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Theorem elfuns

Description: Membership in the class of all functions. (Contributed by Scott Fenton, 18-Feb-2013)

Ref Expression
Hypothesis elfuns.1 ⊢ F ∈ V
Assertion elfuns ⊢ F ∈ 𝖥𝗎𝗇𝗌 ↔ Fun ⁡ F

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 elfuns.1 ⊢ F ∈ V
2 elrel ⊢ Rel ⁡ F ∧ p ∈ F → ∃ x ∃ y p = x y
3 2 ex ⊢ Rel ⁡ F → p ∈ F → ∃ x ∃ y p = x y
4 elrel ⊢ Rel ⁡ F ∧ q ∈ F → ∃ a ∃ z q = a z
5 4 ex ⊢ Rel ⁡ F → q ∈ F → ∃ a ∃ z q = a z
6 3 5 anim12d ⊢ Rel ⁡ F → p ∈ F ∧ q ∈ F → ∃ x ∃ y p = x y ∧ ∃ a ∃ z q = a z
7 6 adantrd ⊢ Rel ⁡ F → p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p → ∃ x ∃ y p = x y ∧ ∃ a ∃ z q = a z
8 7 pm4.71rd ⊢ Rel ⁡ F → p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ ∃ x ∃ y p = x y ∧ ∃ a ∃ z q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
9 19.41vvvv ⊢ ∃ x ∃ y ∃ a ∃ z p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ ∃ x ∃ y ∃ a ∃ z p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
10 ee4anv ⊢ ∃ x ∃ y ∃ a ∃ z p = x y ∧ q = a z ↔ ∃ x ∃ y p = x y ∧ ∃ a ∃ z q = a z
11 10 anbi1i ⊢ ∃ x ∃ y ∃ a ∃ z p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ ∃ x ∃ y p = x y ∧ ∃ a ∃ z q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
12 9 11 bitr2i ⊢ ∃ x ∃ y p = x y ∧ ∃ a ∃ z q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ ∃ x ∃ y ∃ a ∃ z p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
13 8 12 bitrdi ⊢ Rel ⁡ F → p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ ∃ x ∃ y ∃ a ∃ z p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
14 13 2exbidv ⊢ Rel ⁡ F → ∃ p ∃ q p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ ∃ p ∃ q ∃ x ∃ y ∃ a ∃ z p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
15 excom13 ⊢ ∃ p ∃ q ∃ x ∃ y ∃ a ∃ z p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ ∃ x ∃ q ∃ p ∃ y ∃ a ∃ z p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
16 excom13 ⊢ ∃ q ∃ p ∃ y ∃ a ∃ z p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ ∃ y ∃ p ∃ q ∃ a ∃ z p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
17 exrot4 ⊢ ∃ p ∃ q ∃ a ∃ z p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ ∃ a ∃ z ∃ p ∃ q p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
18 excom ⊢ ∃ a ∃ z ∃ p ∃ q p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ ∃ z ∃ a ∃ p ∃ q p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
19 df-3an ⊢ p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
20 19 2exbii ⊢ ∃ p ∃ q p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ ∃ p ∃ q p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
21 opex ⊢ x y ∈ V
22 opex ⊢ a z ∈ V
23 eleq1 ⊢ p = x y → p ∈ F ↔ x y ∈ F
24 23 anbi1d ⊢ p = x y → p ∈ F ∧ q ∈ F ↔ x y ∈ F ∧ q ∈ F
25 breq2 ⊢ p = x y → q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd x y
26 24 25 anbi12d ⊢ p = x y → p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ x y ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd x y
27 eleq1 ⊢ q = a z → q ∈ F ↔ a z ∈ F
28 27 anbi2d ⊢ q = a z → x y ∈ F ∧ q ∈ F ↔ x y ∈ F ∧ a z ∈ F
29 breq1 ⊢ q = a z → q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd x y ↔ a z 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd x y
30 vex ⊢ x ∈ V
31 vex ⊢ y ∈ V
32 22 30 31 brtxp ⊢ a z 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd x y ↔ a z 1 st x ∧ a z V ∖ I ∘ 2 nd y
33 vex ⊢ a ∈ V
34 vex ⊢ z ∈ V
35 33 34 br1steq ⊢ a z 1 st x ↔ x = a
36 equcom ⊢ x = a ↔ a = x
37 35 36 bitri ⊢ a z 1 st x ↔ a = x
38 22 31 brco ⊢ a z V ∖ I ∘ 2 nd y ↔ ∃ x a z 2 nd x ∧ x V ∖ I y
39 33 34 br2ndeq ⊢ a z 2 nd x ↔ x = z
40 39 anbi1i ⊢ a z 2 nd x ∧ x V ∖ I y ↔ x = z ∧ x V ∖ I y
41 40 exbii ⊢ ∃ x a z 2 nd x ∧ x V ∖ I y ↔ ∃ x x = z ∧ x V ∖ I y
42 breq1 ⊢ x = z → x V ∖ I y ↔ z V ∖ I y
43 brv ⊢ z V y
44 brdif ⊢ z V ∖ I y ↔ z V y ∧ ¬ z I y
45 43 44 mpbiran ⊢ z V ∖ I y ↔ ¬ z I y
46 31 ideq ⊢ z I y ↔ z = y
47 equcom ⊢ z = y ↔ y = z
48 46 47 bitri ⊢ z I y ↔ y = z
49 48 notbii ⊢ ¬ z I y ↔ ¬ y = z
50 45 49 bitri ⊢ z V ∖ I y ↔ ¬ y = z
51 42 50 bitrdi ⊢ x = z → x V ∖ I y ↔ ¬ y = z
52 51 equsexvw ⊢ ∃ x x = z ∧ x V ∖ I y ↔ ¬ y = z
53 38 41 52 3bitri ⊢ a z V ∖ I ∘ 2 nd y ↔ ¬ y = z
54 37 53 anbi12i ⊢ a z 1 st x ∧ a z V ∖ I ∘ 2 nd y ↔ a = x ∧ ¬ y = z
55 32 54 bitri ⊢ a z 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd x y ↔ a = x ∧ ¬ y = z
56 29 55 bitrdi ⊢ q = a z → q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd x y ↔ a = x ∧ ¬ y = z
57 28 56 anbi12d ⊢ q = a z → x y ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd x y ↔ x y ∈ F ∧ a z ∈ F ∧ a = x ∧ ¬ y = z
58 an12 ⊢ x y ∈ F ∧ a z ∈ F ∧ a = x ∧ ¬ y = z ↔ a = x ∧ x y ∈ F ∧ a z ∈ F ∧ ¬ y = z
59 57 58 bitrdi ⊢ q = a z → x y ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd x y ↔ a = x ∧ x y ∈ F ∧ a z ∈ F ∧ ¬ y = z
60 21 22 26 59 ceqsex2v ⊢ ∃ p ∃ q p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ a = x ∧ x y ∈ F ∧ a z ∈ F ∧ ¬ y = z
61 20 60 bitr3i ⊢ ∃ p ∃ q p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ a = x ∧ x y ∈ F ∧ a z ∈ F ∧ ¬ y = z
62 61 exbii ⊢ ∃ a ∃ p ∃ q p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ ∃ a a = x ∧ x y ∈ F ∧ a z ∈ F ∧ ¬ y = z
63 opeq1 ⊢ a = x → a z = x z
64 63 eleq1d ⊢ a = x → a z ∈ F ↔ x z ∈ F
65 64 anbi2d ⊢ a = x → x y ∈ F ∧ a z ∈ F ↔ x y ∈ F ∧ x z ∈ F
66 65 anbi1d ⊢ a = x → x y ∈ F ∧ a z ∈ F ∧ ¬ y = z ↔ x y ∈ F ∧ x z ∈ F ∧ ¬ y = z
67 66 equsexvw ⊢ ∃ a a = x ∧ x y ∈ F ∧ a z ∈ F ∧ ¬ y = z ↔ x y ∈ F ∧ x z ∈ F ∧ ¬ y = z
68 62 67 bitri ⊢ ∃ a ∃ p ∃ q p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ x y ∈ F ∧ x z ∈ F ∧ ¬ y = z
69 68 exbii ⊢ ∃ z ∃ a ∃ p ∃ q p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ ∃ z x y ∈ F ∧ x z ∈ F ∧ ¬ y = z
70 exanali ⊢ ∃ z x y ∈ F ∧ x z ∈ F ∧ ¬ y = z ↔ ¬ ∀ z x y ∈ F ∧ x z ∈ F → y = z
71 69 70 bitri ⊢ ∃ z ∃ a ∃ p ∃ q p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ ¬ ∀ z x y ∈ F ∧ x z ∈ F → y = z
72 17 18 71 3bitri ⊢ ∃ p ∃ q ∃ a ∃ z p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ ¬ ∀ z x y ∈ F ∧ x z ∈ F → y = z
73 72 exbii ⊢ ∃ y ∃ p ∃ q ∃ a ∃ z p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ ∃ y ¬ ∀ z x y ∈ F ∧ x z ∈ F → y = z
74 exnal ⊢ ∃ y ¬ ∀ z x y ∈ F ∧ x z ∈ F → y = z ↔ ¬ ∀ y ∀ z x y ∈ F ∧ x z ∈ F → y = z
75 16 73 74 3bitri ⊢ ∃ q ∃ p ∃ y ∃ a ∃ z p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ ¬ ∀ y ∀ z x y ∈ F ∧ x z ∈ F → y = z
76 75 exbii ⊢ ∃ x ∃ q ∃ p ∃ y ∃ a ∃ z p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ ∃ x ¬ ∀ y ∀ z x y ∈ F ∧ x z ∈ F → y = z
77 exnal ⊢ ∃ x ¬ ∀ y ∀ z x y ∈ F ∧ x z ∈ F → y = z ↔ ¬ ∀ x ∀ y ∀ z x y ∈ F ∧ x z ∈ F → y = z
78 15 76 77 3bitri ⊢ ∃ p ∃ q ∃ x ∃ y ∃ a ∃ z p = x y ∧ q = a z ∧ p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ ¬ ∀ x ∀ y ∀ z x y ∈ F ∧ x z ∈ F → y = z
79 14 78 bitrdi ⊢ Rel ⁡ F → ∃ p ∃ q p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ ¬ ∀ x ∀ y ∀ z x y ∈ F ∧ x z ∈ F → y = z
80 79 con2bid ⊢ Rel ⁡ F → ∀ x ∀ y ∀ z x y ∈ F ∧ x z ∈ F → y = z ↔ ¬ ∃ p ∃ q p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
81 80 pm5.32i ⊢ Rel ⁡ F ∧ ∀ x ∀ y ∀ z x y ∈ F ∧ x z ∈ F → y = z ↔ Rel ⁡ F ∧ ¬ ∃ p ∃ q p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
82 dffun4 ⊢ Fun ⁡ F ↔ Rel ⁡ F ∧ ∀ x ∀ y ∀ z x y ∈ F ∧ x z ∈ F → y = z
83 df-funs ⊢ 𝖥𝗎𝗇𝗌 = 𝒫 V × V ∖ 𝖥𝗂𝗑 E ∘ 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd ∘ E -1
84 83 eleq2i ⊢ F ∈ 𝖥𝗎𝗇𝗌 ↔ F ∈ 𝒫 V × V ∖ 𝖥𝗂𝗑 E ∘ 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd ∘ E -1
85 eldif ⊢ F ∈ 𝒫 V × V ∖ 𝖥𝗂𝗑 E ∘ 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd ∘ E -1 ↔ F ∈ 𝒫 V × V ∧ ¬ F ∈ 𝖥𝗂𝗑 E ∘ 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd ∘ E -1
86 1 elpw ⊢ F ∈ 𝒫 V × V ↔ F ⊆ V × V
87 df-rel ⊢ Rel ⁡ F ↔ F ⊆ V × V
88 86 87 bitr4i ⊢ F ∈ 𝒫 V × V ↔ Rel ⁡ F
89 1 elfix ⊢ F ∈ 𝖥𝗂𝗑 E ∘ 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd ∘ E -1 ↔ F E ∘ 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd ∘ E -1 F
90 1 1 coep ⊢ F E ∘ 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd ∘ E -1 F ↔ ∃ p ∈ F F 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd ∘ E -1 p
91 vex ⊢ p ∈ V
92 1 91 coepr ⊢ F 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd ∘ E -1 p ↔ ∃ q ∈ F q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
93 92 rexbii ⊢ ∃ p ∈ F F 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd ∘ E -1 p ↔ ∃ p ∈ F ∃ q ∈ F q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
94 90 93 bitri ⊢ F E ∘ 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd ∘ E -1 F ↔ ∃ p ∈ F ∃ q ∈ F q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
95 r2ex ⊢ ∃ p ∈ F ∃ q ∈ F q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p ↔ ∃ p ∃ q p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
96 89 94 95 3bitri ⊢ F ∈ 𝖥𝗂𝗑 E ∘ 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd ∘ E -1 ↔ ∃ p ∃ q p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
97 96 notbii ⊢ ¬ F ∈ 𝖥𝗂𝗑 E ∘ 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd ∘ E -1 ↔ ¬ ∃ p ∃ q p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
98 88 97 anbi12i ⊢ F ∈ 𝒫 V × V ∧ ¬ F ∈ 𝖥𝗂𝗑 E ∘ 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd ∘ E -1 ↔ Rel ⁡ F ∧ ¬ ∃ p ∃ q p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
99 84 85 98 3bitri ⊢ F ∈ 𝖥𝗎𝗇𝗌 ↔ Rel ⁡ F ∧ ¬ ∃ p ∃ q p ∈ F ∧ q ∈ F ∧ q 1 st ⊗ V ∖ I ∘ 2 nd p
100 81 82 99 3bitr4ri ⊢ F ∈ 𝖥𝗎𝗇𝗌 ↔ Fun ⁡ F