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Theorem frpoins3xpg

Description: Special case of founded partial induction over a Cartesian product. (Contributed by Scott Fenton, 22-Aug-2024)

Ref Expression
Hypotheses frpoins3xpg.1 ⊢ x ∈ A ∧ y ∈ B → ∀ z ∀ w z w ∈ Pred R A × B x y → χ → φ
frpoins3xpg.2 ⊢ x = z → φ ↔ ψ
frpoins3xpg.3 ⊢ y = w → ψ ↔ χ
frpoins3xpg.4 ⊢ x = X → φ ↔ θ
frpoins3xpg.5 ⊢ y = Y → θ ↔ τ
Assertion frpoins3xpg ⊢ R Fr A × B ∧ R Po A × B ∧ R Se A × B ∧ X ∈ A ∧ Y ∈ B → τ

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 frpoins3xpg.1 ⊢ x ∈ A ∧ y ∈ B → ∀ z ∀ w z w ∈ Pred R A × B x y → χ → φ
2 frpoins3xpg.2 ⊢ x = z → φ ↔ ψ
3 frpoins3xpg.3 ⊢ y = w → ψ ↔ χ
4 frpoins3xpg.4 ⊢ x = X → φ ↔ θ
5 frpoins3xpg.5 ⊢ y = Y → θ ↔ τ
6 elxp2 ⊢ p ∈ A × B ↔ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B p = x y
7 nfcv ⊢ Ⅎ _ x Pred R A × B p
8 nfsbc1v ⊢ Ⅎ x [˙ 1 st ⁡ q / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ
9 7 8 nfralw ⊢ Ⅎ x ∀ q ∈ Pred R A × B p [˙ 1 st ⁡ q / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ
10 nfsbc1v ⊢ Ⅎ x [˙ 1 st ⁡ p / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ p / y]˙ φ
11 9 10 nfim ⊢ Ⅎ x ∀ q ∈ Pred R A × B p [˙ 1 st ⁡ q / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ → [˙ 1 st ⁡ p / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ p / y]˙ φ
12 nfv ⊢ Ⅎ y x ∈ A
13 nfcv ⊢ Ⅎ _ y Pred R A × B p
14 nfcv ⊢ Ⅎ _ y 1 st ⁡ q
15 nfsbc1v ⊢ Ⅎ y [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ
16 14 15 nfsbcw ⊢ Ⅎ y [˙ 1 st ⁡ q / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ
17 13 16 nfralw ⊢ Ⅎ y ∀ q ∈ Pred R A × B p [˙ 1 st ⁡ q / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ
18 nfcv ⊢ Ⅎ _ y 1 st ⁡ p
19 nfsbc1v ⊢ Ⅎ y [˙ 2 nd ⁡ p / y]˙ φ
20 18 19 nfsbcw ⊢ Ⅎ y [˙ 1 st ⁡ p / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ p / y]˙ φ
21 17 20 nfim ⊢ Ⅎ y ∀ q ∈ Pred R A × B p [˙ 1 st ⁡ q / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ → [˙ 1 st ⁡ p / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ p / y]˙ φ
22 2 sbcbidv ⊢ x = z → [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ ↔ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ ψ
23 22 cbvsbcvw ⊢ [˙ 1 st ⁡ q / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ ↔ [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ ψ
24 3 cbvsbcvw ⊢ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ ψ ↔ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ
25 24 sbcbii ⊢ [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ ψ ↔ [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ
26 23 25 bitri ⊢ [˙ 1 st ⁡ q / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ ↔ [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ
27 26 ralbii ⊢ ∀ q ∈ Pred R A × B x y [˙ 1 st ⁡ q / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ ↔ ∀ q ∈ Pred R A × B x y [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ
28 impexp ⊢ q ∈ A × B ∧ q ∈ Pred R A × B x y → [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ ↔ q ∈ A × B → q ∈ Pred R A × B x y → [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ
29 elin ⊢ q ∈ A × B ∩ Pred R A × B x y ↔ q ∈ A × B ∧ q ∈ Pred R A × B x y
30 predss ⊢ Pred R A × B x y ⊆ A × B
31 sseqin2 ⊢ Pred R A × B x y ⊆ A × B ↔ A × B ∩ Pred R A × B x y = Pred R A × B x y
32 30 31 mpbi ⊢ A × B ∩ Pred R A × B x y = Pred R A × B x y
33 32 eleq2i ⊢ q ∈ A × B ∩ Pred R A × B x y ↔ q ∈ Pred R A × B x y
34 29 33 bitr3i ⊢ q ∈ A × B ∧ q ∈ Pred R A × B x y ↔ q ∈ Pred R A × B x y
35 34 imbi1i ⊢ q ∈ A × B ∧ q ∈ Pred R A × B x y → [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ ↔ q ∈ Pred R A × B x y → [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ
36 28 35 bitr3i ⊢ q ∈ A × B → q ∈ Pred R A × B x y → [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ ↔ q ∈ Pred R A × B x y → [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ
37 36 albii ⊢ ∀ q q ∈ A × B → q ∈ Pred R A × B x y → [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ ↔ ∀ q q ∈ Pred R A × B x y → [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ
38 df-ral ⊢ ∀ q ∈ A × B q ∈ Pred R A × B x y → [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ ↔ ∀ q q ∈ A × B → q ∈ Pred R A × B x y → [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ
39 df-ral ⊢ ∀ q ∈ Pred R A × B x y [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ ↔ ∀ q q ∈ Pred R A × B x y → [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ
40 37 38 39 3bitr4ri ⊢ ∀ q ∈ Pred R A × B x y [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ ↔ ∀ q ∈ A × B q ∈ Pred R A × B x y → [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ
41 nfv ⊢ Ⅎ z q ∈ Pred R A × B x y
42 nfsbc1v ⊢ Ⅎ z [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ
43 41 42 nfim ⊢ Ⅎ z q ∈ Pred R A × B x y → [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ
44 nfv ⊢ Ⅎ w q ∈ Pred R A × B x y
45 nfcv ⊢ Ⅎ _ w 1 st ⁡ q
46 nfsbc1v ⊢ Ⅎ w [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ
47 45 46 nfsbcw ⊢ Ⅎ w [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ
48 44 47 nfim ⊢ Ⅎ w q ∈ Pred R A × B x y → [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ
49 nfv ⊢ Ⅎ q z w ∈ Pred R A × B x y → χ
50 eleq1 ⊢ q = z w → q ∈ Pred R A × B x y ↔ z w ∈ Pred R A × B x y
51 sbcopeq1a ⊢ q = z w → [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ ↔ χ
52 50 51 imbi12d ⊢ q = z w → q ∈ Pred R A × B x y → [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ ↔ z w ∈ Pred R A × B x y → χ
53 43 48 49 52 ralxpf ⊢ ∀ q ∈ A × B q ∈ Pred R A × B x y → [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ ↔ ∀ z ∈ A ∀ w ∈ B z w ∈ Pred R A × B x y → χ
54 r2al ⊢ ∀ z ∈ A ∀ w ∈ B z w ∈ Pred R A × B x y → χ ↔ ∀ z ∀ w z ∈ A ∧ w ∈ B → z w ∈ Pred R A × B x y → χ
55 impexp ⊢ z w ∈ A × B ∧ z w ∈ Pred R A × B x y → χ ↔ z w ∈ A × B → z w ∈ Pred R A × B x y → χ
56 opelxp ⊢ z w ∈ A × B ↔ z ∈ A ∧ w ∈ B
57 56 imbi1i ⊢ z w ∈ A × B → z w ∈ Pred R A × B x y → χ ↔ z ∈ A ∧ w ∈ B → z w ∈ Pred R A × B x y → χ
58 55 57 bitri ⊢ z w ∈ A × B ∧ z w ∈ Pred R A × B x y → χ ↔ z ∈ A ∧ w ∈ B → z w ∈ Pred R A × B x y → χ
59 elin ⊢ z w ∈ A × B ∩ Pred R A × B x y ↔ z w ∈ A × B ∧ z w ∈ Pred R A × B x y
60 32 eleq2i ⊢ z w ∈ A × B ∩ Pred R A × B x y ↔ z w ∈ Pred R A × B x y
61 59 60 bitr3i ⊢ z w ∈ A × B ∧ z w ∈ Pred R A × B x y ↔ z w ∈ Pred R A × B x y
62 61 imbi1i ⊢ z w ∈ A × B ∧ z w ∈ Pred R A × B x y → χ ↔ z w ∈ Pred R A × B x y → χ
63 58 62 bitr3i ⊢ z ∈ A ∧ w ∈ B → z w ∈ Pred R A × B x y → χ ↔ z w ∈ Pred R A × B x y → χ
64 63 2albii ⊢ ∀ z ∀ w z ∈ A ∧ w ∈ B → z w ∈ Pred R A × B x y → χ ↔ ∀ z ∀ w z w ∈ Pred R A × B x y → χ
65 53 54 64 3bitri ⊢ ∀ q ∈ A × B q ∈ Pred R A × B x y → [˙ 1 st ⁡ q / z]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / w]˙ χ ↔ ∀ z ∀ w z w ∈ Pred R A × B x y → χ
66 27 40 65 3bitri ⊢ ∀ q ∈ Pred R A × B x y [˙ 1 st ⁡ q / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ ↔ ∀ z ∀ w z w ∈ Pred R A × B x y → χ
67 66 1 biimtrid ⊢ x ∈ A ∧ y ∈ B → ∀ q ∈ Pred R A × B x y [˙ 1 st ⁡ q / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ → φ
68 predeq3 ⊢ p = x y → Pred R A × B p = Pred R A × B x y
69 68 raleqdv ⊢ p = x y → ∀ q ∈ Pred R A × B p [˙ 1 st ⁡ q / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ ↔ ∀ q ∈ Pred R A × B x y [˙ 1 st ⁡ q / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ
70 sbcopeq1a ⊢ p = x y → [˙ 1 st ⁡ p / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ p / y]˙ φ ↔ φ
71 69 70 imbi12d ⊢ p = x y → ∀ q ∈ Pred R A × B p [˙ 1 st ⁡ q / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ → [˙ 1 st ⁡ p / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ p / y]˙ φ ↔ ∀ q ∈ Pred R A × B x y [˙ 1 st ⁡ q / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ → φ
72 67 71 syl5ibrcom ⊢ x ∈ A ∧ y ∈ B → p = x y → ∀ q ∈ Pred R A × B p [˙ 1 st ⁡ q / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ → [˙ 1 st ⁡ p / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ p / y]˙ φ
73 72 ex ⊢ x ∈ A → y ∈ B → p = x y → ∀ q ∈ Pred R A × B p [˙ 1 st ⁡ q / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ → [˙ 1 st ⁡ p / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ p / y]˙ φ
74 12 21 73 rexlimd ⊢ x ∈ A → ∃ y ∈ B p = x y → ∀ q ∈ Pred R A × B p [˙ 1 st ⁡ q / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ → [˙ 1 st ⁡ p / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ p / y]˙ φ
75 11 74 rexlimi ⊢ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B p = x y → ∀ q ∈ Pred R A × B p [˙ 1 st ⁡ q / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ → [˙ 1 st ⁡ p / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ p / y]˙ φ
76 6 75 sylbi ⊢ p ∈ A × B → ∀ q ∈ Pred R A × B p [˙ 1 st ⁡ q / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ → [˙ 1 st ⁡ p / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ p / y]˙ φ
77 fveq2 ⊢ p = q → 1 st ⁡ p = 1 st ⁡ q
78 fveq2 ⊢ p = q → 2 nd ⁡ p = 2 nd ⁡ q
79 78 sbceq1d ⊢ p = q → [˙ 2 nd ⁡ p / y]˙ φ ↔ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ
80 77 79 sbceqbid ⊢ p = q → [˙ 1 st ⁡ p / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ p / y]˙ φ ↔ [˙ 1 st ⁡ q / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ q / y]˙ φ
81 76 80 frpoins2g ⊢ R Fr A × B ∧ R Po A × B ∧ R Se A × B → ∀ p ∈ A × B [˙ 1 st ⁡ p / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ p / y]˙ φ
82 ralxpes ⊢ ∀ p ∈ A × B [˙ 1 st ⁡ p / x]˙ [˙ 2 nd ⁡ p / y]˙ φ ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ
83 81 82 sylib ⊢ R Fr A × B ∧ R Po A × B ∧ R Se A × B → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ
84 4 5 rspc2va ⊢ X ∈ A ∧ Y ∈ B ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B φ → τ
85 83 84 sylan2 ⊢ X ∈ A ∧ Y ∈ B ∧ R Fr A × B ∧ R Po A × B ∧ R Se A × B → τ
86 85 ancoms ⊢ R Fr A × B ∧ R Po A × B ∧ R Se A × B ∧ X ∈ A ∧ Y ∈ B → τ