Theorem unielss 44220

Description: Two ways to say the union of a class is an element of a subclass. (Contributed by RP, 29-Jan-2025.)

Assertion

Ref	Expression
unielss	⊢ (𝐴 ⊆ 𝐵 → (∪ 𝐵 ∈ 𝐴 ↔ ∃𝑥 ∈ 𝐴 ∀𝑦 ∈ 𝐵 𝑦 ⊆ 𝑥))

Distinct variable groups:   𝑥,𝐴,𝑦   𝑥,𝐵,𝑦

Proof of Theorem unielss

Dummy variable 𝑧 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		uniel 44219	. 2 ⊢ (∪ 𝐵 ∈ 𝐴 ↔ ∃𝑥 ∈ 𝐴 ∀𝑧(𝑧 ∈ 𝑥 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦))
2		df-ss 3914	. . . . . 6 ⊢ (𝑦 ⊆ 𝑥 ↔ ∀𝑧(𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥))
3	2	ralbii 3108	. . . . 5 ⊢ (∀𝑦 ∈ 𝐵 𝑦 ⊆ 𝑥 ↔ ∀𝑦 ∈ 𝐵 ∀𝑧(𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥))
4		df-ral 3077	. . . . . 6 ⊢ (∀𝑦 ∈ 𝐵 ∀𝑧(𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥) ↔ ∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → ∀𝑧(𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)))
5		19.21v 1971	. . . . . . 7 ⊢ (∀𝑧(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)) ↔ (𝑦 ∈ 𝐵 → ∀𝑧(𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)))
6	5	albii 1851	. . . . . 6 ⊢ (∀𝑦∀𝑧(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)) ↔ ∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → ∀𝑧(𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)))
7		alcom 2195	. . . . . 6 ⊢ (∀𝑦∀𝑧(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)) ↔ ∀𝑧∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)))
8	4, 6, 7	3bitr2i 302	. . . . 5 ⊢ (∀𝑦 ∈ 𝐵 ∀𝑧(𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥) ↔ ∀𝑧∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)))
9	3, 8	bitri 278	. . . 4 ⊢ (∀𝑦 ∈ 𝐵 𝑦 ⊆ 𝑥 ↔ ∀𝑧∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)))
10		ssel2 3923	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ⊆ 𝐵 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → 𝑥 ∈ 𝐵)
11		pm2.27 43	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 ∈ 𝑥 → ((𝑧 ∈ 𝑥 → 𝑧 ∈ 𝑥) → 𝑧 ∈ 𝑥))
12		elequ2 2159	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑦 = 𝑥 → (𝑧 ∈ 𝑦 ↔ 𝑧 ∈ 𝑥))
13	12	imbi1d 344	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑦 = 𝑥 → ((𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥) ↔ (𝑧 ∈ 𝑥 → 𝑧 ∈ 𝑥)))
14	13, 12	imbi12d 347	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑦 = 𝑥 → (((𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥) → 𝑧 ∈ 𝑦) ↔ ((𝑧 ∈ 𝑥 → 𝑧 ∈ 𝑥) → 𝑧 ∈ 𝑥)))
15	14	rspcev 3576	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐵 ∧ ((𝑧 ∈ 𝑥 → 𝑧 ∈ 𝑥) → 𝑧 ∈ 𝑥)) → ∃𝑦 ∈ 𝐵 ((𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥) → 𝑧 ∈ 𝑦))
16	10, 11, 15	syl2an 608	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ⊆ 𝐵 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ 𝑥) → ∃𝑦 ∈ 𝐵 ((𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥) → 𝑧 ∈ 𝑦))
17		r19.35 3120	. . . . . . . . . 10 ⊢ (∃𝑦 ∈ 𝐵 ((𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥) → 𝑧 ∈ 𝑦) ↔ (∀𝑦 ∈ 𝐵 (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥) → ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦))
18		df-ral 3077	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (∀𝑦 ∈ 𝐵 (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥) ↔ ∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)))
19	18	imbi1i 352	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((∀𝑦 ∈ 𝐵 (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥) → ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦) ↔ (∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)) → ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦))
20	17, 19	bitri 278	. . . . . . . . 9 ⊢ (∃𝑦 ∈ 𝐵 ((𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥) → 𝑧 ∈ 𝑦) ↔ (∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)) → ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦))
21	16, 20	sylib 221	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ⊆ 𝐵 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ 𝑧 ∈ 𝑥) → (∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)) → ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦))
22	21	impancom 457	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ⊆ 𝐵 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ ∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥))) → (𝑧 ∈ 𝑥 → ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦))
23		nfv 1946	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑦(𝐴 ⊆ 𝐵 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴)
24		nfa1 2187	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑦∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥))
25	23, 24	nfan 1931	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑦((𝐴 ⊆ 𝐵 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ ∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)))
26		nfv 1946	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑦 𝑧 ∈ 𝑥
27		sp 2219	. . . . . . . . 9 ⊢ (∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)) → (𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)))
28	27	adantl 487	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ⊆ 𝐵 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ ∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥))) → (𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)))
29	25, 26, 28	rexlimd 3269	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ⊆ 𝐵 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ ∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥))) → (∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥))
30	22, 29	impbid 215	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ⊆ 𝐵 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ ∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥))) → (𝑧 ∈ 𝑥 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦))
31		rspe 3252	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝑦) → ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦)
32	31	ex 418	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦))
33	32	ax-gen 1827	. . . . . . 7 ⊢ ∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦))
34		nfre1 3287	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑦∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦
35	26, 34	nfbi 1935	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑦(𝑧 ∈ 𝑥 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦)
36		imbi2 351	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑧 ∈ 𝑥 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦) → ((𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥) ↔ (𝑧 ∈ 𝑦 → ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦)))
37	36	imbi2d 343	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑧 ∈ 𝑥 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦) → ((𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)) ↔ (𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦))))
38	35, 37	albid 2258	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑧 ∈ 𝑥 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦) → (∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)) ↔ ∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦))))
39	38	adantl 487	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ⊆ 𝐵 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ (𝑧 ∈ 𝑥 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦)) → (∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)) ↔ ∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦))))
40	33, 39	mpbiri 261	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ⊆ 𝐵 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ (𝑧 ∈ 𝑥 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦)) → ∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)))
41	30, 40	impbida 813	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ⊆ 𝐵 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → (∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)) ↔ (𝑧 ∈ 𝑥 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦)))
42	41	albidv 1952	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ⊆ 𝐵 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → (∀𝑧∀𝑦(𝑦 ∈ 𝐵 → (𝑧 ∈ 𝑦 → 𝑧 ∈ 𝑥)) ↔ ∀𝑧(𝑧 ∈ 𝑥 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦)))
43	9, 42	bitrid 286	. . 3 ⊢ ((𝐴 ⊆ 𝐵 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → (∀𝑦 ∈ 𝐵 𝑦 ⊆ 𝑥 ↔ ∀𝑧(𝑧 ∈ 𝑥 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦)))
44	43	rexbidva 3184	. 2 ⊢ (𝐴 ⊆ 𝐵 → (∃𝑥 ∈ 𝐴 ∀𝑦 ∈ 𝐵 𝑦 ⊆ 𝑥 ↔ ∃𝑥 ∈ 𝐴 ∀𝑧(𝑧 ∈ 𝑥 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 ∈ 𝑦)))
45	1, 44	bitr4id 293	1 ⊢ (𝐴 ⊆ 𝐵 → (∪ 𝐵 ∈ 𝐴 ↔ ∃𝑥 ∈ 𝐴 ∀𝑦 ∈ 𝐵 𝑦 ⊆ 𝑥))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401  ∀wal 1567   ∈ wcel 2144  ∀wral 3076  ∃wrex 3086   ⊆ wss 3913  ∪ cuni 4866

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-tru 1572  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-ral 3077  df-rex 3087  df-ss 3914  df-uni 4867

This theorem is used by:  unielid  44221