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Theorem dfac2a

Description: Our Axiom of Choice (in the form of ac3 ) implies the Axiom of Choice (first form) of Enderton p. 49. The proof uses neither AC nor the Axiom of Regularity. See dfac2b for the converse (which does use the Axiom of Regularity). (Contributed by NM, 5-Apr-2004) (Revised by Mario Carneiro, 26-Jun-2015)

Ref Expression
Assertion dfac2a ⊢ ∀ x ∃ y ∀ z ∈ x z ≠ ∅ → ∃! w ∈ z ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v → CHOICE

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 riotauni ⊢ ∃! w ∈ z ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v → ι w ∈ z | ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v = ⋃ w ∈ z | ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v
2 riotacl ⊢ ∃! w ∈ z ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v → ι w ∈ z | ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v ∈ z
3 1 2 eqeltrrd ⊢ ∃! w ∈ z ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v → ⋃ w ∈ z | ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v ∈ z
4 elequ2 ⊢ u = z → w ∈ u ↔ w ∈ z
5 elequ1 ⊢ u = z → u ∈ v ↔ z ∈ v
6 5 anbi1d ⊢ u = z → u ∈ v ∧ w ∈ v ↔ z ∈ v ∧ w ∈ v
7 6 rexbidv ⊢ u = z → ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v ↔ ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v
8 4 7 anbi12d ⊢ u = z → w ∈ u ∧ ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v ↔ w ∈ z ∧ ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v
9 8 rabbidva2 ⊢ u = z → w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v = w ∈ z | ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v
10 9 unieqd ⊢ u = z → ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v = ⋃ w ∈ z | ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v
11 eqid ⊢ u ∈ x ⟼ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v = u ∈ x ⟼ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v
12 vex ⊢ z ∈ V
13 12 rabex ⊢ w ∈ z | ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v ∈ V
14 13 uniex ⊢ ⋃ w ∈ z | ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v ∈ V
15 10 11 14 fvmpt ⊢ z ∈ x → u ∈ x ⟼ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v ⁡ z = ⋃ w ∈ z | ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v
16 15 eleq1d ⊢ z ∈ x → u ∈ x ⟼ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v ⁡ z ∈ z ↔ ⋃ w ∈ z | ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v ∈ z
17 3 16 imbitrrid ⊢ z ∈ x → ∃! w ∈ z ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v → u ∈ x ⟼ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v ⁡ z ∈ z
18 17 imim2d ⊢ z ∈ x → z ≠ ∅ → ∃! w ∈ z ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v → z ≠ ∅ → u ∈ x ⟼ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v ⁡ z ∈ z
19 18 ralimia ⊢ ∀ z ∈ x z ≠ ∅ → ∃! w ∈ z ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v → ∀ z ∈ x z ≠ ∅ → u ∈ x ⟼ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v ⁡ z ∈ z
20 ssrab2 ⊢ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v ⊆ u
21 elssuni ⊢ u ∈ x → u ⊆ ⋃ x
22 20 21 sstrid ⊢ u ∈ x → w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v ⊆ ⋃ x
23 22 unissd ⊢ u ∈ x → ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v ⊆ ⋃ ⋃ x
24 vex ⊢ x ∈ V
25 24 uniex ⊢ ⋃ x ∈ V
26 25 uniex ⊢ ⋃ ⋃ x ∈ V
27 26 elpw2 ⊢ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v ∈ 𝒫 ⋃ ⋃ x ↔ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v ⊆ ⋃ ⋃ x
28 23 27 sylibr ⊢ u ∈ x → ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v ∈ 𝒫 ⋃ ⋃ x
29 11 28 fmpti ⊢ u ∈ x ⟼ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v : x ⟶ 𝒫 ⋃ ⋃ x
30 26 pwex ⊢ 𝒫 ⋃ ⋃ x ∈ V
31 fex2 ⊢ u ∈ x ⟼ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v : x ⟶ 𝒫 ⋃ ⋃ x ∧ x ∈ V ∧ 𝒫 ⋃ ⋃ x ∈ V → u ∈ x ⟼ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v ∈ V
32 29 24 30 31 mp3an ⊢ u ∈ x ⟼ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v ∈ V
33 fveq1 ⊢ f = u ∈ x ⟼ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v → f ⁡ z = u ∈ x ⟼ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v ⁡ z
34 33 eleq1d ⊢ f = u ∈ x ⟼ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v → f ⁡ z ∈ z ↔ u ∈ x ⟼ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v ⁡ z ∈ z
35 34 imbi2d ⊢ f = u ∈ x ⟼ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v → z ≠ ∅ → f ⁡ z ∈ z ↔ z ≠ ∅ → u ∈ x ⟼ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v ⁡ z ∈ z
36 35 ralbidv ⊢ f = u ∈ x ⟼ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v → ∀ z ∈ x z ≠ ∅ → f ⁡ z ∈ z ↔ ∀ z ∈ x z ≠ ∅ → u ∈ x ⟼ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v ⁡ z ∈ z
37 32 36 spcev ⊢ ∀ z ∈ x z ≠ ∅ → u ∈ x ⟼ ⋃ w ∈ u | ∃ v ∈ y u ∈ v ∧ w ∈ v ⁡ z ∈ z → ∃ f ∀ z ∈ x z ≠ ∅ → f ⁡ z ∈ z
38 19 37 syl ⊢ ∀ z ∈ x z ≠ ∅ → ∃! w ∈ z ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v → ∃ f ∀ z ∈ x z ≠ ∅ → f ⁡ z ∈ z
39 38 exlimiv ⊢ ∃ y ∀ z ∈ x z ≠ ∅ → ∃! w ∈ z ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v → ∃ f ∀ z ∈ x z ≠ ∅ → f ⁡ z ∈ z
40 39 alimi ⊢ ∀ x ∃ y ∀ z ∈ x z ≠ ∅ → ∃! w ∈ z ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v → ∀ x ∃ f ∀ z ∈ x z ≠ ∅ → f ⁡ z ∈ z
41 dfac3 ⊢ CHOICE ↔ ∀ x ∃ f ∀ z ∈ x z ≠ ∅ → f ⁡ z ∈ z
42 40 41 sylibr ⊢ ∀ x ∃ y ∀ z ∈ x z ≠ ∅ → ∃! w ∈ z ∃ v ∈ y z ∈ v ∧ w ∈ v → CHOICE