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Theorem fnessref

Description: A cover is finer iff it has a subcover which is both finer and a refinement. (Contributed by Jeff Hankins, 18-Jan-2010) (Revised by Thierry Arnoux, 3-Feb-2020)

Ref Expression
Hypotheses fnessref.1 ⊢ X = ⋃ A
fnessref.2 ⊢ Y = ⋃ B
Assertion fnessref ⊢ X = Y → A Fne B ↔ ∃ c c ⊆ B ∧ A Fne c ∧ c Ref A

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fnessref.1 ⊢ X = ⋃ A
2 fnessref.2 ⊢ Y = ⋃ B
3 fnerel ⊢ Rel ⁡ Fne
4 3 brrelex2i ⊢ A Fne B → B ∈ V
5 4 adantl ⊢ X = Y ∧ A Fne B → B ∈ V
6 rabexg ⊢ B ∈ V → x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ∈ V
7 5 6 syl ⊢ X = Y ∧ A Fne B → x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ∈ V
8 ssrab2 ⊢ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ⊆ B
9 8 a1i ⊢ X = Y ∧ A Fne B → x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ⊆ B
10 1 eleq2i ⊢ t ∈ X ↔ t ∈ ⋃ A
11 eluni ⊢ t ∈ ⋃ A ↔ ∃ z t ∈ z ∧ z ∈ A
12 10 11 bitri ⊢ t ∈ X ↔ ∃ z t ∈ z ∧ z ∈ A
13 fnessex ⊢ A Fne B ∧ z ∈ A ∧ t ∈ z → ∃ x ∈ B t ∈ x ∧ x ⊆ z
14 13 3expia ⊢ A Fne B ∧ z ∈ A → t ∈ z → ∃ x ∈ B t ∈ x ∧ x ⊆ z
15 14 adantll ⊢ X = Y ∧ A Fne B ∧ z ∈ A → t ∈ z → ∃ x ∈ B t ∈ x ∧ x ⊆ z
16 sseq2 ⊢ y = z → x ⊆ y ↔ x ⊆ z
17 16 rspcev ⊢ z ∈ A ∧ x ⊆ z → ∃ y ∈ A x ⊆ y
18 17 ex ⊢ z ∈ A → x ⊆ z → ∃ y ∈ A x ⊆ y
19 18 adantl ⊢ X = Y ∧ A Fne B ∧ z ∈ A → x ⊆ z → ∃ y ∈ A x ⊆ y
20 19 anim2d ⊢ X = Y ∧ A Fne B ∧ z ∈ A → t ∈ x ∧ x ⊆ z → t ∈ x ∧ ∃ y ∈ A x ⊆ y
21 20 reximdv ⊢ X = Y ∧ A Fne B ∧ z ∈ A → ∃ x ∈ B t ∈ x ∧ x ⊆ z → ∃ x ∈ B t ∈ x ∧ ∃ y ∈ A x ⊆ y
22 15 21 syld ⊢ X = Y ∧ A Fne B ∧ z ∈ A → t ∈ z → ∃ x ∈ B t ∈ x ∧ ∃ y ∈ A x ⊆ y
23 22 ex ⊢ X = Y ∧ A Fne B → z ∈ A → t ∈ z → ∃ x ∈ B t ∈ x ∧ ∃ y ∈ A x ⊆ y
24 23 com23 ⊢ X = Y ∧ A Fne B → t ∈ z → z ∈ A → ∃ x ∈ B t ∈ x ∧ ∃ y ∈ A x ⊆ y
25 24 impd ⊢ X = Y ∧ A Fne B → t ∈ z ∧ z ∈ A → ∃ x ∈ B t ∈ x ∧ ∃ y ∈ A x ⊆ y
26 25 exlimdv ⊢ X = Y ∧ A Fne B → ∃ z t ∈ z ∧ z ∈ A → ∃ x ∈ B t ∈ x ∧ ∃ y ∈ A x ⊆ y
27 12 26 biimtrid ⊢ X = Y ∧ A Fne B → t ∈ X → ∃ x ∈ B t ∈ x ∧ ∃ y ∈ A x ⊆ y
28 elunirab ⊢ t ∈ ⋃ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ↔ ∃ x ∈ B t ∈ x ∧ ∃ y ∈ A x ⊆ y
29 27 28 imbitrrdi ⊢ X = Y ∧ A Fne B → t ∈ X → t ∈ ⋃ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y
30 29 ssrdv ⊢ X = Y ∧ A Fne B → X ⊆ ⋃ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y
31 8 unissi ⊢ ⋃ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ⊆ ⋃ B
32 simpl ⊢ X = Y ∧ A Fne B → X = Y
33 32 2 eqtr2di ⊢ X = Y ∧ A Fne B → ⋃ B = X
34 31 33 sseqtrid ⊢ X = Y ∧ A Fne B → ⋃ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ⊆ X
35 30 34 eqssd ⊢ X = Y ∧ A Fne B → X = ⋃ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y
36 fnessex ⊢ A Fne B ∧ z ∈ A ∧ t ∈ z → ∃ w ∈ B t ∈ w ∧ w ⊆ z
37 36 3expb ⊢ A Fne B ∧ z ∈ A ∧ t ∈ z → ∃ w ∈ B t ∈ w ∧ w ⊆ z
38 37 adantll ⊢ X = Y ∧ A Fne B ∧ z ∈ A ∧ t ∈ z → ∃ w ∈ B t ∈ w ∧ w ⊆ z
39 simpl ⊢ w ∈ B ∧ t ∈ w ∧ w ⊆ z → w ∈ B
40 39 a1i ⊢ X = Y ∧ A Fne B ∧ z ∈ A ∧ t ∈ z → w ∈ B ∧ t ∈ w ∧ w ⊆ z → w ∈ B
41 sseq2 ⊢ y = z → w ⊆ y ↔ w ⊆ z
42 41 rspcev ⊢ z ∈ A ∧ w ⊆ z → ∃ y ∈ A w ⊆ y
43 42 expcom ⊢ w ⊆ z → z ∈ A → ∃ y ∈ A w ⊆ y
44 43 ad2antll ⊢ w ∈ B ∧ t ∈ w ∧ w ⊆ z → z ∈ A → ∃ y ∈ A w ⊆ y
45 44 com12 ⊢ z ∈ A → w ∈ B ∧ t ∈ w ∧ w ⊆ z → ∃ y ∈ A w ⊆ y
46 45 ad2antrl ⊢ X = Y ∧ A Fne B ∧ z ∈ A ∧ t ∈ z → w ∈ B ∧ t ∈ w ∧ w ⊆ z → ∃ y ∈ A w ⊆ y
47 40 46 jcad ⊢ X = Y ∧ A Fne B ∧ z ∈ A ∧ t ∈ z → w ∈ B ∧ t ∈ w ∧ w ⊆ z → w ∈ B ∧ ∃ y ∈ A w ⊆ y
48 sseq1 ⊢ x = w → x ⊆ y ↔ w ⊆ y
49 48 rexbidv ⊢ x = w → ∃ y ∈ A x ⊆ y ↔ ∃ y ∈ A w ⊆ y
50 49 elrab ⊢ w ∈ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ↔ w ∈ B ∧ ∃ y ∈ A w ⊆ y
51 47 50 imbitrrdi ⊢ X = Y ∧ A Fne B ∧ z ∈ A ∧ t ∈ z → w ∈ B ∧ t ∈ w ∧ w ⊆ z → w ∈ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y
52 simpr ⊢ w ∈ B ∧ t ∈ w ∧ w ⊆ z → t ∈ w ∧ w ⊆ z
53 52 a1i ⊢ X = Y ∧ A Fne B ∧ z ∈ A ∧ t ∈ z → w ∈ B ∧ t ∈ w ∧ w ⊆ z → t ∈ w ∧ w ⊆ z
54 51 53 jcad ⊢ X = Y ∧ A Fne B ∧ z ∈ A ∧ t ∈ z → w ∈ B ∧ t ∈ w ∧ w ⊆ z → w ∈ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ∧ t ∈ w ∧ w ⊆ z
55 54 reximdv2 ⊢ X = Y ∧ A Fne B ∧ z ∈ A ∧ t ∈ z → ∃ w ∈ B t ∈ w ∧ w ⊆ z → ∃ w ∈ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y t ∈ w ∧ w ⊆ z
56 38 55 mpd ⊢ X = Y ∧ A Fne B ∧ z ∈ A ∧ t ∈ z → ∃ w ∈ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y t ∈ w ∧ w ⊆ z
57 56 ralrimivva ⊢ X = Y ∧ A Fne B → ∀ z ∈ A ∀ t ∈ z ∃ w ∈ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y t ∈ w ∧ w ⊆ z
58 eqid ⊢ ⋃ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y = ⋃ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y
59 1 58 isfne2 ⊢ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ∈ V → A Fne x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ↔ X = ⋃ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ∧ ∀ z ∈ A ∀ t ∈ z ∃ w ∈ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y t ∈ w ∧ w ⊆ z
60 5 6 59 3syl ⊢ X = Y ∧ A Fne B → A Fne x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ↔ X = ⋃ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ∧ ∀ z ∈ A ∀ t ∈ z ∃ w ∈ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y t ∈ w ∧ w ⊆ z
61 35 57 60 mpbir2and ⊢ X = Y ∧ A Fne B → A Fne x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y
62 sseq1 ⊢ x = z → x ⊆ y ↔ z ⊆ y
63 62 rexbidv ⊢ x = z → ∃ y ∈ A x ⊆ y ↔ ∃ y ∈ A z ⊆ y
64 63 elrab ⊢ z ∈ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ↔ z ∈ B ∧ ∃ y ∈ A z ⊆ y
65 sseq2 ⊢ y = w → z ⊆ y ↔ z ⊆ w
66 65 cbvrexvw ⊢ ∃ y ∈ A z ⊆ y ↔ ∃ w ∈ A z ⊆ w
67 66 bilani ⊢ z ∈ B ∧ ∃ y ∈ A z ⊆ y → ∃ w ∈ A z ⊆ w
68 67 a1i ⊢ X = Y ∧ A Fne B → z ∈ B ∧ ∃ y ∈ A z ⊆ y → ∃ w ∈ A z ⊆ w
69 64 68 biimtrid ⊢ X = Y ∧ A Fne B → z ∈ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y → ∃ w ∈ A z ⊆ w
70 69 ralrimiv ⊢ X = Y ∧ A Fne B → ∀ z ∈ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ∃ w ∈ A z ⊆ w
71 58 1 isref ⊢ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ∈ V → x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y Ref A ↔ X = ⋃ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ∧ ∀ z ∈ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ∃ w ∈ A z ⊆ w
72 5 6 71 3syl ⊢ X = Y ∧ A Fne B → x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y Ref A ↔ X = ⋃ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ∧ ∀ z ∈ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ∃ w ∈ A z ⊆ w
73 35 70 72 mpbir2and ⊢ X = Y ∧ A Fne B → x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y Ref A
74 9 61 73 jca32 ⊢ X = Y ∧ A Fne B → x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ⊆ B ∧ A Fne x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ∧ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y Ref A
75 sseq1 ⊢ c = x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y → c ⊆ B ↔ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ⊆ B
76 breq2 ⊢ c = x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y → A Fne c ↔ A Fne x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y
77 breq1 ⊢ c = x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y → c Ref A ↔ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y Ref A
78 76 77 anbi12d ⊢ c = x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y → A Fne c ∧ c Ref A ↔ A Fne x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ∧ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y Ref A
79 75 78 anbi12d ⊢ c = x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y → c ⊆ B ∧ A Fne c ∧ c Ref A ↔ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ⊆ B ∧ A Fne x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ∧ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y Ref A
80 79 spcegv ⊢ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ∈ V → x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ⊆ B ∧ A Fne x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y ∧ x ∈ B | ∃ y ∈ A x ⊆ y Ref A → ∃ c c ⊆ B ∧ A Fne c ∧ c Ref A
81 7 74 80 sylc ⊢ X = Y ∧ A Fne B → ∃ c c ⊆ B ∧ A Fne c ∧ c Ref A
82 81 ex ⊢ X = Y → A Fne B → ∃ c c ⊆ B ∧ A Fne c ∧ c Ref A
83 simprrl ⊢ X = Y ∧ c ⊆ B ∧ A Fne c ∧ c Ref A → A Fne c
84 eqid ⊢ ⋃ c = ⋃ c
85 1 84 fnebas ⊢ A Fne c → X = ⋃ c
86 83 85 syl ⊢ X = Y ∧ c ⊆ B ∧ A Fne c ∧ c Ref A → X = ⋃ c
87 simpl ⊢ X = Y ∧ c ⊆ B ∧ A Fne c ∧ c Ref A → X = Y
88 86 87 eqtr3d ⊢ X = Y ∧ c ⊆ B ∧ A Fne c ∧ c Ref A → ⋃ c = Y
89 88 2 eqtrdi ⊢ X = Y ∧ c ⊆ B ∧ A Fne c ∧ c Ref A → ⋃ c = ⋃ B
90 vuniex ⊢ ⋃ c ∈ V
91 89 90 eqeltrrdi ⊢ X = Y ∧ c ⊆ B ∧ A Fne c ∧ c Ref A → ⋃ B ∈ V
92 uniexb ⊢ B ∈ V ↔ ⋃ B ∈ V
93 91 92 sylibr ⊢ X = Y ∧ c ⊆ B ∧ A Fne c ∧ c Ref A → B ∈ V
94 simprl ⊢ X = Y ∧ c ⊆ B ∧ A Fne c ∧ c Ref A → c ⊆ B
95 84 2 fness ⊢ B ∈ V ∧ c ⊆ B ∧ ⋃ c = Y → c Fne B
96 93 94 88 95 syl3anc ⊢ X = Y ∧ c ⊆ B ∧ A Fne c ∧ c Ref A → c Fne B
97 fnetr ⊢ A Fne c ∧ c Fne B → A Fne B
98 83 96 97 syl2anc ⊢ X = Y ∧ c ⊆ B ∧ A Fne c ∧ c Ref A → A Fne B
99 98 ex ⊢ X = Y → c ⊆ B ∧ A Fne c ∧ c Ref A → A Fne B
100 99 exlimdv ⊢ X = Y → ∃ c c ⊆ B ∧ A Fne c ∧ c Ref A → A Fne B
101 82 100 impbid ⊢ X = Y → A Fne B ↔ ∃ c c ⊆ B ∧ A Fne c ∧ c Ref A