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Theorem dfac3 7958
Description: Equivalence of two versions of the Axiom of Choice. The left-hand side is defined as the Axiom of Choice (first form) of [Enderton] p. 49. The right-hand side is the Axiom of Choice of [TakeutiZaring] p. 83. The proof does not depend on AC. (Contributed by NM, 24-Mar-2004.) (Revised by Stefan O'Rear, 22-Feb-2015.)
Assertion
Ref Expression
dfac3  |-  (CHOICE  <->  A. x E. f A. z  e.  x  ( z  =/=  (/)  ->  ( f `  z )  e.  z ) )
Distinct variable group:    x, f, z

Proof of Theorem dfac3
Dummy variables  y  w  v  u are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 df-ac 7953 . 2  |-  (CHOICE  <->  A. y E. f ( f  C_  y  /\  f  Fn  dom  y ) )
2 vex 2919 . . . . . . . 8  |-  x  e. 
_V
32uniex 4664 . . . . . . . 8  |-  U. x  e.  _V
42, 3xpex 4949 . . . . . . 7  |-  ( x  X.  U. x )  e.  _V
5 simpl 444 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( w  e.  x  /\  v  e.  w )  ->  w  e.  x )
6 elunii 3980 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( v  e.  w  /\  w  e.  x )  ->  v  e.  U. x
)
76ancoms 440 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( w  e.  x  /\  v  e.  w )  ->  v  e.  U. x
)
85, 7jca 519 . . . . . . . . 9  |-  ( ( w  e.  x  /\  v  e.  w )  ->  ( w  e.  x  /\  v  e.  U. x
) )
98ssopab2i 4442 . . . . . . . 8  |-  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  C_  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  U. x
) }
10 df-xp 4843 . . . . . . . 8  |-  ( x  X.  U. x )  =  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  U. x
) }
119, 10sseqtr4i 3341 . . . . . . 7  |-  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  C_  ( x  X.  U. x )
124, 11ssexi 4308 . . . . . 6  |-  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  e.  _V
13 sseq2 3330 . . . . . . . 8  |-  ( y  =  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  ->  ( f  C_  y 
<->  f  C_  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } ) )
14 dmeq 5029 . . . . . . . . 9  |-  ( y  =  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  ->  dom  y  =  dom  { <. w ,  v
>.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } )
1514fneq2d 5496 . . . . . . . 8  |-  ( y  =  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  ->  ( f  Fn 
dom  y  <->  f  Fn  dom  { <. w ,  v
>.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } ) )
1613, 15anbi12d 692 . . . . . . 7  |-  ( y  =  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  ->  ( ( f 
C_  y  /\  f  Fn  dom  y )  <->  ( f  C_ 
{ <. w ,  v
>.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  /\  f  Fn  dom  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } ) ) )
1716exbidv 1633 . . . . . 6  |-  ( y  =  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  ->  ( E. f
( f  C_  y  /\  f  Fn  dom  y )  <->  E. f
( f  C_  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  /\  f  Fn  dom  {
<. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } ) ) )
1812, 17spcv 3002 . . . . 5  |-  ( A. y E. f ( f 
C_  y  /\  f  Fn  dom  y )  ->  E. f ( f  C_  {
<. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  /\  f  Fn  dom  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } ) )
19 fndm 5503 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( f  Fn  dom  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  ->  dom  f  =  dom  { <. w ,  v
>.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } )
20 eleq2 2465 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( dom  f  =  dom  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  ->  ( z  e.  dom  f  <->  z  e.  dom  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } ) )
21 dmopab 5039 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  dom  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  =  { w  |  E. v ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }
2221eleq2i 2468 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( z  e.  dom  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } 
<->  z  e.  { w  |  E. v ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } )
23 vex 2919 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  z  e. 
_V
24 elequ1 1724 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( w  =  z  ->  (
w  e.  x  <->  z  e.  x ) )
25 eleq2 2465 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( w  =  z  ->  (
v  e.  w  <->  v  e.  z ) )
2624, 25anbi12d 692 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( w  =  z  ->  (
( w  e.  x  /\  v  e.  w
)  <->  ( z  e.  x  /\  v  e.  z ) ) )
2726exbidv 1633 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( w  =  z  ->  ( E. v ( w  e.  x  /\  v  e.  w )  <->  E. v
( z  e.  x  /\  v  e.  z
) ) )
2823, 27elab 3042 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( z  e.  { w  |  E. v ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  <->  E. v
( z  e.  x  /\  v  e.  z
) )
29 19.42v 1924 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( E. v ( z  e.  x  /\  v  e.  z )  <->  ( z  e.  x  /\  E. v 
v  e.  z ) )
30 n0 3597 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( z  =/=  (/)  <->  E. v  v  e.  z )
3130anbi2i 676 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( z  e.  x  /\  z  =/=  (/) )  <->  ( z  e.  x  /\  E. v 
v  e.  z ) )
3229, 31bitr4i 244 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( E. v ( z  e.  x  /\  v  e.  z )  <->  ( z  e.  x  /\  z  =/=  (/) ) )
3322, 28, 323bitrri 264 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( z  e.  x  /\  z  =/=  (/) )  <->  z  e.  dom  { <. w ,  v
>.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } )
3420, 33syl6rbbr 256 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( dom  f  =  dom  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  ->  ( ( z  e.  x  /\  z  =/=  (/) )  <->  z  e.  dom  f ) )
3519, 34syl 16 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( f  Fn  dom  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  ->  ( ( z  e.  x  /\  z  =/=  (/) )  <->  z  e.  dom  f ) )
3635adantl 453 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( f  C_  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  /\  f  Fn  dom  {
<. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } )  ->  ( ( z  e.  x  /\  z  =/=  (/) )  <->  z  e.  dom  f ) )
37 fnfun 5501 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( f  Fn  dom  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  ->  Fun  f )
38 funfvima3 5934 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( Fun  f  /\  f  C_ 
{ <. w ,  v
>.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } )  ->  ( z  e. 
dom  f  ->  (
f `  z )  e.  ( { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } " { z } ) ) )
3938ancoms 440 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( f  C_  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  /\  Fun  f )  ->  ( z  e. 
dom  f  ->  (
f `  z )  e.  ( { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } " { z } ) ) )
4037, 39sylan2 461 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( f  C_  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  /\  f  Fn  dom  {
<. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } )  ->  ( z  e. 
dom  f  ->  (
f `  z )  e.  ( { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } " { z } ) ) )
4136, 40sylbid 207 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( f  C_  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  /\  f  Fn  dom  {
<. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } )  ->  ( ( z  e.  x  /\  z  =/=  (/) )  ->  (
f `  z )  e.  ( { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } " { z } ) ) )
4241imp 419 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( f  C_  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  /\  f  Fn  dom  {
<. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } )  /\  ( z  e.  x  /\  z  =/=  (/) ) )  ->  (
f `  z )  e.  ( { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } " { z } ) )
43 ibar 491 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( z  e.  x  ->  (
u  e.  z  <->  ( z  e.  x  /\  u  e.  z ) ) )
4443abbi2dv 2519 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( z  e.  x  ->  z  =  { u  |  ( z  e.  x  /\  u  e.  z ) } )
45 imasng 5185 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( z  e.  _V  ->  ( { <. w ,  v
>.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } " { z } )  =  { u  |  z { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } u } )
4623, 45ax-mp 8 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( {
<. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } " { z } )  =  { u  |  z { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } u }
47 vex 2919 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  u  e. 
_V
48 elequ1 1724 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( v  =  u  ->  (
v  e.  z  <->  u  e.  z ) )
4948anbi2d 685 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( v  =  u  ->  (
( z  e.  x  /\  v  e.  z
)  <->  ( z  e.  x  /\  u  e.  z ) ) )
50 eqid 2404 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  =  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }
5123, 47, 26, 49, 50brab 4437 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( z { <. w ,  v
>.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } u  <->  ( z  e.  x  /\  u  e.  z )
)
5251abbii 2516 . . . . . . . . . . . . 13  |-  { u  |  z { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } u }  =  { u  |  (
z  e.  x  /\  u  e.  z ) }
5346, 52eqtri 2424 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( {
<. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } " { z } )  =  { u  |  ( z  e.  x  /\  u  e.  z
) }
5444, 53syl6reqr 2455 . . . . . . . . . . 11  |-  ( z  e.  x  ->  ( { <. w ,  v
>.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } " { z } )  =  z )
5554eleq2d 2471 . . . . . . . . . 10  |-  ( z  e.  x  ->  (
( f `  z
)  e.  ( {
<. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } " { z } )  <-> 
( f `  z
)  e.  z ) )
5655ad2antrl 709 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( f  C_  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  /\  f  Fn  dom  {
<. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } )  /\  ( z  e.  x  /\  z  =/=  (/) ) )  ->  (
( f `  z
)  e.  ( {
<. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } " { z } )  <-> 
( f `  z
)  e.  z ) )
5742, 56mpbid 202 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( f  C_  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  /\  f  Fn  dom  {
<. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } )  /\  ( z  e.  x  /\  z  =/=  (/) ) )  ->  (
f `  z )  e.  z )
5857exp32 589 . . . . . . 7  |-  ( ( f  C_  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  /\  f  Fn  dom  {
<. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } )  ->  ( z  e.  x  ->  ( z  =/=  (/)  ->  ( f `  z )  e.  z ) ) )
5958ralrimiv 2748 . . . . . 6  |-  ( ( f  C_  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  /\  f  Fn  dom  {
<. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } )  ->  A. z  e.  x  ( z  =/=  (/)  ->  (
f `  z )  e.  z ) )
6059eximi 1582 . . . . 5  |-  ( E. f ( f  C_  {
<. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) }  /\  f  Fn  dom  { <. w ,  v >.  |  ( w  e.  x  /\  v  e.  w ) } )  ->  E. f A. z  e.  x  ( z  =/=  (/)  ->  (
f `  z )  e.  z ) )
6118, 60syl 16 . . . 4  |-  ( A. y E. f ( f 
C_  y  /\  f  Fn  dom  y )  ->  E. f A. z  e.  x  ( z  =/=  (/)  ->  ( f `  z )  e.  z ) )
6261alrimiv 1638 . . 3  |-  ( A. y E. f ( f 
C_  y  /\  f  Fn  dom  y )  ->  A. x E. f A. z  e.  x  (
z  =/=  (/)  ->  (
f `  z )  e.  z ) )
63 eqid 2404 . . . . 5  |-  ( w  e.  dom  y  |->  ( f `  { u  |  w y u }
) )  =  ( w  e.  dom  y  |->  ( f `  {
u  |  w y u } ) )
6463aceq3lem 7957 . . . 4  |-  ( A. x E. f A. z  e.  x  ( z  =/=  (/)  ->  ( f `  z )  e.  z )  ->  E. f
( f  C_  y  /\  f  Fn  dom  y ) )
6564alrimiv 1638 . . 3  |-  ( A. x E. f A. z  e.  x  ( z  =/=  (/)  ->  ( f `  z )  e.  z )  ->  A. y E. f ( f  C_  y  /\  f  Fn  dom  y ) )
6662, 65impbii 181 . 2  |-  ( A. y E. f ( f 
C_  y  /\  f  Fn  dom  y )  <->  A. x E. f A. z  e.  x  ( z  =/=  (/)  ->  ( f `  z )  e.  z ) )
671, 66bitri 241 1  |-  (CHOICE  <->  A. x E. f A. z  e.  x  ( z  =/=  (/)  ->  ( f `  z )  e.  z ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 177    /\ wa 359   A.wal 1546   E.wex 1547    = wceq 1649    e. wcel 1721   {cab 2390    =/= wne 2567   A.wral 2666   _Vcvv 2916    C_ wss 3280   (/)c0 3588   {csn 3774   U.cuni 3975   class class class wbr 4172   {copab 4225    e. cmpt 4226    X. cxp 4835   dom cdm 4837   "cima 4840   Fun wfun 5407    Fn wfn 5408   ` cfv 5413  CHOICEwac 7952
This theorem is referenced by:  dfac4  7959  dfac5  7965  dfac2a  7966  dfac2  7967  dfac8  7971  dfac9  7972  ac4  8311  dfac11  27028
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1552  ax-5 1563  ax-17 1623  ax-9 1662  ax-8 1683  ax-13 1723  ax-14 1725  ax-6 1740  ax-7 1745  ax-11 1757  ax-12 1946  ax-ext 2385  ax-sep 4290  ax-nul 4298  ax-pow 4337  ax-pr 4363  ax-un 4660
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3an 938  df-tru 1325  df-ex 1548  df-nf 1551  df-sb 1656  df-eu 2258  df-mo 2259  df-clab 2391  df-cleq 2397  df-clel 2400  df-nfc 2529  df-ne 2569  df-ral 2671  df-rex 2672  df-rab 2675  df-v 2918  df-sbc 3122  df-dif 3283  df-un 3285  df-in 3287  df-ss 3294  df-nul 3589  df-if 3700  df-pw 3761  df-sn 3780  df-pr 3781  df-op 3783  df-uni 3976  df-br 4173  df-opab 4227  df-mpt 4228  df-id 4458  df-xp 4843  df-rel 4844  df-cnv 4845  df-co 4846  df-dm 4847  df-rn 4848  df-res 4849  df-ima 4850  df-iota 5377  df-fun 5415  df-fn 5416  df-fv 5421  df-ac 7953
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