MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  ufilen Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem ufilen 23953
Description: Any infinite set has an ultrafilter on it whose elements are of the same cardinality as the set. Any such ultrafilter is necessarily free. (Contributed by Jeff Hankins, 7-Dec-2009.) (Revised by Stefan O'Rear, 3-Aug-2015.)
Assertion
Ref Expression
ufilen (ω ≼ 𝑋 → ∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)∀𝑥𝑓 𝑥𝑋)
Distinct variable group:   𝑥,𝑓,𝑋

Proof of Theorem ufilen
Dummy variable 𝑦 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 reldom 8989 . . . . . 6 Rel ≼
21brrelex2i 5745 . . . . 5 (ω ≼ 𝑋𝑋 ∈ V)
3 numth3 10507 . . . . 5 (𝑋 ∈ V → 𝑋 ∈ dom card)
42, 3syl 17 . . . 4 (ω ≼ 𝑋𝑋 ∈ dom card)
5 csdfil 23917 . . . 4 ((𝑋 ∈ dom card ∧ ω ≼ 𝑋) → {𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ∈ (Fil‘𝑋))
64, 5mpancom 688 . . 3 (ω ≼ 𝑋 → {𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ∈ (Fil‘𝑋))
7 filssufil 23935 . . 3 ({𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ∈ (Fil‘𝑋) → ∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋){𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ⊆ 𝑓)
86, 7syl 17 . 2 (ω ≼ 𝑋 → ∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋){𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ⊆ 𝑓)
9 elfvex 6944 . . . . . . 7 (𝑓 ∈ (UFil‘𝑋) → 𝑋 ∈ V)
109ad2antlr 727 . . . . . 6 (((ω ≼ 𝑋𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑓) → 𝑋 ∈ V)
11 ufilfil 23927 . . . . . . . 8 (𝑓 ∈ (UFil‘𝑋) → 𝑓 ∈ (Fil‘𝑋))
12 filelss 23875 . . . . . . . 8 ((𝑓 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ 𝑥𝑓) → 𝑥𝑋)
1311, 12sylan 580 . . . . . . 7 ((𝑓 ∈ (UFil‘𝑋) ∧ 𝑥𝑓) → 𝑥𝑋)
1413adantll 714 . . . . . 6 (((ω ≼ 𝑋𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑓) → 𝑥𝑋)
15 ssdomg 9038 . . . . . 6 (𝑋 ∈ V → (𝑥𝑋𝑥𝑋))
1610, 14, 15sylc 65 . . . . 5 (((ω ≼ 𝑋𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑓) → 𝑥𝑋)
17 filfbas 23871 . . . . . . . . 9 (𝑓 ∈ (Fil‘𝑋) → 𝑓 ∈ (fBas‘𝑋))
1811, 17syl 17 . . . . . . . 8 (𝑓 ∈ (UFil‘𝑋) → 𝑓 ∈ (fBas‘𝑋))
1918adantl 481 . . . . . . 7 ((ω ≼ 𝑋𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)) → 𝑓 ∈ (fBas‘𝑋))
20 fbncp 23862 . . . . . . 7 ((𝑓 ∈ (fBas‘𝑋) ∧ 𝑥𝑓) → ¬ (𝑋𝑥) ∈ 𝑓)
2119, 20sylan 580 . . . . . 6 (((ω ≼ 𝑋𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑓) → ¬ (𝑋𝑥) ∈ 𝑓)
22 difeq2 4129 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 = (𝑋𝑥) → (𝑋𝑦) = (𝑋 ∖ (𝑋𝑥)))
2322breq1d 5157 . . . . . . . . . . . 12 (𝑦 = (𝑋𝑥) → ((𝑋𝑦) ≺ 𝑋 ↔ (𝑋 ∖ (𝑋𝑥)) ≺ 𝑋))
24 difss 4145 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑋𝑥) ⊆ 𝑋
25 elpw2g 5338 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑋 ∈ V → ((𝑋𝑥) ∈ 𝒫 𝑋 ↔ (𝑋𝑥) ⊆ 𝑋))
2624, 25mpbiri 258 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑋 ∈ V → (𝑋𝑥) ∈ 𝒫 𝑋)
27263ad2ant1 1132 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑋 ∈ V ∧ 𝑥𝑋𝑥𝑋) → (𝑋𝑥) ∈ 𝒫 𝑋)
28 simp2 1136 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑋 ∈ V ∧ 𝑥𝑋𝑥𝑋) → 𝑥𝑋)
29 dfss4 4274 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥𝑋 ↔ (𝑋 ∖ (𝑋𝑥)) = 𝑥)
3028, 29sylib 218 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑋 ∈ V ∧ 𝑥𝑋𝑥𝑋) → (𝑋 ∖ (𝑋𝑥)) = 𝑥)
31 simp3 1137 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑋 ∈ V ∧ 𝑥𝑋𝑥𝑋) → 𝑥𝑋)
3230, 31eqbrtrd 5169 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑋 ∈ V ∧ 𝑥𝑋𝑥𝑋) → (𝑋 ∖ (𝑋𝑥)) ≺ 𝑋)
3323, 27, 32elrabd 3696 . . . . . . . . . . 11 ((𝑋 ∈ V ∧ 𝑥𝑋𝑥𝑋) → (𝑋𝑥) ∈ {𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋})
34 ssel 3988 . . . . . . . . . . 11 ({𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ⊆ 𝑓 → ((𝑋𝑥) ∈ {𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} → (𝑋𝑥) ∈ 𝑓))
3533, 34syl5com 31 . . . . . . . . . 10 ((𝑋 ∈ V ∧ 𝑥𝑋𝑥𝑋) → ({𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ⊆ 𝑓 → (𝑋𝑥) ∈ 𝑓))
36353expa 1117 . . . . . . . . 9 (((𝑋 ∈ V ∧ 𝑥𝑋) ∧ 𝑥𝑋) → ({𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ⊆ 𝑓 → (𝑋𝑥) ∈ 𝑓))
3736impancom 451 . . . . . . . 8 (((𝑋 ∈ V ∧ 𝑥𝑋) ∧ {𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ⊆ 𝑓) → (𝑥𝑋 → (𝑋𝑥) ∈ 𝑓))
3837con3d 152 . . . . . . 7 (((𝑋 ∈ V ∧ 𝑥𝑋) ∧ {𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ⊆ 𝑓) → (¬ (𝑋𝑥) ∈ 𝑓 → ¬ 𝑥𝑋))
3938impancom 451 . . . . . 6 (((𝑋 ∈ V ∧ 𝑥𝑋) ∧ ¬ (𝑋𝑥) ∈ 𝑓) → ({𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ⊆ 𝑓 → ¬ 𝑥𝑋))
4010, 14, 21, 39syl21anc 838 . . . . 5 (((ω ≼ 𝑋𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑓) → ({𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ⊆ 𝑓 → ¬ 𝑥𝑋))
41 bren2 9021 . . . . . 6 (𝑥𝑋 ↔ (𝑥𝑋 ∧ ¬ 𝑥𝑋))
4241simplbi2 500 . . . . 5 (𝑥𝑋 → (¬ 𝑥𝑋𝑥𝑋))
4316, 40, 42sylsyld 61 . . . 4 (((ω ≼ 𝑋𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑓) → ({𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ⊆ 𝑓𝑥𝑋))
4443ralrimdva 3151 . . 3 ((ω ≼ 𝑋𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)) → ({𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ⊆ 𝑓 → ∀𝑥𝑓 𝑥𝑋))
4544reximdva 3165 . 2 (ω ≼ 𝑋 → (∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋){𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ⊆ 𝑓 → ∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)∀𝑥𝑓 𝑥𝑋))
468, 45mpd 15 1 (ω ≼ 𝑋 → ∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)∀𝑥𝑓 𝑥𝑋)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wa 395  w3a 1086   = wceq 1536  wcel 2105  wral 3058  wrex 3067  {crab 3432  Vcvv 3477  cdif 3959  wss 3962  𝒫 cpw 4604   class class class wbr 5147  dom cdm 5688  cfv 6562  ωcom 7886  cen 8980  cdom 8981  csdm 8982  cardccrd 9972  fBascfbas 21369  Filcfil 23868  UFilcufil 23922
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1791  ax-4 1805  ax-5 1907  ax-6 1964  ax-7 2004  ax-8 2107  ax-9 2115  ax-10 2138  ax-11 2154  ax-12 2174  ax-ext 2705  ax-rep 5284  ax-sep 5301  ax-nul 5311  ax-pow 5370  ax-pr 5437  ax-un 7753  ax-inf2 9678  ax-ac2 10500
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1539  df-fal 1549  df-ex 1776  df-nf 1780  df-sb 2062  df-mo 2537  df-eu 2566  df-clab 2712  df-cleq 2726  df-clel 2813  df-nfc 2889  df-ne 2938  df-nel 3044  df-ral 3059  df-rex 3068  df-rmo 3377  df-reu 3378  df-rab 3433  df-v 3479  df-sbc 3791  df-csb 3908  df-dif 3965  df-un 3967  df-in 3969  df-ss 3979  df-pss 3982  df-nul 4339  df-if 4531  df-pw 4606  df-sn 4631  df-pr 4633  df-op 4637  df-uni 4912  df-int 4951  df-iun 4997  df-br 5148  df-opab 5210  df-mpt 5231  df-tr 5265  df-id 5582  df-eprel 5588  df-po 5596  df-so 5597  df-fr 5640  df-se 5641  df-we 5642  df-xp 5694  df-rel 5695  df-cnv 5696  df-co 5697  df-dm 5698  df-rn 5699  df-res 5700  df-ima 5701  df-pred 6322  df-ord 6388  df-on 6389  df-lim 6390  df-suc 6391  df-iota 6515  df-fun 6564  df-fn 6565  df-f 6566  df-f1 6567  df-fo 6568  df-f1o 6569  df-fv 6570  df-isom 6571  df-riota 7387  df-ov 7433  df-oprab 7434  df-mpo 7435  df-rpss 7741  df-om 7887  df-1st 8012  df-2nd 8013  df-frecs 8304  df-wrecs 8335  df-recs 8409  df-rdg 8448  df-1o 8504  df-2o 8505  df-oadd 8508  df-er 8743  df-en 8984  df-dom 8985  df-sdom 8986  df-fin 8987  df-fi 9448  df-oi 9547  df-dju 9938  df-card 9976  df-ac 10153  df-fbas 21378  df-fg 21379  df-fil 23869  df-ufil 23924
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator