Theorem mrieqv2d 17813

Description: In a Moore system, a set is independent if and only if all its proper subsets have closure properly contained in the closure of the set. Part of Proposition 4.1.3 in [FaureFrolicher] p. 83. (Contributed by David Moews, 1-May-2017.)

Hypotheses

Ref	Expression
mrieqvd.1	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ (Moore‘𝑋))
mrieqvd.2	⊢ 𝑁 = (mrCls‘𝐴)
mrieqvd.3	⊢ 𝐼 = (mrInd‘𝐴)
mrieqvd.4	⊢ (𝜑 → 𝑆 ⊆ 𝑋)

Assertion

Ref	Expression
mrieqv2d	⊢ (𝜑 → (𝑆 ∈ 𝐼 ↔ ∀𝑠(𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆))))

Distinct variable groups:   𝑆,𝑠   𝜑,𝑠   𝐼,𝑠   𝑁,𝑠

Allowed substitution hints:   𝐴(𝑠)   𝑋(𝑠)

Proof of Theorem mrieqv2d

Dummy variable 𝑥 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		pssnel 4424	. . . . . . 7 ⊢ (𝑠 ⊊ 𝑆 → ∃𝑥(𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝑠))
2	1	3ad2ant3 1153	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) → ∃𝑥(𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝑠))
3		mrieqvd.1	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ (Moore‘𝑋))
4	3	3ad2ant1 1151	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) → 𝐴 ∈ (Moore‘𝑋))
5	4	adantr 486	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝑠)) → 𝐴 ∈ (Moore‘𝑋))
6		mrieqvd.2	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑁 = (mrCls‘𝐴)
7		simprr 785	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝑠)) → ¬ 𝑥 ∈ 𝑠)
8		difsnb 4769	. . . . . . . . . 10 ⊢ (¬ 𝑥 ∈ 𝑠 ↔ (𝑠 ∖ {𝑥}) = 𝑠)
9	7, 8	sylib 221	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝑠)) → (𝑠 ∖ {𝑥}) = 𝑠)
10		simpl3 1212	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝑠)) → 𝑠 ⊊ 𝑆)
11	10	pssssd 4048	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝑠)) → 𝑠 ⊆ 𝑆)
12	11	ssdifd 4092	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝑠)) → (𝑠 ∖ {𝑥}) ⊆ (𝑆 ∖ {𝑥}))
13	9, 12	eqsstrrd 3966	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝑠)) → 𝑠 ⊆ (𝑆 ∖ {𝑥}))
14		mrieqvd.3	. . . . . . . . . 10 ⊢ 𝐼 = (mrInd‘𝐴)
15		simpl2 1211	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝑠)) → 𝑆 ∈ 𝐼)
16	14, 5, 15	mrissd 17810	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝑠)) → 𝑆 ⊆ 𝑋)
17	16	ssdifssd 4094	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝑠)) → (𝑆 ∖ {𝑥}) ⊆ 𝑋)
18	5, 6, 13, 17	mrcssd 17798	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝑠)) → (𝑁‘𝑠) ⊆ (𝑁‘(𝑆 ∖ {𝑥})))
19		difssd 4084	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝑠)) → (𝑆 ∖ {𝑥}) ⊆ 𝑆)
20	5, 6, 19, 16	mrcssd 17798	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝑠)) → (𝑁‘(𝑆 ∖ {𝑥})) ⊆ (𝑁‘𝑆))
21	5, 6, 16	mrcssidd 17799	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝑠)) → 𝑆 ⊆ (𝑁‘𝑆))
22		simprl 783	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝑠)) → 𝑥 ∈ 𝑆)
23	21, 22	sseldd 3932	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝑠)) → 𝑥 ∈ (𝑁‘𝑆))
24	6, 14, 5, 15, 22	ismri2dad 17811	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝑠)) → ¬ 𝑥 ∈ (𝑁‘(𝑆 ∖ {𝑥})))
25	20, 23, 24	ssnelpssd 4064	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝑠)) → (𝑁‘(𝑆 ∖ {𝑥})) ⊊ (𝑁‘𝑆))
26	18, 25	sspsstrd 4060	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 𝑠)) → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆))
27	2, 26	exlimddv 1968	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼 ∧ 𝑠 ⊊ 𝑆) → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆))
28	27	3expia 1139	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼) → (𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆)))
29	28	alrimiv 1960	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑆 ∈ 𝐼) → ∀𝑠(𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆)))
30	29	ex 418	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝑆 ∈ 𝐼 → ∀𝑠(𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆))))
31	3	adantr 486	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → 𝐴 ∈ (Moore‘𝑋))
32	31	elfvexd 6921	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → 𝑋 ∈ V)
33		mrieqvd.4	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ⊆ 𝑋)
34	33	adantr 486	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → 𝑆 ⊆ 𝑋)
35	32, 34	ssexd 5286	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → 𝑆 ∈ V)
36	35	difexd 5293	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → (𝑆 ∖ {𝑥}) ∈ V)
37		simp1r 1217	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) ∧ 𝑠 = (𝑆 ∖ {𝑥}) ∧ (𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆))) → 𝑥 ∈ 𝑆)
38		difsnpss 4770	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑥 ∈ 𝑆 ↔ (𝑆 ∖ {𝑥}) ⊊ 𝑆)
39	37, 38	sylib 221	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) ∧ 𝑠 = (𝑆 ∖ {𝑥}) ∧ (𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆))) → (𝑆 ∖ {𝑥}) ⊊ 𝑆)
40		simp2 1155	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) ∧ 𝑠 = (𝑆 ∖ {𝑥}) ∧ (𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆))) → 𝑠 = (𝑆 ∖ {𝑥}))
41	40	psseq1d 4043	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) ∧ 𝑠 = (𝑆 ∖ {𝑥}) ∧ (𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆))) → (𝑠 ⊊ 𝑆 ↔ (𝑆 ∖ {𝑥}) ⊊ 𝑆))
42	39, 41	mpbird 260	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) ∧ 𝑠 = (𝑆 ∖ {𝑥}) ∧ (𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆))) → 𝑠 ⊊ 𝑆)
43		simp3 1156	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) ∧ 𝑠 = (𝑆 ∖ {𝑥}) ∧ (𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆))) → (𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆)))
44	42, 43	mpd 16	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) ∧ 𝑠 = (𝑆 ∖ {𝑥}) ∧ (𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆))) → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆))
45	40	fveq2d 6889	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) ∧ 𝑠 = (𝑆 ∖ {𝑥}) ∧ (𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆))) → (𝑁‘𝑠) = (𝑁‘(𝑆 ∖ {𝑥})))
46	45	psseq1d 4043	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) ∧ 𝑠 = (𝑆 ∖ {𝑥}) ∧ (𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆))) → ((𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆) ↔ (𝑁‘(𝑆 ∖ {𝑥})) ⊊ (𝑁‘𝑆)))
47	44, 46	mpbid 235	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) ∧ 𝑠 = (𝑆 ∖ {𝑥}) ∧ (𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆))) → (𝑁‘(𝑆 ∖ {𝑥})) ⊊ (𝑁‘𝑆))
48	47	3expia 1139	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) ∧ 𝑠 = (𝑆 ∖ {𝑥})) → ((𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆)) → (𝑁‘(𝑆 ∖ {𝑥})) ⊊ (𝑁‘𝑆)))
49	36, 48	spcimdv 3548	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → (∀𝑠(𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆)) → (𝑁‘(𝑆 ∖ {𝑥})) ⊊ (𝑁‘𝑆)))
50	49	3impia 1135	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ∀𝑠(𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆))) → (𝑁‘(𝑆 ∖ {𝑥})) ⊊ (𝑁‘𝑆))
51	50	pssned 4049	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆 ∧ ∀𝑠(𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆))) → (𝑁‘(𝑆 ∖ {𝑥})) ≠ (𝑁‘𝑆))
52	51	3com23 1144	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ ∀𝑠(𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → (𝑁‘(𝑆 ∖ {𝑥})) ≠ (𝑁‘𝑆))
53	3	3ad2ant1 1151	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ ∀𝑠(𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → 𝐴 ∈ (Moore‘𝑋))
54	33	3ad2ant1 1151	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ ∀𝑠(𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → 𝑆 ⊆ 𝑋)
55		simp3 1156	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ ∀𝑠(𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → 𝑥 ∈ 𝑆)
56	53, 6, 54, 55	mrieqvlemd 17803	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ ∀𝑠(𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → (𝑥 ∈ (𝑁‘(𝑆 ∖ {𝑥})) ↔ (𝑁‘(𝑆 ∖ {𝑥})) = (𝑁‘𝑆)))
57	56	necon3bbid 2993	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ ∀𝑠(𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → (¬ 𝑥 ∈ (𝑁‘(𝑆 ∖ {𝑥})) ↔ (𝑁‘(𝑆 ∖ {𝑥})) ≠ (𝑁‘𝑆)))
58	52, 57	mpbird 260	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ ∀𝑠(𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → ¬ 𝑥 ∈ (𝑁‘(𝑆 ∖ {𝑥})))
59	58	3expia 1139	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ∀𝑠(𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆))) → (𝑥 ∈ 𝑆 → ¬ 𝑥 ∈ (𝑁‘(𝑆 ∖ {𝑥}))))
60	59	ralrimiv 3154	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ∀𝑠(𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆))) → ∀𝑥 ∈ 𝑆 ¬ 𝑥 ∈ (𝑁‘(𝑆 ∖ {𝑥})))
61	60	ex 418	. . 3 ⊢ (𝜑 → (∀𝑠(𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆)) → ∀𝑥 ∈ 𝑆 ¬ 𝑥 ∈ (𝑁‘(𝑆 ∖ {𝑥}))))
62	6, 14, 3, 33	ismri2d 17807	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑆 ∈ 𝐼 ↔ ∀𝑥 ∈ 𝑆 ¬ 𝑥 ∈ (𝑁‘(𝑆 ∖ {𝑥}))))
63	61, 62	sylibrd 262	. 2 ⊢ (𝜑 → (∀𝑠(𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆)) → 𝑆 ∈ 𝐼))
64	30, 63	impbid 215	1 ⊢ (𝜑 → (𝑆 ∈ 𝐼 ↔ ∀𝑠(𝑠 ⊊ 𝑆 → (𝑁‘𝑠) ⊊ (𝑁‘𝑆))))

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103  ∀wal 1568   = wceq 1570  ∃wex 1812   ∈ wcel 2145   ≠ wne 2956  ∀wral 3077  Vcvv 3451   ∖ cdif 3896   ⊆ wss 3899   ⊊ wpss 3900  {csn 4584  ‘cfv 6538  Moorecmre 17752  mrClscmrc 17753  mrIndcmri 17754

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 2213  ax-ext 2733  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7751

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-int 4908  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-id 5546  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-fv 6546  df-mre 17756  df-mrc 17757  df-mri 17758

This theorem is used by:  mrissmrcd  17814