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Theorem fimaproj

Description: Image of a cartesian product for a function on ordered pairs with values expressed as ordered pairs. Note that F and G are the projections of H to the first and second coordinate respectively. (Contributed by Thierry Arnoux, 30-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses fvproj.h ⊢ H = x ∈ A , y ∈ B ⟼ F ⁡ x G ⁡ y
fimaproj.f ⊢ φ → F Fn A
fimaproj.g ⊢ φ → G Fn B
fimaproj.x ⊢ φ → X ⊆ A
fimaproj.y ⊢ φ → Y ⊆ B
Assertion fimaproj ⊢ φ → H X × Y = F X × G Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fvproj.h ⊢ H = x ∈ A , y ∈ B ⟼ F ⁡ x G ⁡ y
2 fimaproj.f ⊢ φ → F Fn A
3 fimaproj.g ⊢ φ → G Fn B
4 fimaproj.x ⊢ φ → X ⊆ A
5 fimaproj.y ⊢ φ → Y ⊆ B
6 opex ⊢ F ⁡ 1 st ⁡ z G ⁡ 2 nd ⁡ z ∈ V
7 vex ⊢ x ∈ V
8 vex ⊢ y ∈ V
9 7 8 op1std ⊢ z = x y → 1 st ⁡ z = x
10 9 fveq2d ⊢ z = x y → F ⁡ 1 st ⁡ z = F ⁡ x
11 7 8 op2ndd ⊢ z = x y → 2 nd ⁡ z = y
12 11 fveq2d ⊢ z = x y → G ⁡ 2 nd ⁡ z = G ⁡ y
13 10 12 opeq12d ⊢ z = x y → F ⁡ 1 st ⁡ z G ⁡ 2 nd ⁡ z = F ⁡ x G ⁡ y
14 13 mpompt ⊢ z ∈ A × B ⟼ F ⁡ 1 st ⁡ z G ⁡ 2 nd ⁡ z = x ∈ A , y ∈ B ⟼ F ⁡ x G ⁡ y
15 1 14 eqtr4i ⊢ H = z ∈ A × B ⟼ F ⁡ 1 st ⁡ z G ⁡ 2 nd ⁡ z
16 6 15 fnmpti ⊢ H Fn A × B
17 xpss12 ⊢ X ⊆ A ∧ Y ⊆ B → X × Y ⊆ A × B
18 4 5 17 syl2anc ⊢ φ → X × Y ⊆ A × B
19 fvelimab ⊢ H Fn A × B ∧ X × Y ⊆ A × B → c ∈ H X × Y ↔ ∃ z ∈ X × Y H ⁡ z = c
20 16 18 19 sylancr ⊢ φ → c ∈ H X × Y ↔ ∃ z ∈ X × Y H ⁡ z = c
21 simp-4r ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = 1 st ⁡ c ∧ b ∈ Y ∧ G ⁡ b = 2 nd ⁡ c → a ∈ X
22 simplr ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = 1 st ⁡ c ∧ b ∈ Y ∧ G ⁡ b = 2 nd ⁡ c → b ∈ Y
23 opelxpi ⊢ a ∈ X ∧ b ∈ Y → a b ∈ X × Y
24 21 22 23 syl2anc ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = 1 st ⁡ c ∧ b ∈ Y ∧ G ⁡ b = 2 nd ⁡ c → a b ∈ X × Y
25 simpllr ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = 1 st ⁡ c ∧ b ∈ Y ∧ G ⁡ b = 2 nd ⁡ c → F ⁡ a = 1 st ⁡ c
26 simpr ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = 1 st ⁡ c ∧ b ∈ Y ∧ G ⁡ b = 2 nd ⁡ c → G ⁡ b = 2 nd ⁡ c
27 25 26 opeq12d ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = 1 st ⁡ c ∧ b ∈ Y ∧ G ⁡ b = 2 nd ⁡ c → F ⁡ a G ⁡ b = 1 st ⁡ c 2 nd ⁡ c
28 4 ad5antr ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = 1 st ⁡ c ∧ b ∈ Y ∧ G ⁡ b = 2 nd ⁡ c → X ⊆ A
29 28 21 sseldd ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = 1 st ⁡ c ∧ b ∈ Y ∧ G ⁡ b = 2 nd ⁡ c → a ∈ A
30 5 ad5antr ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = 1 st ⁡ c ∧ b ∈ Y ∧ G ⁡ b = 2 nd ⁡ c → Y ⊆ B
31 30 22 sseldd ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = 1 st ⁡ c ∧ b ∈ Y ∧ G ⁡ b = 2 nd ⁡ c → b ∈ B
32 1 29 31 fvproj ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = 1 st ⁡ c ∧ b ∈ Y ∧ G ⁡ b = 2 nd ⁡ c → H ⁡ a b = F ⁡ a G ⁡ b
33 1st2nd2 ⊢ c ∈ F X × G Y → c = 1 st ⁡ c 2 nd ⁡ c
34 33 ad5antlr ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = 1 st ⁡ c ∧ b ∈ Y ∧ G ⁡ b = 2 nd ⁡ c → c = 1 st ⁡ c 2 nd ⁡ c
35 27 32 34 3eqtr4d ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = 1 st ⁡ c ∧ b ∈ Y ∧ G ⁡ b = 2 nd ⁡ c → H ⁡ a b = c
36 fveqeq2 ⊢ z = a b → H ⁡ z = c ↔ H ⁡ a b = c
37 36 rspcev ⊢ a b ∈ X × Y ∧ H ⁡ a b = c → ∃ z ∈ X × Y H ⁡ z = c
38 24 35 37 syl2anc ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = 1 st ⁡ c ∧ b ∈ Y ∧ G ⁡ b = 2 nd ⁡ c → ∃ z ∈ X × Y H ⁡ z = c
39 3 ad3antrrr ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = 1 st ⁡ c → G Fn B
40 fnfun ⊢ G Fn B → Fun ⁡ G
41 39 40 syl ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = 1 st ⁡ c → Fun ⁡ G
42 xp2nd ⊢ c ∈ F X × G Y → 2 nd ⁡ c ∈ G Y
43 42 ad3antlr ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = 1 st ⁡ c → 2 nd ⁡ c ∈ G Y
44 fvelima ⊢ Fun ⁡ G ∧ 2 nd ⁡ c ∈ G Y → ∃ b ∈ Y G ⁡ b = 2 nd ⁡ c
45 41 43 44 syl2anc ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = 1 st ⁡ c → ∃ b ∈ Y G ⁡ b = 2 nd ⁡ c
46 38 45 r19.29a ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y ∧ a ∈ X ∧ F ⁡ a = 1 st ⁡ c → ∃ z ∈ X × Y H ⁡ z = c
47 2 adantr ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y → F Fn A
48 fnfun ⊢ F Fn A → Fun ⁡ F
49 47 48 syl ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y → Fun ⁡ F
50 xp1st ⊢ c ∈ F X × G Y → 1 st ⁡ c ∈ F X
51 50 adantl ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y → 1 st ⁡ c ∈ F X
52 fvelima ⊢ Fun ⁡ F ∧ 1 st ⁡ c ∈ F X → ∃ a ∈ X F ⁡ a = 1 st ⁡ c
53 49 51 52 syl2anc ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y → ∃ a ∈ X F ⁡ a = 1 st ⁡ c
54 46 53 r19.29a ⊢ φ ∧ c ∈ F X × G Y → ∃ z ∈ X × Y H ⁡ z = c
55 simpr ⊢ φ ∧ z ∈ X × Y ∧ H ⁡ z = c → H ⁡ z = c
56 18 ad2antrr ⊢ φ ∧ z ∈ X × Y ∧ H ⁡ z = c → X × Y ⊆ A × B
57 simplr ⊢ φ ∧ z ∈ X × Y ∧ H ⁡ z = c → z ∈ X × Y
58 56 57 sseldd ⊢ φ ∧ z ∈ X × Y ∧ H ⁡ z = c → z ∈ A × B
59 15 fvmpt2 ⊢ z ∈ A × B ∧ F ⁡ 1 st ⁡ z G ⁡ 2 nd ⁡ z ∈ V → H ⁡ z = F ⁡ 1 st ⁡ z G ⁡ 2 nd ⁡ z
60 58 6 59 sylancl ⊢ φ ∧ z ∈ X × Y ∧ H ⁡ z = c → H ⁡ z = F ⁡ 1 st ⁡ z G ⁡ 2 nd ⁡ z
61 2 ad2antrr ⊢ φ ∧ z ∈ X × Y ∧ H ⁡ z = c → F Fn A
62 4 ad2antrr ⊢ φ ∧ z ∈ X × Y ∧ H ⁡ z = c → X ⊆ A
63 xp1st ⊢ z ∈ X × Y → 1 st ⁡ z ∈ X
64 57 63 syl ⊢ φ ∧ z ∈ X × Y ∧ H ⁡ z = c → 1 st ⁡ z ∈ X
65 fnfvima ⊢ F Fn A ∧ X ⊆ A ∧ 1 st ⁡ z ∈ X → F ⁡ 1 st ⁡ z ∈ F X
66 61 62 64 65 syl3anc ⊢ φ ∧ z ∈ X × Y ∧ H ⁡ z = c → F ⁡ 1 st ⁡ z ∈ F X
67 3 ad2antrr ⊢ φ ∧ z ∈ X × Y ∧ H ⁡ z = c → G Fn B
68 5 ad2antrr ⊢ φ ∧ z ∈ X × Y ∧ H ⁡ z = c → Y ⊆ B
69 xp2nd ⊢ z ∈ X × Y → 2 nd ⁡ z ∈ Y
70 57 69 syl ⊢ φ ∧ z ∈ X × Y ∧ H ⁡ z = c → 2 nd ⁡ z ∈ Y
71 fnfvima ⊢ G Fn B ∧ Y ⊆ B ∧ 2 nd ⁡ z ∈ Y → G ⁡ 2 nd ⁡ z ∈ G Y
72 67 68 70 71 syl3anc ⊢ φ ∧ z ∈ X × Y ∧ H ⁡ z = c → G ⁡ 2 nd ⁡ z ∈ G Y
73 opelxpi ⊢ F ⁡ 1 st ⁡ z ∈ F X ∧ G ⁡ 2 nd ⁡ z ∈ G Y → F ⁡ 1 st ⁡ z G ⁡ 2 nd ⁡ z ∈ F X × G Y
74 66 72 73 syl2anc ⊢ φ ∧ z ∈ X × Y ∧ H ⁡ z = c → F ⁡ 1 st ⁡ z G ⁡ 2 nd ⁡ z ∈ F X × G Y
75 60 74 eqeltrd ⊢ φ ∧ z ∈ X × Y ∧ H ⁡ z = c → H ⁡ z ∈ F X × G Y
76 55 75 eqeltrrd ⊢ φ ∧ z ∈ X × Y ∧ H ⁡ z = c → c ∈ F X × G Y
77 76 r19.29an ⊢ φ ∧ ∃ z ∈ X × Y H ⁡ z = c → c ∈ F X × G Y
78 54 77 impbida ⊢ φ → c ∈ F X × G Y ↔ ∃ z ∈ X × Y H ⁡ z = c
79 20 78 bitr4d ⊢ φ → c ∈ H X × Y ↔ c ∈ F X × G Y
80 79 eqrdv ⊢ φ → H X × Y = F X × G Y