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Theorem 2eu1

Description: Double existential uniqueness. This theorem shows a condition under which a "naive" definition matches the correct one. Usage of this theorem is discouraged because it depends on ax-13 . Use the weaker 2eu1v when possible. (Contributed by NM, 3-Dec-2001) (Proof shortened by Wolf Lammen, 23-Apr-2023) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Assertion 2eu1 ⊢ ∀ x ∃* y φ → ∃! x ∃! y φ ↔ ∃! x ∃ y φ ∧ ∃! y ∃ x φ

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 2eu2ex ⊢ ∃! x ∃! y φ → ∃ x ∃ y φ
2 moeu ⊢ ∃* y φ ↔ ∃ y φ → ∃! y φ
3 2 albii ⊢ ∀ x ∃* y φ ↔ ∀ x ∃ y φ → ∃! y φ
4 euim ⊢ ∃ x ∃ y φ ∧ ∀ x ∃ y φ → ∃! y φ → ∃! x ∃! y φ → ∃! x ∃ y φ
5 3 4 sylan2b ⊢ ∃ x ∃ y φ ∧ ∀ x ∃* y φ → ∃! x ∃! y φ → ∃! x ∃ y φ
6 5 ex ⊢ ∃ x ∃ y φ → ∀ x ∃* y φ → ∃! x ∃! y φ → ∃! x ∃ y φ
7 1 6 syl ⊢ ∃! x ∃! y φ → ∀ x ∃* y φ → ∃! x ∃! y φ → ∃! x ∃ y φ
8 7 pm2.43b ⊢ ∀ x ∃* y φ → ∃! x ∃! y φ → ∃! x ∃ y φ
9 2euswap ⊢ ∀ x ∃* y φ → ∃! x ∃ y φ → ∃! y ∃ x φ
10 8 9 syld ⊢ ∀ x ∃* y φ → ∃! x ∃! y φ → ∃! y ∃ x φ
11 8 10 jcad ⊢ ∀ x ∃* y φ → ∃! x ∃! y φ → ∃! x ∃ y φ ∧ ∃! y ∃ x φ
12 2exeu ⊢ ∃! x ∃ y φ ∧ ∃! y ∃ x φ → ∃! x ∃! y φ
13 11 12 impbid1 ⊢ ∀ x ∃* y φ → ∃! x ∃! y φ ↔ ∃! x ∃ y φ ∧ ∃! y ∃ x φ