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Theorem 2reu5lem3

Description: Lemma for 2reu5 . This lemma is interesting in its own right, showing that existential restriction in the last conjunct (the "at most one" part) is optional; compare rmo2 . (Contributed by Alexander van der Vekens, 17-Jun-2017)

Ref Expression
Assertion 2reu5lem3 ⊢ ∃! x ∈ A ∃! y ∈ B φ ∧ ∀ x ∈ A ∃* y ∈ B φ ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃ z ∃ w ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 2reu5lem1 ⊢ ∃! x ∈ A ∃! y ∈ B φ ↔ ∃! x ∃! y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ
2 2reu5lem2 ⊢ ∀ x ∈ A ∃* y ∈ B φ ↔ ∀ x ∃* y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ
3 1 2 anbi12i ⊢ ∃! x ∈ A ∃! y ∈ B φ ∧ ∀ x ∈ A ∃* y ∈ B φ ↔ ∃! x ∃! y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ ∧ ∀ x ∃* y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ
4 2eu5 ⊢ ∃! x ∃! y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ ∧ ∀ x ∃* y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ ↔ ∃ x ∃ y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ ∧ ∃ z ∃ w ∀ x ∀ y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ → x = z ∧ y = w
5 3anass ⊢ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ ↔ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ
6 5 exbii ⊢ ∃ y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ ↔ ∃ y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ
7 19.42v ⊢ ∃ y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ ↔ x ∈ A ∧ ∃ y y ∈ B ∧ φ
8 df-rex ⊢ ∃ y ∈ B φ ↔ ∃ y y ∈ B ∧ φ
9 8 bicomi ⊢ ∃ y y ∈ B ∧ φ ↔ ∃ y ∈ B φ
10 9 anbi2i ⊢ x ∈ A ∧ ∃ y y ∈ B ∧ φ ↔ x ∈ A ∧ ∃ y ∈ B φ
11 6 7 10 3bitri ⊢ ∃ y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ ↔ x ∈ A ∧ ∃ y ∈ B φ
12 11 exbii ⊢ ∃ x ∃ y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ ↔ ∃ x x ∈ A ∧ ∃ y ∈ B φ
13 df-rex ⊢ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ ↔ ∃ x x ∈ A ∧ ∃ y ∈ B φ
14 12 13 bitr4i ⊢ ∃ x ∃ y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ
15 3anan12 ⊢ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ ↔ y ∈ B ∧ x ∈ A ∧ φ
16 15 imbi1i ⊢ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ → x = z ∧ y = w ↔ y ∈ B ∧ x ∈ A ∧ φ → x = z ∧ y = w
17 impexp ⊢ y ∈ B ∧ x ∈ A ∧ φ → x = z ∧ y = w ↔ y ∈ B → x ∈ A ∧ φ → x = z ∧ y = w
18 impexp ⊢ x ∈ A ∧ φ → x = z ∧ y = w ↔ x ∈ A → φ → x = z ∧ y = w
19 18 imbi2i ⊢ y ∈ B → x ∈ A ∧ φ → x = z ∧ y = w ↔ y ∈ B → x ∈ A → φ → x = z ∧ y = w
20 16 17 19 3bitri ⊢ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ → x = z ∧ y = w ↔ y ∈ B → x ∈ A → φ → x = z ∧ y = w
21 20 albii ⊢ ∀ y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ → x = z ∧ y = w ↔ ∀ y y ∈ B → x ∈ A → φ → x = z ∧ y = w
22 df-ral ⊢ ∀ y ∈ B x ∈ A → φ → x = z ∧ y = w ↔ ∀ y y ∈ B → x ∈ A → φ → x = z ∧ y = w
23 r19.21v ⊢ ∀ y ∈ B x ∈ A → φ → x = z ∧ y = w ↔ x ∈ A → ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w
24 21 22 23 3bitr2i ⊢ ∀ y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ → x = z ∧ y = w ↔ x ∈ A → ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w
25 24 albii ⊢ ∀ x ∀ y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ → x = z ∧ y = w ↔ ∀ x x ∈ A → ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w
26 df-ral ⊢ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w ↔ ∀ x x ∈ A → ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w
27 25 26 bitr4i ⊢ ∀ x ∀ y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ → x = z ∧ y = w ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w
28 27 exbii ⊢ ∃ w ∀ x ∀ y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ → x = z ∧ y = w ↔ ∃ w ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w
29 28 exbii ⊢ ∃ z ∃ w ∀ x ∀ y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ → x = z ∧ y = w ↔ ∃ z ∃ w ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w
30 14 29 anbi12i ⊢ ∃ x ∃ y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ ∧ ∃ z ∃ w ∀ x ∀ y x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ φ → x = z ∧ y = w ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃ z ∃ w ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w
31 3 4 30 3bitri ⊢ ∃! x ∈ A ∃! y ∈ B φ ∧ ∀ x ∈ A ∃* y ∈ B φ ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B φ ∧ ∃ z ∃ w ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → x = z ∧ y = w