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Theorem grucollcld

Description: A Grothendieck universe contains the output of a collection operation whenever its left input is a relation on the universe, and its right input is in the universe. (Contributed by Rohan Ridenour, 11-Aug-2023)

Ref Expression
Hypotheses grucollcld.1 ⊢ φ → G ∈ Univ
grucollcld.2 ⊢ φ → F ⊆ G × G
grucollcld.3 ⊢ φ → A ∈ G
Assertion grucollcld ⊢ φ → F Coll A ∈ G

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 grucollcld.1 ⊢ φ → G ∈ Univ
2 grucollcld.2 ⊢ φ → F ⊆ G × G
3 grucollcld.3 ⊢ φ → A ∈ G
4 dfcoll2 ⊢ F Coll A = ⋃ x ∈ A Scott y | x F y
5 simpr ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ Scott y | x F y = ∅ → Scott y | x F y = ∅
6 1 ad2antrr ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ Scott y | x F y = ∅ → G ∈ Univ
7 3 ad2antrr ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ Scott y | x F y = ∅ → A ∈ G
8 6 7 gru0eld ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ Scott y | x F y = ∅ → ∅ ∈ G
9 5 8 eqeltrd ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ Scott y | x F y = ∅ → Scott y | x F y ∈ G
10 neq0 ⊢ ¬ Scott y | x F y = ∅ ↔ ∃ z z ∈ Scott y | x F y
11 1 ad2antrr ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ z ∈ Scott y | x F y → G ∈ Univ
12 breq2 ⊢ y = z → x F y ↔ x F z
13 12 elscottab ⊢ z ∈ Scott y | x F y → x F z
14 13 adantl ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ z ∈ Scott y | x F y → x F z
15 2 ad2antrr ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ z ∈ Scott y | x F y → F ⊆ G × G
16 15 ssbrd ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ z ∈ Scott y | x F y → x F z → x G × G z
17 14 16 mpd ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ z ∈ Scott y | x F y → x G × G z
18 brxp ⊢ x G × G z ↔ x ∈ G ∧ z ∈ G
19 18 simprbi ⊢ x G × G z → z ∈ G
20 17 19 syl ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ z ∈ Scott y | x F y → z ∈ G
21 simpr ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ z ∈ Scott y | x F y → z ∈ Scott y | x F y
22 11 20 21 gruscottcld ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ z ∈ Scott y | x F y → Scott y | x F y ∈ G
23 22 expcom ⊢ z ∈ Scott y | x F y → φ ∧ x ∈ A → Scott y | x F y ∈ G
24 23 exlimiv ⊢ ∃ z z ∈ Scott y | x F y → φ ∧ x ∈ A → Scott y | x F y ∈ G
25 10 24 sylbi ⊢ ¬ Scott y | x F y = ∅ → φ ∧ x ∈ A → Scott y | x F y ∈ G
26 25 impcom ⊢ φ ∧ x ∈ A ∧ ¬ Scott y | x F y = ∅ → Scott y | x F y ∈ G
27 9 26 pm2.61dan ⊢ φ ∧ x ∈ A → Scott y | x F y ∈ G
28 27 ralrimiva ⊢ φ → ∀ x ∈ A Scott y | x F y ∈ G
29 gruiun ⊢ G ∈ Univ ∧ A ∈ G ∧ ∀ x ∈ A Scott y | x F y ∈ G → ⋃ x ∈ A Scott y | x F y ∈ G
30 1 3 28 29 syl3anc ⊢ φ → ⋃ x ∈ A Scott y | x F y ∈ G
31 4 30 eqeltrid ⊢ φ → F Coll A ∈ G