Metamath Proof Explorer


Theorem efgval

Description: Value of the free group construction. (Contributed by Mario Carneiro, 1-Oct-2015)

Ref Expression
Hypotheses efgval.w ⊢ W = I ⁡ Word I × 2 𝑜
efgval.r ⊢ ∼ ˙ = ~ FG ⁡ I
Assertion efgval ⊢ ∼ ˙ = ⋂ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 efgval.w ⊢ W = I ⁡ Word I × 2 𝑜
2 efgval.r ⊢ ∼ ˙ = ~ FG ⁡ I
3 vex ⊢ i ∈ V
4 2on ⊢ 2 𝑜 ∈ On
5 4 elexi ⊢ 2 𝑜 ∈ V
6 3 5 xpex ⊢ i × 2 𝑜 ∈ V
7 wrdexg ⊢ i × 2 𝑜 ∈ V → Word i × 2 𝑜 ∈ V
8 fvi ⊢ Word i × 2 𝑜 ∈ V → I ⁡ Word i × 2 𝑜 = Word i × 2 𝑜
9 6 7 8 mp2b ⊢ I ⁡ Word i × 2 𝑜 = Word i × 2 𝑜
10 xpeq1 ⊢ i = I → i × 2 𝑜 = I × 2 𝑜
11 wrdeq ⊢ i × 2 𝑜 = I × 2 𝑜 → Word i × 2 𝑜 = Word I × 2 𝑜
12 10 11 syl ⊢ i = I → Word i × 2 𝑜 = Word I × 2 𝑜
13 12 fveq2d ⊢ i = I → I ⁡ Word i × 2 𝑜 = I ⁡ Word I × 2 𝑜
14 9 13 eqtr3id ⊢ i = I → Word i × 2 𝑜 = I ⁡ Word I × 2 𝑜
15 14 1 eqtr4di ⊢ i = I → Word i × 2 𝑜 = W
16 ereq2 ⊢ Word i × 2 𝑜 = W → r Er Word i × 2 𝑜 ↔ r Er W
17 15 16 syl ⊢ i = I → r Er Word i × 2 𝑜 ↔ r Er W
18 raleq ⊢ i = I → ∀ y ∈ i ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ ↔ ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩
19 18 ralbidv ⊢ i = I → ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ i ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ ↔ ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩
20 15 19 raleqbidv ⊢ i = I → ∀ x ∈ Word i × 2 𝑜 ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ i ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ ↔ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩
21 17 20 anbi12d ⊢ i = I → r Er Word i × 2 𝑜 ∧ ∀ x ∈ Word i × 2 𝑜 ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ i ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ ↔ r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩
22 21 abbidv ⊢ i = I → r | r Er Word i × 2 𝑜 ∧ ∀ x ∈ Word i × 2 𝑜 ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ i ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ = r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩
23 22 inteqd ⊢ i = I → ⋂ r | r Er Word i × 2 𝑜 ∧ ∀ x ∈ Word i × 2 𝑜 ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ i ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ = ⋂ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩
24 df-efg ⊢ ~ FG = i ∈ V ⟼ ⋂ r | r Er Word i × 2 𝑜 ∧ ∀ x ∈ Word i × 2 𝑜 ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ i ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩
25 1 efglem ⊢ ∃ r r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩
26 intexab ⊢ ∃ r r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ ↔ ⋂ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ ∈ V
27 25 26 mpbi ⊢ ⋂ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ ∈ V
28 23 24 27 fvmpt ⊢ I ∈ V → ~ FG ⁡ I = ⋂ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩
29 fvprc ⊢ ¬ I ∈ V → ~ FG ⁡ I = ∅
30 abn0 ⊢ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ ≠ ∅ ↔ ∃ r r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩
31 25 30 mpbir ⊢ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ ≠ ∅
32 intssuni ⊢ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ ≠ ∅ → ⋂ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ ⊆ ⋃ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩
33 31 32 ax-mp ⊢ ⋂ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ ⊆ ⋃ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩
34 erssxp ⊢ r Er W → r ⊆ W × W
35 1 efgrcl ⊢ x ∈ W → I ∈ V ∧ W = Word I × 2 𝑜
36 35 simpld ⊢ x ∈ W → I ∈ V
37 36 con3i ⊢ ¬ I ∈ V → ¬ x ∈ W
38 37 eq0rdv ⊢ ¬ I ∈ V → W = ∅
39 38 xpeq2d ⊢ ¬ I ∈ V → W × W = W × ∅
40 xp0 ⊢ W × ∅ = ∅
41 39 40 eqtrdi ⊢ ¬ I ∈ V → W × W = ∅
42 ss0b ⊢ W × W ⊆ ∅ ↔ W × W = ∅
43 41 42 sylibr ⊢ ¬ I ∈ V → W × W ⊆ ∅
44 34 43 sylan9ssr ⊢ ¬ I ∈ V ∧ r Er W → r ⊆ ∅
45 44 ex ⊢ ¬ I ∈ V → r Er W → r ⊆ ∅
46 45 adantrd ⊢ ¬ I ∈ V → r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ → r ⊆ ∅
47 46 alrimiv ⊢ ¬ I ∈ V → ∀ r r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ → r ⊆ ∅
48 sseq1 ⊢ w = r → w ⊆ ∅ ↔ r ⊆ ∅
49 48 ralab2 ⊢ ∀ w ∈ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ w ⊆ ∅ ↔ ∀ r r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ → r ⊆ ∅
50 47 49 sylibr ⊢ ¬ I ∈ V → ∀ w ∈ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ w ⊆ ∅
51 unissb ⊢ ⋃ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ ⊆ ∅ ↔ ∀ w ∈ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ w ⊆ ∅
52 50 51 sylibr ⊢ ¬ I ∈ V → ⋃ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ ⊆ ∅
53 33 52 sstrid ⊢ ¬ I ∈ V → ⋂ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ ⊆ ∅
54 ss0 ⊢ ⋂ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ ⊆ ∅ → ⋂ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ = ∅
55 53 54 syl ⊢ ¬ I ∈ V → ⋂ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩ = ∅
56 29 55 eqtr4d ⊢ ¬ I ∈ V → ~ FG ⁡ I = ⋂ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩
57 28 56 pm2.61i ⊢ ~ FG ⁡ I = ⋂ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩
58 2 57 eqtri ⊢ ∼ ˙ = ⋂ r | r Er W ∧ ∀ x ∈ W ∀ n ∈ 0 … x ∀ y ∈ I ∀ z ∈ 2 𝑜 x r x splice n n ⟨“ y z y 1 𝑜 ∖ z ”⟩