Metamath Proof Explorer


Theorem 2mo

Description: Two ways of expressing "there exists at most one ordered pair <. x , y >. such that ph ( x , y ) holds. See also 2mo2 . (Contributed by NM, 2-Feb-2005) (Revised by Mario Carneiro, 17-Oct-2016) (Proof shortened by Wolf Lammen, 2-Nov-2019)

Ref Expression
Assertion 2mo ⊢ ∃ z ∃ w ∀ x ∀ y φ → x = z ∧ y = w ↔ ∀ x ∀ y ∀ z ∀ w φ ∧ z x w y φ → x = z ∧ y = w

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 2mo2 ⊢ ∃* x ∃ y φ ∧ ∃* y ∃ x φ ↔ ∃ z ∃ w ∀ x ∀ y φ → x = z ∧ y = w
2 nfmo1 ⊢ Ⅎ x ∃* x ∃ y φ
3 nfe1 ⊢ Ⅎ x ∃ x φ
4 3 nfmov ⊢ Ⅎ x ∃* y ∃ x φ
5 2 4 nfan ⊢ Ⅎ x ∃* x ∃ y φ ∧ ∃* y ∃ x φ
6 nfe1 ⊢ Ⅎ y ∃ y φ
7 6 nfmov ⊢ Ⅎ y ∃* x ∃ y φ
8 nfmo1 ⊢ Ⅎ y ∃* y ∃ x φ
9 7 8 nfan ⊢ Ⅎ y ∃* x ∃ y φ ∧ ∃* y ∃ x φ
10 19.8a ⊢ φ → ∃ y φ
11 spsbe ⊢ w y φ → ∃ y φ
12 11 sbimi ⊢ z x w y φ → z x ∃ y φ
13 nfv ⊢ Ⅎ z ∃ y φ
14 13 mo3 ⊢ ∃* x ∃ y φ ↔ ∀ x ∀ z ∃ y φ ∧ z x ∃ y φ → x = z
15 14 biimpi ⊢ ∃* x ∃ y φ → ∀ x ∀ z ∃ y φ ∧ z x ∃ y φ → x = z
16 15 19.21bbi ⊢ ∃* x ∃ y φ → ∃ y φ ∧ z x ∃ y φ → x = z
17 10 12 16 syl2ani ⊢ ∃* x ∃ y φ → φ ∧ z x w y φ → x = z
18 19.8a ⊢ φ → ∃ x φ
19 sbcom2 ⊢ z x w y φ ↔ w y z x φ
20 spsbe ⊢ z x φ → ∃ x φ
21 20 sbimi ⊢ w y z x φ → w y ∃ x φ
22 19 21 sylbi ⊢ z x w y φ → w y ∃ x φ
23 nfv ⊢ Ⅎ w ∃ x φ
24 23 mo3 ⊢ ∃* y ∃ x φ ↔ ∀ y ∀ w ∃ x φ ∧ w y ∃ x φ → y = w
25 24 biimpi ⊢ ∃* y ∃ x φ → ∀ y ∀ w ∃ x φ ∧ w y ∃ x φ → y = w
26 25 19.21bbi ⊢ ∃* y ∃ x φ → ∃ x φ ∧ w y ∃ x φ → y = w
27 18 22 26 syl2ani ⊢ ∃* y ∃ x φ → φ ∧ z x w y φ → y = w
28 17 27 anim12ii ⊢ ∃* x ∃ y φ ∧ ∃* y ∃ x φ → φ ∧ z x w y φ → x = z ∧ y = w
29 9 28 alrimi ⊢ ∃* x ∃ y φ ∧ ∃* y ∃ x φ → ∀ y φ ∧ z x w y φ → x = z ∧ y = w
30 5 29 alrimi ⊢ ∃* x ∃ y φ ∧ ∃* y ∃ x φ → ∀ x ∀ y φ ∧ z x w y φ → x = z ∧ y = w
31 30 alrimivv ⊢ ∃* x ∃ y φ ∧ ∃* y ∃ x φ → ∀ z ∀ w ∀ x ∀ y φ ∧ z x w y φ → x = z ∧ y = w
32 1 31 sylbir ⊢ ∃ z ∃ w ∀ x ∀ y φ → x = z ∧ y = w → ∀ z ∀ w ∀ x ∀ y φ ∧ z x w y φ → x = z ∧ y = w
33 nfs1v ⊢ Ⅎ x z x w y φ
34 nfs1v ⊢ Ⅎ y w y φ
35 34 nfsbv ⊢ Ⅎ y z x w y φ
36 pm3.21 ⊢ z x w y φ → φ → φ ∧ z x w y φ
37 36 imim1d ⊢ z x w y φ → φ ∧ z x w y φ → x = z ∧ y = w → φ → x = z ∧ y = w
38 35 37 alimd ⊢ z x w y φ → ∀ y φ ∧ z x w y φ → x = z ∧ y = w → ∀ y φ → x = z ∧ y = w
39 33 38 alimd ⊢ z x w y φ → ∀ x ∀ y φ ∧ z x w y φ → x = z ∧ y = w → ∀ x ∀ y φ → x = z ∧ y = w
40 39 com12 ⊢ ∀ x ∀ y φ ∧ z x w y φ → x = z ∧ y = w → z x w y φ → ∀ x ∀ y φ → x = z ∧ y = w
41 40 aleximi ⊢ ∀ w ∀ x ∀ y φ ∧ z x w y φ → x = z ∧ y = w → ∃ w z x w y φ → ∃ w ∀ x ∀ y φ → x = z ∧ y = w
42 41 aleximi ⊢ ∀ z ∀ w ∀ x ∀ y φ ∧ z x w y φ → x = z ∧ y = w → ∃ z ∃ w z x w y φ → ∃ z ∃ w ∀ x ∀ y φ → x = z ∧ y = w
43 2nexaln ⊢ ¬ ∃ x ∃ y φ ↔ ∀ x ∀ y ¬ φ
44 nfv ⊢ Ⅎ w φ
45 nfv ⊢ Ⅎ z φ
46 44 45 2sb8ef ⊢ ∃ x ∃ y φ ↔ ∃ z ∃ w z x w y φ
47 43 46 xchnxbi ⊢ ¬ ∃ z ∃ w z x w y φ ↔ ∀ x ∀ y ¬ φ
48 pm2.21 ⊢ ¬ φ → φ → x = z ∧ y = w
49 48 2alimi ⊢ ∀ x ∀ y ¬ φ → ∀ x ∀ y φ → x = z ∧ y = w
50 49 2eximi ⊢ ∃ z ∃ w ∀ x ∀ y ¬ φ → ∃ z ∃ w ∀ x ∀ y φ → x = z ∧ y = w
51 50 19.23bi ⊢ ∃ w ∀ x ∀ y ¬ φ → ∃ z ∃ w ∀ x ∀ y φ → x = z ∧ y = w
52 51 19.23bi ⊢ ∀ x ∀ y ¬ φ → ∃ z ∃ w ∀ x ∀ y φ → x = z ∧ y = w
53 47 52 sylbi ⊢ ¬ ∃ z ∃ w z x w y φ → ∃ z ∃ w ∀ x ∀ y φ → x = z ∧ y = w
54 42 53 pm2.61d1 ⊢ ∀ z ∀ w ∀ x ∀ y φ ∧ z x w y φ → x = z ∧ y = w → ∃ z ∃ w ∀ x ∀ y φ → x = z ∧ y = w
55 32 54 impbii ⊢ ∃ z ∃ w ∀ x ∀ y φ → x = z ∧ y = w ↔ ∀ z ∀ w ∀ x ∀ y φ ∧ z x w y φ → x = z ∧ y = w
56 alrot4 ⊢ ∀ z ∀ w ∀ x ∀ y φ ∧ z x w y φ → x = z ∧ y = w ↔ ∀ x ∀ y ∀ z ∀ w φ ∧ z x w y φ → x = z ∧ y = w
57 55 56 bitri ⊢ ∃ z ∃ w ∀ x ∀ y φ → x = z ∧ y = w ↔ ∀ x ∀ y ∀ z ∀ w φ ∧ z x w y φ → x = z ∧ y = w