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

Theorem ufilen 23434
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 8945 . . . . . 6 Rel ≼
21brrelex2i 5734 . . . . 5 (ω ≼ 𝑋𝑋 ∈ V)
3 numth3 10465 . . . . 5 (𝑋 ∈ V → 𝑋 ∈ dom card)
42, 3syl 17 . . . 4 (ω ≼ 𝑋𝑋 ∈ dom card)
5 csdfil 23398 . . . 4 ((𝑋 ∈ dom card ∧ ω ≼ 𝑋) → {𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ∈ (Fil‘𝑋))
64, 5mpancom 687 . . 3 (ω ≼ 𝑋 → {𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ∈ (Fil‘𝑋))
7 filssufil 23416 . . 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 6930 . . . . . . 7 (𝑓 ∈ (UFil‘𝑋) → 𝑋 ∈ V)
109ad2antlr 726 . . . . . 6 (((ω ≼ 𝑋𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑓) → 𝑋 ∈ V)
11 ufilfil 23408 . . . . . . . 8 (𝑓 ∈ (UFil‘𝑋) → 𝑓 ∈ (Fil‘𝑋))
12 filelss 23356 . . . . . . . 8 ((𝑓 ∈ (Fil‘𝑋) ∧ 𝑥𝑓) → 𝑥𝑋)
1311, 12sylan 581 . . . . . . 7 ((𝑓 ∈ (UFil‘𝑋) ∧ 𝑥𝑓) → 𝑥𝑋)
1413adantll 713 . . . . . 6 (((ω ≼ 𝑋𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑓) → 𝑥𝑋)
15 ssdomg 8996 . . . . . 6 (𝑋 ∈ V → (𝑥𝑋𝑥𝑋))
1610, 14, 15sylc 65 . . . . 5 (((ω ≼ 𝑋𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑓) → 𝑥𝑋)
17 filfbas 23352 . . . . . . . . 9 (𝑓 ∈ (Fil‘𝑋) → 𝑓 ∈ (fBas‘𝑋))
1811, 17syl 17 . . . . . . . 8 (𝑓 ∈ (UFil‘𝑋) → 𝑓 ∈ (fBas‘𝑋))
1918adantl 483 . . . . . . 7 ((ω ≼ 𝑋𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)) → 𝑓 ∈ (fBas‘𝑋))
20 fbncp 23343 . . . . . . 7 ((𝑓 ∈ (fBas‘𝑋) ∧ 𝑥𝑓) → ¬ (𝑋𝑥) ∈ 𝑓)
2119, 20sylan 581 . . . . . 6 (((ω ≼ 𝑋𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑓) → ¬ (𝑋𝑥) ∈ 𝑓)
22 difeq2 4117 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 = (𝑋𝑥) → (𝑋𝑦) = (𝑋 ∖ (𝑋𝑥)))
2322breq1d 5159 . . . . . . . . . . . 12 (𝑦 = (𝑋𝑥) → ((𝑋𝑦) ≺ 𝑋 ↔ (𝑋 ∖ (𝑋𝑥)) ≺ 𝑋))
24 difss 4132 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑋𝑥) ⊆ 𝑋
25 elpw2g 5345 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑋 ∈ V → ((𝑋𝑥) ∈ 𝒫 𝑋 ↔ (𝑋𝑥) ⊆ 𝑋))
2624, 25mpbiri 258 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑋 ∈ V → (𝑋𝑥) ∈ 𝒫 𝑋)
27263ad2ant1 1134 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑋 ∈ V ∧ 𝑥𝑋𝑥𝑋) → (𝑋𝑥) ∈ 𝒫 𝑋)
28 simp2 1138 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑋 ∈ V ∧ 𝑥𝑋𝑥𝑋) → 𝑥𝑋)
29 dfss4 4259 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥𝑋 ↔ (𝑋 ∖ (𝑋𝑥)) = 𝑥)
3028, 29sylib 217 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑋 ∈ V ∧ 𝑥𝑋𝑥𝑋) → (𝑋 ∖ (𝑋𝑥)) = 𝑥)
31 simp3 1139 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑋 ∈ V ∧ 𝑥𝑋𝑥𝑋) → 𝑥𝑋)
3230, 31eqbrtrd 5171 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑋 ∈ V ∧ 𝑥𝑋𝑥𝑋) → (𝑋 ∖ (𝑋𝑥)) ≺ 𝑋)
3323, 27, 32elrabd 3686 . . . . . . . . . . 11 ((𝑋 ∈ V ∧ 𝑥𝑋𝑥𝑋) → (𝑋𝑥) ∈ {𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋})
34 ssel 3976 . . . . . . . . . . 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 1119 . . . . . . . . 9 (((𝑋 ∈ V ∧ 𝑥𝑋) ∧ 𝑥𝑋) → ({𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ⊆ 𝑓 → (𝑋𝑥) ∈ 𝑓))
3736impancom 453 . . . . . . . 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 453 . . . . . 6 (((𝑋 ∈ V ∧ 𝑥𝑋) ∧ ¬ (𝑋𝑥) ∈ 𝑓) → ({𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ⊆ 𝑓 → ¬ 𝑥𝑋))
4010, 14, 21, 39syl21anc 837 . . . . 5 (((ω ≼ 𝑋𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑓) → ({𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ⊆ 𝑓 → ¬ 𝑥𝑋))
41 bren2 8979 . . . . . 6 (𝑥𝑋 ↔ (𝑥𝑋 ∧ ¬ 𝑥𝑋))
4241simplbi2 502 . . . . 5 (𝑥𝑋 → (¬ 𝑥𝑋𝑥𝑋))
4316, 40, 42sylsyld 61 . . . 4 (((ω ≼ 𝑋𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)) ∧ 𝑥𝑓) → ({𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ⊆ 𝑓𝑥𝑋))
4443ralrimdva 3155 . . 3 ((ω ≼ 𝑋𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)) → ({𝑦 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝑋𝑦) ≺ 𝑋} ⊆ 𝑓 → ∀𝑥𝑓 𝑥𝑋))
4544reximdva 3169 . 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 397  w3a 1088   = wceq 1542  wcel 2107  wral 3062  wrex 3071  {crab 3433  Vcvv 3475  cdif 3946  wss 3949  𝒫 cpw 4603   class class class wbr 5149  dom cdm 5677  cfv 6544  ωcom 7855  cen 8936  cdom 8937  csdm 8938  cardccrd 9930  fBascfbas 20932  Filcfil 23349  UFilcufil 23403
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2138  ax-11 2155  ax-12 2172  ax-ext 2704  ax-rep 5286  ax-sep 5300  ax-nul 5307  ax-pow 5364  ax-pr 5428  ax-un 7725  ax-inf2 9636  ax-ac2 10458
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 398  df-or 847  df-3or 1089  df-3an 1090  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2069  df-mo 2535  df-eu 2564  df-clab 2711  df-cleq 2725  df-clel 2811  df-nfc 2886  df-ne 2942  df-nel 3048  df-ral 3063  df-rex 3072  df-rmo 3377  df-reu 3378  df-rab 3434  df-v 3477  df-sbc 3779  df-csb 3895  df-dif 3952  df-un 3954  df-in 3956  df-ss 3966  df-pss 3968  df-nul 4324  df-if 4530  df-pw 4605  df-sn 4630  df-pr 4632  df-op 4636  df-uni 4910  df-int 4952  df-iun 5000  df-br 5150  df-opab 5212  df-mpt 5233  df-tr 5267  df-id 5575  df-eprel 5581  df-po 5589  df-so 5590  df-fr 5632  df-se 5633  df-we 5634  df-xp 5683  df-rel 5684  df-cnv 5685  df-co 5686  df-dm 5687  df-rn 5688  df-res 5689  df-ima 5690  df-pred 6301  df-ord 6368  df-on 6369  df-lim 6370  df-suc 6371  df-iota 6496  df-fun 6546  df-fn 6547  df-f 6548  df-f1 6549  df-fo 6550  df-f1o 6551  df-fv 6552  df-isom 6553  df-riota 7365  df-ov 7412  df-oprab 7413  df-mpo 7414  df-rpss 7713  df-om 7856  df-1st 7975  df-2nd 7976  df-frecs 8266  df-wrecs 8297  df-recs 8371  df-rdg 8410  df-1o 8466  df-2o 8467  df-oadd 8470  df-er 8703  df-en 8940  df-dom 8941  df-sdom 8942  df-fin 8943  df-fi 9406  df-oi 9505  df-dju 9896  df-card 9934  df-ac 10111  df-fbas 20941  df-fg 20942  df-fil 23350  df-ufil 23405
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator