857 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (Ord 𝐴 → (𝑦 ∈ 𝐴 ↔ suc 𝑦 ∈ suc 𝐴))
4744, 45, 463syl 19 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝑈 ∈ Univ ∧ suc 𝑦 ∈ 𝐴) → (𝑦 ∈ 𝐴 ↔ suc 𝑦 ∈ suc 𝐴))
4840, 47imbitrrid 249 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑈 ∈ Univ ∧ suc 𝑦 ∈ 𝐴) → (suc 𝑦 ∈ 𝐴 → 𝑦 ∈ 𝐴))
4939, 48mpd 16 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑈 ∈ Univ ∧ suc 𝑦 ∈ 𝐴) → 𝑦 ∈ 𝐴)
50 grupw 10907 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝑈 ∈ Univ ∧ (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈) → 𝒫 (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈)
5150ex 418 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑈 ∈ Univ → ((𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈 → 𝒫 (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈))
5251adantr 486 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑈 ∈ Univ ∧ suc 𝑦 ∈ 𝐴) → ((𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈 → 𝒫 (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈))
53 r1suc 9804 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑦 ∈ On → (𝑅1‘suc 𝑦) = 𝒫 (𝑅1‘𝑦))
5453eleq1d 2849 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑦 ∈ On → ((𝑅1‘suc 𝑦) ∈ 𝑈 ↔ 𝒫 (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈))
5554biimprcd 253 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝒫 (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈 → (𝑦 ∈ On → (𝑅1‘suc 𝑦) ∈ 𝑈))
5652, 55syl6 36 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑈 ∈ Univ ∧ suc 𝑦 ∈ 𝐴) → ((𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈 → (𝑦 ∈ On → (𝑅1‘suc 𝑦) ∈ 𝑈)))
5749, 56embantd 60 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑈 ∈ Univ ∧ suc 𝑦 ∈ 𝐴) → ((𝑦 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈) → (𝑦 ∈ On → (𝑅1‘suc 𝑦) ∈ 𝑈)))
5857ex 418 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑈 ∈ Univ → (suc 𝑦 ∈ 𝐴 → ((𝑦 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈) → (𝑦 ∈ On → (𝑅1‘suc 𝑦) ∈ 𝑈))))
5958com23 87 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑈 ∈ Univ → ((𝑦 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈) → (suc 𝑦 ∈ 𝐴 → (𝑦 ∈ On → (𝑅1‘suc 𝑦) ∈ 𝑈))))
6059com4r 95 . . . . . . . . . . . 12 (𝑦 ∈ On → (𝑈 ∈ Univ → ((𝑦 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈) → (suc 𝑦 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘suc 𝑦) ∈ 𝑈))))
61 simpr 490 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝑈 ∈ Univ ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → 𝑥 ∈ 𝐴)
623sseli 3909 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑥 ∈ 𝐴 → 𝑥 ∈ 𝑈)
6362ne0d 4291 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑥 ∈ 𝐴 → 𝑈 ≠ ∅)
6463, 43sylan2 605 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝑈 ∈ Univ ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → 𝐴 ∈ On)
65 ontr1 6428 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝐴 ∈ On → ((𝑦 ∈ 𝑥 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → 𝑦 ∈ 𝐴))
66 pm2.27 43 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑦 ∈ 𝐴 → ((𝑦 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈) → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈))
6765, 66syl6 36 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝐴 ∈ On → ((𝑦 ∈ 𝑥 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → ((𝑦 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈) → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈)))
6867expd 421 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝐴 ∈ On → (𝑦 ∈ 𝑥 → (𝑥 ∈ 𝐴 → ((𝑦 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈) → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈))))
6968com3r 88 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑥 ∈ 𝐴 → (𝐴 ∈ On → (𝑦 ∈ 𝑥 → ((𝑦 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈) → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈))))
7061, 64, 69sylc 66 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝑈 ∈ Univ ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → (𝑦 ∈ 𝑥 → ((𝑦 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈) → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈)))
7170imp 412 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝑈 ∈ Univ ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑦 ∈ 𝑥) → ((𝑦 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈) → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈))
7271ralimdva 3178 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑈 ∈ Univ ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → (∀𝑦 ∈ 𝑥 (𝑦 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈) → ∀𝑦 ∈ 𝑥 (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈))
73 gruiun 10911 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝑈 ∈ Univ ∧ 𝑥 ∈ 𝑈 ∧ ∀𝑦 ∈ 𝑥 (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈) → ∪ 𝑦 ∈ 𝑥 (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈)
74733expia 1139 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑈 ∈ Univ ∧ 𝑥 ∈ 𝑈) → (∀𝑦 ∈ 𝑥 (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈 → ∪ 𝑦 ∈ 𝑥 (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈))
7562, 74sylan2 605 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑈 ∈ Univ ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → (∀𝑦 ∈ 𝑥 (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈 → ∪ 𝑦 ∈ 𝑥 (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈))
7672, 75syld 48 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑈 ∈ Univ ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → (∀𝑦 ∈ 𝑥 (𝑦 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈) → ∪ 𝑦 ∈ 𝑥 (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈))
77 vex 3458 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 𝑥 ∈ V
78 r1lim 9806 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝑥 ∈ V ∧ Lim 𝑥) → (𝑅1‘𝑥) = ∪ 𝑦 ∈ 𝑥 (𝑅1‘𝑦))
7977, 78mpan 703 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (Lim 𝑥 → (𝑅1‘𝑥) = ∪ 𝑦 ∈ 𝑥 (𝑅1‘𝑦))
8079eleq1d 2849 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (Lim 𝑥 → ((𝑅1‘𝑥) ∈ 𝑈 ↔ ∪ 𝑦 ∈ 𝑥 (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈))
8180biimprd 251 . . . . . . . . . . . . . . 15 (Lim 𝑥 → (∪ 𝑦 ∈ 𝑥 (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈 → (𝑅1‘𝑥) ∈ 𝑈))
8276, 81sylan9r 518 . . . . . . . . . . . . . 14 ((Lim 𝑥 ∧ (𝑈 ∈ Univ ∧ 𝑥 ∈ 𝐴)) → (∀𝑦 ∈ 𝑥 (𝑦 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈) → (𝑅1‘𝑥) ∈ 𝑈))
8382exp32 426 . . . . . . . . . . . . 13 (Lim 𝑥 → (𝑈 ∈ Univ → (𝑥 ∈ 𝐴 → (∀𝑦 ∈ 𝑥 (𝑦 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈) → (𝑅1‘𝑥) ∈ 𝑈))))
8483com34 92 . . . . . . . . . . . 12 (Lim 𝑥 → (𝑈 ∈ Univ → (∀𝑦 ∈ 𝑥 (𝑦 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘𝑦) ∈ 𝑈) → (𝑥 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘𝑥) ∈ 𝑈))))
8528, 32, 36, 38, 60, 84tfinds2 7899 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ On → (𝑈 ∈ Univ → (𝑥 ∈ 𝐴 → (𝑅1‘𝑥) ∈ 𝑈)))
8685com3r 88 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ 𝐴 → (𝑥 ∈ On → (𝑈 ∈ Univ → (𝑅1‘𝑥) ∈ 𝑈)))
8723, 86mpd 16 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ 𝐴 → (𝑈 ∈ Univ → (𝑅1‘𝑥) ∈ 𝑈))
8887impcom 413 . . . . . . . 8 ((𝑈 ∈ Univ ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → (𝑅1‘𝑥) ∈ 𝑈)
89 gruelss 10906 . . . . . . . 8 ((𝑈 ∈ Univ ∧ (𝑅1‘𝑥) ∈ 𝑈) → (𝑅1‘𝑥) ⊆ 𝑈)
9088, 89syldan 603 . . . . . . 7 ((𝑈 ∈ Univ ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → (𝑅1‘𝑥) ⊆ 𝑈)
9190ralrimiva 3158 . . . . . 6 (𝑈 ∈ Univ → ∀𝑥 ∈ 𝐴 (𝑅1‘𝑥) ⊆ 𝑈)
92 iunss 5006 . . . . . 6 (∪ 𝑥 ∈ 𝐴 (𝑅1‘𝑥) ⊆ 𝑈 ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐴 (𝑅1‘𝑥) ⊆ 𝑈)
9391, 92sylibr 237 . . . . 5 (𝑈 ∈ Univ → ∪ 𝑥 ∈ 𝐴 (𝑅1‘𝑥) ⊆ 𝑈)
9493adantr 486 . . . 4 ((𝑈 ∈ Univ ∧ 𝑈 ≠ ∅) → ∪ 𝑥 ∈ 𝐴 (𝑅1‘𝑥) ⊆ 𝑈)
9520, 94eqsstrd 3947 . . 3 ((𝑈 ∈ Univ ∧ 𝑈 ≠ ∅) → (𝑅1‘𝐴) ⊆ 𝑈)
9695ex 418 . 2 (𝑈 ∈ Univ → (𝑈 ≠ ∅ → (𝑅1‘𝐴) ⊆ 𝑈))
9713, 96pm2.61dne 3045 1 (𝑈 ∈ Univ → (𝑅1‘𝐴) ⊆ 𝑈)
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2147   ≠ wne 2959  ∀wral 3080  Vcvv 3454   ⊆ wss 3900   ∩ cin 4092  ∅c0 4281  𝒫 cpw 4560  ∪ ciun 4954  Ord word 6379  Oncon0 6380  Lim wlim 6381  suc csuc 6382  ‘cfv 6558  𝑅1cr1 9793  Inaccwcwina 10794  Inacccina 10795  Univcgru 10902
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 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5235  ax-sep 5252  ax-nul 5263  ax-pow 5331  ax-pr 5395  ax-un 7775  ax-ac2 10568
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 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-br 5107  df-opab 5171  df-mpt 5190  df-tr 5216  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-se 5609  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6322  df-ord 6383  df-on 6384  df-lim 6385  df-suc 6386  df-iota 6512  df-fun 6560  df-fn 6561  df-f 6562  df-f1 6563  df-fo 6564  df-f1o 6565  df-fv 6566  df-isom 6567  df-riota 7400  df-ov 7446  df-oprab 7447  df-mpo 7448  df-om 7902  df-2nd 8026  df-frecs 8327  df-wrecs 8358  df-recs 8407  df-rdg 8446  df-er 8745  df-map 8877  df-en 9002  df-dom 9003  df-sdom 9004  df-r1 9795  df-card 10047  df-cf 10049  df-ac 10222  df-wina 10796  df-ina 10797  df-gru 10903
This theorem is used by:  grur1  10932
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