Metamath Proof Explorer


Theorem 2reu4lem

Description: Lemma for 2reu4 . (Contributed by Alexander van der Vekens, 1-Jul-2017)

Ref Expression
Assertion 2reu4lem ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ → ∃! x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃! y ∈ B ∃ x ∈ A φ ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃ z ∈ A ∃ w ∈ B ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 reu3 ⊢ ∃! x ∈ A ∃ y ∈ B φ ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃ z ∈ A ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B φ → x = z
2 reu3 ⊢ ∃! y ∈ B ∃ x ∈ A φ ↔ ∃ y ∈ B ∃ x ∈ A φ ∧ ∃ w ∈ B ∀ y ∈ B ∃ x ∈ A φ → y = w
3 1 2 anbi12i ⊢ ∃! x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃! y ∈ B ∃ x ∈ A φ ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃ z ∈ A ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B φ → x = z ∧ ∃ y ∈ B ∃ x ∈ A φ ∧ ∃ w ∈ B ∀ y ∈ B ∃ x ∈ A φ → y = w
4 3 a1i ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ → ∃! x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃! y ∈ B ∃ x ∈ A φ ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃ z ∈ A ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B φ → x = z ∧ ∃ y ∈ B ∃ x ∈ A φ ∧ ∃ w ∈ B ∀ y ∈ B ∃ x ∈ A φ → y = w
5 an4 ⊢ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃ z ∈ A ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B φ → x = z ∧ ∃ y ∈ B ∃ x ∈ A φ ∧ ∃ w ∈ B ∀ y ∈ B ∃ x ∈ A φ → y = w ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃ y ∈ B ∃ x ∈ A φ ∧ ∃ z ∈ A ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B φ → x = z ∧ ∃ w ∈ B ∀ y ∈ B ∃ x ∈ A φ → y = w
6 5 a1i ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ → ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃ z ∈ A ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B φ → x = z ∧ ∃ y ∈ B ∃ x ∈ A φ ∧ ∃ w ∈ B ∀ y ∈ B ∃ x ∈ A φ → y = w ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃ y ∈ B ∃ x ∈ A φ ∧ ∃ z ∈ A ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B φ → x = z ∧ ∃ w ∈ B ∀ y ∈ B ∃ x ∈ A φ → y = w
7 rexcom ⊢ ∃ y ∈ B ∃ x ∈ A φ ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ
8 7 anbi2i ⊢ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃ y ∈ B ∃ x ∈ A φ ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ
9 anidm ⊢ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ
10 8 9 bitri ⊢ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃ y ∈ B ∃ x ∈ A φ ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ
11 10 a1i ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ → ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃ y ∈ B ∃ x ∈ A φ ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ
12 r19.26 ⊢ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ x ∈ A ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w
13 nfra1 ⊢ Ⅎ x ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w
14 13 r19.3rz ⊢ A ≠ ∅ → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w ↔ ∀ x ∈ A ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w
15 14 bicomd ⊢ A ≠ ∅ → ∀ x ∈ A ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w
16 15 adantr ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ → ∀ x ∈ A ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w
17 16 adantr ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ ∧ z ∈ A ∧ w ∈ B → ∀ x ∈ A ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w
18 17 anbi2d ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ ∧ z ∈ A ∧ w ∈ B → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ x ∈ A ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w
19 jcab ⊢ φ → x = z ∧ y = w ↔ φ → x = z ∧ φ → y = w
20 19 ralbii ⊢ ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w ↔ ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ φ → y = w
21 r19.26 ⊢ ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ φ → y = w ↔ ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ y ∈ B φ → y = w
22 20 21 bitri ⊢ ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w ↔ ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ y ∈ B φ → y = w
23 22 ralbii ⊢ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ y ∈ B φ → y = w
24 r19.26 ⊢ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ y ∈ B φ → y = w ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w
25 23 24 bitri ⊢ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w
26 25 a1i ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ ∧ z ∈ A ∧ w ∈ B → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w
27 18 26 bitr4d ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ ∧ z ∈ A ∧ w ∈ B → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ x ∈ A ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w
28 12 27 bitr2id ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ ∧ z ∈ A ∧ w ∈ B → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w
29 r19.26 ⊢ ∀ y ∈ B ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ x ∈ A φ → y = w ↔ ∀ y ∈ B ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ y ∈ B ∀ x ∈ A φ → y = w
30 nfra1 ⊢ Ⅎ y ∀ y ∈ B φ → x = z
31 30 r19.3rz ⊢ B ≠ ∅ → ∀ y ∈ B φ → x = z ↔ ∀ y ∈ B ∀ y ∈ B φ → x = z
32 31 ad2antlr ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ ∧ z ∈ A ∧ w ∈ B → ∀ y ∈ B φ → x = z ↔ ∀ y ∈ B ∀ y ∈ B φ → x = z
33 32 bicomd ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ ∧ z ∈ A ∧ w ∈ B → ∀ y ∈ B ∀ y ∈ B φ → x = z ↔ ∀ y ∈ B φ → x = z
34 ralcom ⊢ ∀ y ∈ B ∀ x ∈ A φ → y = w ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w
35 34 a1i ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ ∧ z ∈ A ∧ w ∈ B → ∀ y ∈ B ∀ x ∈ A φ → y = w ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w
36 33 35 anbi12d ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ ∧ z ∈ A ∧ w ∈ B → ∀ y ∈ B ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ y ∈ B ∀ x ∈ A φ → y = w ↔ ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w
37 29 36 bitrid ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ ∧ z ∈ A ∧ w ∈ B → ∀ y ∈ B ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ x ∈ A φ → y = w ↔ ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w
38 37 ralbidv ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ ∧ z ∈ A ∧ w ∈ B → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ x ∈ A φ → y = w ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → y = w
39 28 38 bitr4d ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ ∧ z ∈ A ∧ w ∈ B → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ x ∈ A φ → y = w
40 r19.23v ⊢ ∀ y ∈ B φ → x = z ↔ ∃ y ∈ B φ → x = z
41 r19.23v ⊢ ∀ x ∈ A φ → y = w ↔ ∃ x ∈ A φ → y = w
42 40 41 anbi12i ⊢ ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ x ∈ A φ → y = w ↔ ∃ y ∈ B φ → x = z ∧ ∃ x ∈ A φ → y = w
43 42 2ralbii ⊢ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ x ∈ A φ → y = w ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B ∃ y ∈ B φ → x = z ∧ ∃ x ∈ A φ → y = w
44 43 a1i ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ ∧ z ∈ A ∧ w ∈ B → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ x ∈ A φ → y = w ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B ∃ y ∈ B φ → x = z ∧ ∃ x ∈ A φ → y = w
45 neneq ⊢ A ≠ ∅ → ¬ A = ∅
46 neneq ⊢ B ≠ ∅ → ¬ B = ∅
47 45 46 anim12i ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ → ¬ A = ∅ ∧ ¬ B = ∅
48 47 olcd ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ → A = ∅ ∧ B = ∅ ∨ ¬ A = ∅ ∧ ¬ B = ∅
49 dfbi3 ⊢ A = ∅ ↔ B = ∅ ↔ A = ∅ ∧ B = ∅ ∨ ¬ A = ∅ ∧ ¬ B = ∅
50 48 49 sylibr ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ → A = ∅ ↔ B = ∅
51 nfre1 ⊢ Ⅎ y ∃ y ∈ B φ
52 nfv ⊢ Ⅎ y x = z
53 51 52 nfim ⊢ Ⅎ y ∃ y ∈ B φ → x = z
54 nfre1 ⊢ Ⅎ x ∃ x ∈ A φ
55 nfv ⊢ Ⅎ x y = w
56 54 55 nfim ⊢ Ⅎ x ∃ x ∈ A φ → y = w
57 53 56 raaan2 ⊢ A = ∅ ↔ B = ∅ → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B ∃ y ∈ B φ → x = z ∧ ∃ x ∈ A φ → y = w ↔ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ y ∈ B ∃ x ∈ A φ → y = w
58 50 57 syl ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B ∃ y ∈ B φ → x = z ∧ ∃ x ∈ A φ → y = w ↔ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ y ∈ B ∃ x ∈ A φ → y = w
59 58 adantr ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ ∧ z ∈ A ∧ w ∈ B → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B ∃ y ∈ B φ → x = z ∧ ∃ x ∈ A φ → y = w ↔ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ y ∈ B ∃ x ∈ A φ → y = w
60 39 44 59 3bitrd ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ ∧ z ∈ A ∧ w ∈ B → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w ↔ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ y ∈ B ∃ x ∈ A φ → y = w
61 60 2rexbidva ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ → ∃ z ∈ A ∃ w ∈ B ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w ↔ ∃ z ∈ A ∃ w ∈ B ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ y ∈ B ∃ x ∈ A φ → y = w
62 reeanv ⊢ ∃ z ∈ A ∃ w ∈ B ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B φ → x = z ∧ ∀ y ∈ B ∃ x ∈ A φ → y = w ↔ ∃ z ∈ A ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B φ → x = z ∧ ∃ w ∈ B ∀ y ∈ B ∃ x ∈ A φ → y = w
63 61 62 bitr2di ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ → ∃ z ∈ A ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B φ → x = z ∧ ∃ w ∈ B ∀ y ∈ B ∃ x ∈ A φ → y = w ↔ ∃ z ∈ A ∃ w ∈ B ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w
64 11 63 anbi12d ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ → ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃ y ∈ B ∃ x ∈ A φ ∧ ∃ z ∈ A ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B φ → x = z ∧ ∃ w ∈ B ∀ y ∈ B ∃ x ∈ A φ → y = w ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃ z ∈ A ∃ w ∈ B ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w
65 4 6 64 3bitrd ⊢ A ≠ ∅ ∧ B ≠ ∅ → ∃! x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃! y ∈ B ∃ x ∈ A φ ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃ z ∈ A ∃ w ∈ B ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w