Metamath Proof Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  kmlem13 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem kmlem13 8867
 Description: Lemma for 5-quantifier AC of Kurt Maes, Th. 4 1 <=> 4. (Contributed by NM, 5-Apr-2004.)
Hypothesis
Ref Expression
kmlem9.1 𝐴 = {𝑢 ∣ ∃𝑡𝑥 𝑢 = (𝑡 (𝑥 ∖ {𝑡}))}
Assertion
Ref Expression
kmlem13 (∀𝑥((∀𝑧𝑥 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀𝑧𝑥𝑤𝑥 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅)) → ∃𝑦𝑧𝑥 ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦)) ↔ ∀𝑥(¬ ∃𝑧𝑥𝑣𝑧𝑤𝑥 (𝑧𝑤𝑣 ∈ (𝑧𝑤)) → ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝑧,𝑤,𝑣,𝑢,𝑡   𝑦,𝐴,𝑧,𝑤,𝑣
Allowed substitution hints:   𝐴(𝑥,𝑢,𝑡)

Proof of Theorem kmlem13
Dummy variables 𝑔 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 kmlem1 8855 . . 3 (∀𝑥((∀𝑧𝑥 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀𝑧𝑥𝑤𝑥 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅)) → ∃𝑦𝑧𝑥 ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦)) → ∀𝑥(∀𝑧𝑥𝑤𝑥 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅) → ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
2 raleq 3115 . . . . . . 7 (𝑥 = → (∀𝑤𝑥 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅) ↔ ∀𝑤 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅)))
32raleqbi1dv 3123 . . . . . 6 (𝑥 = → (∀𝑧𝑥𝑤𝑥 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅) ↔ ∀𝑧𝑤 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅)))
4 raleq 3115 . . . . . . 7 (𝑥 = → (∀𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦)) ↔ ∀𝑧 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
54exbidv 1837 . . . . . 6 (𝑥 = → (∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦)) ↔ ∃𝑦𝑧 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
63, 5imbi12d 333 . . . . 5 (𝑥 = → ((∀𝑧𝑥𝑤𝑥 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅) → ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))) ↔ (∀𝑧𝑤 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅) → ∃𝑦𝑧 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦)))))
76cbvalv 2261 . . . 4 (∀𝑥(∀𝑧𝑥𝑤𝑥 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅) → ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))) ↔ ∀(∀𝑧𝑤 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅) → ∃𝑦𝑧 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
8 kmlem9.1 . . . . . . 7 𝐴 = {𝑢 ∣ ∃𝑡𝑥 𝑢 = (𝑡 (𝑥 ∖ {𝑡}))}
98kmlem10 8864 . . . . . 6 (∀(∀𝑧𝑤 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅) → ∃𝑦𝑧 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))) → ∃𝑦𝑧𝐴 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦)))
10 ineq2 3770 . . . . . . . . . . . 12 (𝑦 = 𝑔 → (𝑧𝑦) = (𝑧𝑔))
1110eleq2d 2673 . . . . . . . . . . 11 (𝑦 = 𝑔 → (𝑣 ∈ (𝑧𝑦) ↔ 𝑣 ∈ (𝑧𝑔)))
1211eubidv 2478 . . . . . . . . . 10 (𝑦 = 𝑔 → (∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦) ↔ ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑔)))
1312imbi2d 329 . . . . . . . . 9 (𝑦 = 𝑔 → ((𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦)) ↔ (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑔))))
1413ralbidv 2969 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑔 → (∀𝑧𝐴 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦)) ↔ ∀𝑧𝐴 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑔))))
1514cbvexv 2263 . . . . . . 7 (∃𝑦𝑧𝐴 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦)) ↔ ∃𝑔𝑧𝐴 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑔)))
16 kmlem3 8857 . . . . . . . . . . 11 ((𝑧 (𝑥 ∖ {𝑧})) ≠ ∅ ↔ ∃𝑣𝑧𝑤𝑥 (𝑧𝑤 → ¬ 𝑣 ∈ (𝑧𝑤)))
17 ralinexa 2980 . . . . . . . . . . . 12 (∀𝑤𝑥 (𝑧𝑤 → ¬ 𝑣 ∈ (𝑧𝑤)) ↔ ¬ ∃𝑤𝑥 (𝑧𝑤𝑣 ∈ (𝑧𝑤)))
1817rexbii 3023 . . . . . . . . . . 11 (∃𝑣𝑧𝑤𝑥 (𝑧𝑤 → ¬ 𝑣 ∈ (𝑧𝑤)) ↔ ∃𝑣𝑧 ¬ ∃𝑤𝑥 (𝑧𝑤𝑣 ∈ (𝑧𝑤)))
19 rexnal 2978 . . . . . . . . . . 11 (∃𝑣𝑧 ¬ ∃𝑤𝑥 (𝑧𝑤𝑣 ∈ (𝑧𝑤)) ↔ ¬ ∀𝑣𝑧𝑤𝑥 (𝑧𝑤𝑣 ∈ (𝑧𝑤)))
2016, 18, 193bitri 285 . . . . . . . . . 10 ((𝑧 (𝑥 ∖ {𝑧})) ≠ ∅ ↔ ¬ ∀𝑣𝑧𝑤𝑥 (𝑧𝑤𝑣 ∈ (𝑧𝑤)))
2120ralbii 2963 . . . . . . . . 9 (∀𝑧𝑥 (𝑧 (𝑥 ∖ {𝑧})) ≠ ∅ ↔ ∀𝑧𝑥 ¬ ∀𝑣𝑧𝑤𝑥 (𝑧𝑤𝑣 ∈ (𝑧𝑤)))
22 ralnex 2975 . . . . . . . . 9 (∀𝑧𝑥 ¬ ∀𝑣𝑧𝑤𝑥 (𝑧𝑤𝑣 ∈ (𝑧𝑤)) ↔ ¬ ∃𝑧𝑥𝑣𝑧𝑤𝑥 (𝑧𝑤𝑣 ∈ (𝑧𝑤)))
2321, 22bitri 263 . . . . . . . 8 (∀𝑧𝑥 (𝑧 (𝑥 ∖ {𝑧})) ≠ ∅ ↔ ¬ ∃𝑧𝑥𝑣𝑧𝑤𝑥 (𝑧𝑤𝑣 ∈ (𝑧𝑤)))
248kmlem12 8866 . . . . . . . . . . 11 (∀𝑧𝑥 (𝑧 (𝑥 ∖ {𝑧})) ≠ ∅ → (∀𝑧𝐴 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑔)) → ∀𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧 ∩ (𝑔 𝐴)))))
25 vex 3176 . . . . . . . . . . . . 13 𝑔 ∈ V
2625inex1 4727 . . . . . . . . . . . 12 (𝑔 𝐴) ∈ V
27 ineq2 3770 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑦 = (𝑔 𝐴) → (𝑧𝑦) = (𝑧 ∩ (𝑔 𝐴)))
2827eleq2d 2673 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑦 = (𝑔 𝐴) → (𝑣 ∈ (𝑧𝑦) ↔ 𝑣 ∈ (𝑧 ∩ (𝑔 𝐴))))
2928eubidv 2478 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 = (𝑔 𝐴) → (∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦) ↔ ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧 ∩ (𝑔 𝐴))))
3029imbi2d 329 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 = (𝑔 𝐴) → ((𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦)) ↔ (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧 ∩ (𝑔 𝐴)))))
3130ralbidv 2969 . . . . . . . . . . . 12 (𝑦 = (𝑔 𝐴) → (∀𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦)) ↔ ∀𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧 ∩ (𝑔 𝐴)))))
3226, 31spcev 3273 . . . . . . . . . . 11 (∀𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧 ∩ (𝑔 𝐴))) → ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦)))
3324, 32syl6 34 . . . . . . . . . 10 (∀𝑧𝑥 (𝑧 (𝑥 ∖ {𝑧})) ≠ ∅ → (∀𝑧𝐴 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑔)) → ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
3433exlimdv 1848 . . . . . . . . 9 (∀𝑧𝑥 (𝑧 (𝑥 ∖ {𝑧})) ≠ ∅ → (∃𝑔𝑧𝐴 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑔)) → ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
3534com12 32 . . . . . . . 8 (∃𝑔𝑧𝐴 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑔)) → (∀𝑧𝑥 (𝑧 (𝑥 ∖ {𝑧})) ≠ ∅ → ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
3623, 35syl5bir 232 . . . . . . 7 (∃𝑔𝑧𝐴 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑔)) → (¬ ∃𝑧𝑥𝑣𝑧𝑤𝑥 (𝑧𝑤𝑣 ∈ (𝑧𝑤)) → ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
3715, 36sylbi 206 . . . . . 6 (∃𝑦𝑧𝐴 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦)) → (¬ ∃𝑧𝑥𝑣𝑧𝑤𝑥 (𝑧𝑤𝑣 ∈ (𝑧𝑤)) → ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
389, 37syl 17 . . . . 5 (∀(∀𝑧𝑤 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅) → ∃𝑦𝑧 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))) → (¬ ∃𝑧𝑥𝑣𝑧𝑤𝑥 (𝑧𝑤𝑣 ∈ (𝑧𝑤)) → ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
3938alrimiv 1842 . . . 4 (∀(∀𝑧𝑤 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅) → ∃𝑦𝑧 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))) → ∀𝑥(¬ ∃𝑧𝑥𝑣𝑧𝑤𝑥 (𝑧𝑤𝑣 ∈ (𝑧𝑤)) → ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
407, 39sylbi 206 . . 3 (∀𝑥(∀𝑧𝑥𝑤𝑥 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅) → ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))) → ∀𝑥(¬ ∃𝑧𝑥𝑣𝑧𝑤𝑥 (𝑧𝑤𝑣 ∈ (𝑧𝑤)) → ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
411, 40syl 17 . 2 (∀𝑥((∀𝑧𝑥 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀𝑧𝑥𝑤𝑥 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅)) → ∃𝑦𝑧𝑥 ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦)) → ∀𝑥(¬ ∃𝑧𝑥𝑣𝑧𝑤𝑥 (𝑧𝑤𝑣 ∈ (𝑧𝑤)) → ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
42 kmlem7 8861 . . . . 5 ((∀𝑧𝑥 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀𝑧𝑥𝑤𝑥 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅)) → ¬ ∃𝑧𝑥𝑣𝑧𝑤𝑥 (𝑧𝑤𝑣 ∈ (𝑧𝑤)))
4342imim1i 61 . . . 4 ((¬ ∃𝑧𝑥𝑣𝑧𝑤𝑥 (𝑧𝑤𝑣 ∈ (𝑧𝑤)) → ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))) → ((∀𝑧𝑥 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀𝑧𝑥𝑤𝑥 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅)) → ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
44 biimt 349 . . . . . . . . 9 (𝑧 ≠ ∅ → (∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦) ↔ (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
4544ralimi 2936 . . . . . . . 8 (∀𝑧𝑥 𝑧 ≠ ∅ → ∀𝑧𝑥 (∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦) ↔ (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
46 ralbi 3050 . . . . . . . 8 (∀𝑧𝑥 (∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦) ↔ (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))) → (∀𝑧𝑥 ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦) ↔ ∀𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
4745, 46syl 17 . . . . . . 7 (∀𝑧𝑥 𝑧 ≠ ∅ → (∀𝑧𝑥 ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦) ↔ ∀𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
4847exbidv 1837 . . . . . 6 (∀𝑧𝑥 𝑧 ≠ ∅ → (∃𝑦𝑧𝑥 ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦) ↔ ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
4948adantr 480 . . . . 5 ((∀𝑧𝑥 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀𝑧𝑥𝑤𝑥 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅)) → (∃𝑦𝑧𝑥 ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦) ↔ ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
5049pm5.74i 259 . . . 4 (((∀𝑧𝑥 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀𝑧𝑥𝑤𝑥 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅)) → ∃𝑦𝑧𝑥 ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦)) ↔ ((∀𝑧𝑥 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀𝑧𝑥𝑤𝑥 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅)) → ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
5143, 50sylibr 223 . . 3 ((¬ ∃𝑧𝑥𝑣𝑧𝑤𝑥 (𝑧𝑤𝑣 ∈ (𝑧𝑤)) → ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))) → ((∀𝑧𝑥 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀𝑧𝑥𝑤𝑥 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅)) → ∃𝑦𝑧𝑥 ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦)))
5251alimi 1730 . 2 (∀𝑥(¬ ∃𝑧𝑥𝑣𝑧𝑤𝑥 (𝑧𝑤𝑣 ∈ (𝑧𝑤)) → ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))) → ∀𝑥((∀𝑧𝑥 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀𝑧𝑥𝑤𝑥 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅)) → ∃𝑦𝑧𝑥 ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦)))
5341, 52impbii 198 1 (∀𝑥((∀𝑧𝑥 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀𝑧𝑥𝑤𝑥 (𝑧𝑤 → (𝑧𝑤) = ∅)) → ∃𝑦𝑧𝑥 ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦)) ↔ ∀𝑥(¬ ∃𝑧𝑥𝑣𝑧𝑤𝑥 (𝑧𝑤𝑣 ∈ (𝑧𝑤)) → ∃𝑦𝑧𝑥 (𝑧 ≠ ∅ → ∃!𝑣 𝑣 ∈ (𝑧𝑦))))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 195   ∧ wa 383  ∀wal 1473   = wceq 1475  ∃wex 1695   ∈ wcel 1977  ∃!weu 2458  {cab 2596   ≠ wne 2780  ∀wral 2896  ∃wrex 2897   ∖ cdif 3537   ∩ cin 3539  ∅c0 3874  {csn 4125  ∪ cuni 4372 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1713  ax-4 1728  ax-5 1827  ax-6 1875  ax-7 1922  ax-8 1979  ax-9 1986  ax-10 2006  ax-11 2021  ax-12 2034  ax-13 2234  ax-ext 2590  ax-rep 4699  ax-sep 4709  ax-nul 4717  ax-pr 4833  ax-un 6847 This theorem depends on definitions:  df-bi 196  df-or 384  df-an 385  df-3an 1033  df-tru 1478  df-ex 1696  df-nf 1701  df-sb 1868  df-eu 2462  df-mo 2463  df-clab 2597  df-cleq 2603  df-clel 2606  df-nfc 2740  df-ne 2782  df-ral 2901  df-rex 2902  df-reu 2903  df-rab 2905  df-v 3175  df-sbc 3403  df-csb 3500  df-dif 3543  df-un 3545  df-in 3547  df-ss 3554  df-nul 3875  df-if 4037  df-sn 4126  df-pr 4128  df-op 4132  df-uni 4373  df-iun 4457  df-br 4584  df-opab 4644  df-mpt 4645  df-id 4953  df-xp 5044  df-rel 5045  df-cnv 5046  df-co 5047  df-dm 5048  df-rn 5049  df-res 5050  df-ima 5051  df-iota 5768  df-fun 5806  df-fn 5807  df-f 5808  df-f1 5809  df-fo 5810  df-f1o 5811  df-fv 5812 This theorem is referenced by:  dfackm  8871
 Copyright terms: Public domain W3C validator