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Theorem finminlem

Description: A useful lemma about finite sets. If a property holds for a finite set, it holds for a minimal set. (Contributed by Jeff Hankins, 4-Dec-2009)

Ref Expression
Hypothesis finminlem.1 ⊢ x = y → φ ↔ ψ
Assertion finminlem ⊢ ∃ x ∈ Fin φ → ∃ x φ ∧ ∀ y y ⊆ x ∧ ψ → x = y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 finminlem.1 ⊢ x = y → φ ↔ ψ
2 nfe1 ⊢ Ⅎ x ∃ x x ≈ n ∧ φ
3 nfcv ⊢ Ⅎ _ x ω
4 2 3 nfrabw ⊢ Ⅎ _ x n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ
5 nfcv ⊢ Ⅎ _ x ∅
6 4 5 nfne ⊢ Ⅎ x n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ≠ ∅
7 isfi ⊢ x ∈ Fin ↔ ∃ m ∈ ω x ≈ m
8 19.8a ⊢ x ≈ m ∧ φ → ∃ x x ≈ m ∧ φ
9 8 anim2i ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ → m ∈ ω ∧ ∃ x x ≈ m ∧ φ
10 9 3impb ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ → m ∈ ω ∧ ∃ x x ≈ m ∧ φ
11 breq2 ⊢ n = m → x ≈ n ↔ x ≈ m
12 11 anbi1d ⊢ n = m → x ≈ n ∧ φ ↔ x ≈ m ∧ φ
13 12 exbidv ⊢ n = m → ∃ x x ≈ n ∧ φ ↔ ∃ x x ≈ m ∧ φ
14 13 elrab ⊢ m ∈ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ↔ m ∈ ω ∧ ∃ x x ≈ m ∧ φ
15 10 14 sylibr ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ → m ∈ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ
16 15 ne0d ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ → n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ≠ ∅
17 16 3exp ⊢ m ∈ ω → x ≈ m → φ → n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ≠ ∅
18 17 rexlimiv ⊢ ∃ m ∈ ω x ≈ m → φ → n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ≠ ∅
19 7 18 sylbi ⊢ x ∈ Fin → φ → n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ≠ ∅
20 6 19 rexlimi ⊢ ∃ x ∈ Fin φ → n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ≠ ∅
21 epweon ⊢ E We On
22 ssrab2 ⊢ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ⊆ ω
23 omsson ⊢ ω ⊆ On
24 22 23 sstri ⊢ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ⊆ On
25 wefrc ⊢ E We On ∧ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ⊆ On ∧ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ≠ ∅ → ∃ m ∈ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅
26 21 24 25 mp3an12 ⊢ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ≠ ∅ → ∃ m ∈ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅
27 nfv ⊢ Ⅎ x m ∈ ω
28 nfcv ⊢ Ⅎ _ x m
29 4 28 nfin ⊢ Ⅎ _ x n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m
30 29 nfeq1 ⊢ Ⅎ x n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅
31 27 30 nfan ⊢ Ⅎ x m ∈ ω ∧ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅
32 simprr ⊢ m ∈ ω ∧ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅ ∧ x ≈ m ∧ φ → φ
33 sspss ⊢ y ⊆ x ↔ y ⊂ x ∨ y = x
34 rspe ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m → ∃ m ∈ ω x ≈ m
35 pssss ⊢ y ⊂ x → y ⊆ x
36 ssfi ⊢ x ∈ Fin ∧ y ⊆ x → y ∈ Fin
37 35 36 sylan2 ⊢ x ∈ Fin ∧ y ⊂ x → y ∈ Fin
38 37 ex ⊢ x ∈ Fin → y ⊂ x → y ∈ Fin
39 7 38 sylbir ⊢ ∃ m ∈ ω x ≈ m → y ⊂ x → y ∈ Fin
40 34 39 syl ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m → y ⊂ x → y ∈ Fin
41 40 adantrr ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ → y ⊂ x → y ∈ Fin
42 41 adantrr ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ → y ⊂ x → y ∈ Fin
43 isfi ⊢ y ∈ Fin ↔ ∃ k ∈ ω y ≈ k
44 simprll ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ ∧ k ∈ ω ∧ y ≈ k ∧ y ⊂ x → k ∈ ω
45 simprlr ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ ∧ k ∈ ω ∧ y ≈ k ∧ y ⊂ x → y ≈ k
46 simplrr ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ ∧ k ∈ ω ∧ y ≈ k ∧ y ⊂ x → ψ
47 vex ⊢ y ∈ V
48 breq1 ⊢ x = y → x ≈ k ↔ y ≈ k
49 48 1 anbi12d ⊢ x = y → x ≈ k ∧ φ ↔ y ≈ k ∧ ψ
50 47 49 spcev ⊢ y ≈ k ∧ ψ → ∃ x x ≈ k ∧ φ
51 45 46 50 syl2anc ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ ∧ k ∈ ω ∧ y ≈ k ∧ y ⊂ x → ∃ x x ≈ k ∧ φ
52 34 7 sylibr ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m → x ∈ Fin
53 52 adantrr ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ → x ∈ Fin
54 53 adantrr ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ → x ∈ Fin
55 54 adantr ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ ∧ k ∈ ω ∧ y ≈ k → x ∈ Fin
56 php3 ⊢ x ∈ Fin ∧ y ⊂ x → y ≺ x
57 56 ex ⊢ x ∈ Fin → y ⊂ x → y ≺ x
58 55 57 syl ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ ∧ k ∈ ω ∧ y ≈ k → y ⊂ x → y ≺ x
59 vex ⊢ k ∈ V
60 ssdomg ⊢ k ∈ V → m ⊆ k → m ≼ k
61 59 60 ax-mp ⊢ m ⊆ k → m ≼ k
62 endomtr ⊢ x ≈ m ∧ m ≼ k → x ≼ k
63 62 ex ⊢ x ≈ m → m ≼ k → x ≼ k
64 63 ad2antrr ⊢ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ → m ≼ k → x ≼ k
65 64 ad2antlr ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ ∧ k ∈ ω ∧ y ≈ k → m ≼ k → x ≼ k
66 ensym ⊢ y ≈ k → k ≈ y
67 domentr ⊢ x ≼ k ∧ k ≈ y → x ≼ y
68 66 67 sylan2 ⊢ x ≼ k ∧ y ≈ k → x ≼ y
69 68 expcom ⊢ y ≈ k → x ≼ k → x ≼ y
70 69 ad2antll ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ ∧ k ∈ ω ∧ y ≈ k → x ≼ k → x ≼ y
71 65 70 syld ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ ∧ k ∈ ω ∧ y ≈ k → m ≼ k → x ≼ y
72 61 71 syl5 ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ ∧ k ∈ ω ∧ y ≈ k → m ⊆ k → x ≼ y
73 domnsym ⊢ x ≼ y → ¬ y ≺ x
74 73 con2i ⊢ y ≺ x → ¬ x ≼ y
75 72 74 nsyli ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ ∧ k ∈ ω ∧ y ≈ k → y ≺ x → ¬ m ⊆ k
76 58 75 syld ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ ∧ k ∈ ω ∧ y ≈ k → y ⊂ x → ¬ m ⊆ k
77 76 impr ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ ∧ k ∈ ω ∧ y ≈ k ∧ y ⊂ x → ¬ m ⊆ k
78 nnord ⊢ m ∈ ω → Ord ⁡ m
79 78 ad2antrr ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ ∧ k ∈ ω ∧ y ≈ k ∧ y ⊂ x → Ord ⁡ m
80 nnord ⊢ k ∈ ω → Ord ⁡ k
81 80 adantr ⊢ k ∈ ω ∧ y ≈ k → Ord ⁡ k
82 81 ad2antrl ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ ∧ k ∈ ω ∧ y ≈ k ∧ y ⊂ x → Ord ⁡ k
83 ordtri1 ⊢ Ord ⁡ m ∧ Ord ⁡ k → m ⊆ k ↔ ¬ k ∈ m
84 83 con2bid ⊢ Ord ⁡ m ∧ Ord ⁡ k → k ∈ m ↔ ¬ m ⊆ k
85 79 82 84 syl2anc ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ ∧ k ∈ ω ∧ y ≈ k ∧ y ⊂ x → k ∈ m ↔ ¬ m ⊆ k
86 77 85 mpbird ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ ∧ k ∈ ω ∧ y ≈ k ∧ y ⊂ x → k ∈ m
87 44 51 86 jca31 ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ ∧ k ∈ ω ∧ y ≈ k ∧ y ⊂ x → k ∈ ω ∧ ∃ x x ≈ k ∧ φ ∧ k ∈ m
88 elin ⊢ k ∈ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m ↔ k ∈ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∧ k ∈ m
89 breq2 ⊢ n = k → x ≈ n ↔ x ≈ k
90 89 anbi1d ⊢ n = k → x ≈ n ∧ φ ↔ x ≈ k ∧ φ
91 90 exbidv ⊢ n = k → ∃ x x ≈ n ∧ φ ↔ ∃ x x ≈ k ∧ φ
92 91 elrab ⊢ k ∈ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ↔ k ∈ ω ∧ ∃ x x ≈ k ∧ φ
93 92 anbi1i ⊢ k ∈ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∧ k ∈ m ↔ k ∈ ω ∧ ∃ x x ≈ k ∧ φ ∧ k ∈ m
94 88 93 bitri ⊢ k ∈ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m ↔ k ∈ ω ∧ ∃ x x ≈ k ∧ φ ∧ k ∈ m
95 87 94 sylibr ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ ∧ k ∈ ω ∧ y ≈ k ∧ y ⊂ x → k ∈ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m
96 95 ne0d ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ ∧ k ∈ ω ∧ y ≈ k ∧ y ⊂ x → n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m ≠ ∅
97 96 exp44 ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ → k ∈ ω → y ≈ k → y ⊂ x → n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m ≠ ∅
98 97 rexlimdv ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ → ∃ k ∈ ω y ≈ k → y ⊂ x → n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m ≠ ∅
99 43 98 biimtrid ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ → y ∈ Fin → y ⊂ x → n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m ≠ ∅
100 99 com23 ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ → y ⊂ x → y ∈ Fin → n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m ≠ ∅
101 42 100 mpdd ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ → y ⊂ x → n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m ≠ ∅
102 101 necon2bd ⊢ m ∈ ω ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ → n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅ → ¬ y ⊂ x
103 102 ex ⊢ m ∈ ω → x ≈ m ∧ φ ∧ ψ → n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅ → ¬ y ⊂ x
104 103 com23 ⊢ m ∈ ω → n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅ → x ≈ m ∧ φ ∧ ψ → ¬ y ⊂ x
105 104 imp31 ⊢ m ∈ ω ∧ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅ ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ → ¬ y ⊂ x
106 105 pm2.21d ⊢ m ∈ ω ∧ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅ ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ → y ⊂ x → x = y
107 equcomi ⊢ y = x → x = y
108 107 a1i ⊢ m ∈ ω ∧ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅ ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ → y = x → x = y
109 106 108 jaod ⊢ m ∈ ω ∧ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅ ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ → y ⊂ x ∨ y = x → x = y
110 33 109 biimtrid ⊢ m ∈ ω ∧ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅ ∧ x ≈ m ∧ φ ∧ ψ → y ⊆ x → x = y
111 110 expr ⊢ m ∈ ω ∧ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅ ∧ x ≈ m ∧ φ → ψ → y ⊆ x → x = y
112 111 com23 ⊢ m ∈ ω ∧ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅ ∧ x ≈ m ∧ φ → y ⊆ x → ψ → x = y
113 112 impd ⊢ m ∈ ω ∧ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅ ∧ x ≈ m ∧ φ → y ⊆ x ∧ ψ → x = y
114 113 alrimiv ⊢ m ∈ ω ∧ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅ ∧ x ≈ m ∧ φ → ∀ y y ⊆ x ∧ ψ → x = y
115 32 114 jca ⊢ m ∈ ω ∧ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅ ∧ x ≈ m ∧ φ → φ ∧ ∀ y y ⊆ x ∧ ψ → x = y
116 115 ex ⊢ m ∈ ω ∧ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅ → x ≈ m ∧ φ → φ ∧ ∀ y y ⊆ x ∧ ψ → x = y
117 31 116 eximd ⊢ m ∈ ω ∧ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅ → ∃ x x ≈ m ∧ φ → ∃ x φ ∧ ∀ y y ⊆ x ∧ ψ → x = y
118 117 impancom ⊢ m ∈ ω ∧ ∃ x x ≈ m ∧ φ → n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅ → ∃ x φ ∧ ∀ y y ⊆ x ∧ ψ → x = y
119 14 118 sylbi ⊢ m ∈ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ → n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅ → ∃ x φ ∧ ∀ y y ⊆ x ∧ ψ → x = y
120 119 rexlimiv ⊢ ∃ m ∈ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ n ∈ ω | ∃ x x ≈ n ∧ φ ∩ m = ∅ → ∃ x φ ∧ ∀ y y ⊆ x ∧ ψ → x = y
121 20 26 120 3syl ⊢ ∃ x ∈ Fin φ → ∃ x φ ∧ ∀ y y ⊆ x ∧ ψ → x = y