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Theorem knatar

Description: The Knaster-Tarski theorem says that every monotone function over a complete lattice has a (least) fixpoint. Here we specialize this theorem to the case when the lattice is the powerset lattice ~P A . (Contributed by Mario Carneiro, 11-Jun-2015)

Ref Expression
Hypothesis knatar.1 ⊢ X = ⋂ z ∈ 𝒫 A | F ⁡ z ⊆ z
Assertion knatar ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x → X ⊆ A ∧ F ⁡ X = X

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 knatar.1 ⊢ X = ⋂ z ∈ 𝒫 A | F ⁡ z ⊆ z
2 pwidg ⊢ A ∈ V → A ∈ 𝒫 A
3 2 3ad2ant1 ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x → A ∈ 𝒫 A
4 simp2 ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x → F ⁡ A ⊆ A
5 fveq2 ⊢ z = A → F ⁡ z = F ⁡ A
6 id ⊢ z = A → z = A
7 5 6 sseq12d ⊢ z = A → F ⁡ z ⊆ z ↔ F ⁡ A ⊆ A
8 7 intminss ⊢ A ∈ 𝒫 A ∧ F ⁡ A ⊆ A → ⋂ z ∈ 𝒫 A | F ⁡ z ⊆ z ⊆ A
9 3 4 8 syl2anc ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x → ⋂ z ∈ 𝒫 A | F ⁡ z ⊆ z ⊆ A
10 1 9 eqsstrid ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x → X ⊆ A
11 fveq2 ⊢ y = X → F ⁡ y = F ⁡ X
12 11 sseq1d ⊢ y = X → F ⁡ y ⊆ F ⁡ w ↔ F ⁡ X ⊆ F ⁡ w
13 pweq ⊢ x = w → 𝒫 x = 𝒫 w
14 fveq2 ⊢ x = w → F ⁡ x = F ⁡ w
15 14 sseq2d ⊢ x = w → F ⁡ y ⊆ F ⁡ x ↔ F ⁡ y ⊆ F ⁡ w
16 13 15 raleqbidv ⊢ x = w → ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x ↔ ∀ y ∈ 𝒫 w F ⁡ y ⊆ F ⁡ w
17 simpl3 ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x ∧ w ∈ 𝒫 A ∧ F ⁡ w ⊆ w → ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x
18 simprl ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x ∧ w ∈ 𝒫 A ∧ F ⁡ w ⊆ w → w ∈ 𝒫 A
19 16 17 18 rspcdva ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x ∧ w ∈ 𝒫 A ∧ F ⁡ w ⊆ w → ∀ y ∈ 𝒫 w F ⁡ y ⊆ F ⁡ w
20 fveq2 ⊢ z = w → F ⁡ z = F ⁡ w
21 id ⊢ z = w → z = w
22 20 21 sseq12d ⊢ z = w → F ⁡ z ⊆ z ↔ F ⁡ w ⊆ w
23 22 intminss ⊢ w ∈ 𝒫 A ∧ F ⁡ w ⊆ w → ⋂ z ∈ 𝒫 A | F ⁡ z ⊆ z ⊆ w
24 23 adantl ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x ∧ w ∈ 𝒫 A ∧ F ⁡ w ⊆ w → ⋂ z ∈ 𝒫 A | F ⁡ z ⊆ z ⊆ w
25 1 24 eqsstrid ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x ∧ w ∈ 𝒫 A ∧ F ⁡ w ⊆ w → X ⊆ w
26 vex ⊢ w ∈ V
27 26 elpw2 ⊢ X ∈ 𝒫 w ↔ X ⊆ w
28 25 27 sylibr ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x ∧ w ∈ 𝒫 A ∧ F ⁡ w ⊆ w → X ∈ 𝒫 w
29 12 19 28 rspcdva ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x ∧ w ∈ 𝒫 A ∧ F ⁡ w ⊆ w → F ⁡ X ⊆ F ⁡ w
30 simprr ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x ∧ w ∈ 𝒫 A ∧ F ⁡ w ⊆ w → F ⁡ w ⊆ w
31 29 30 sstrd ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x ∧ w ∈ 𝒫 A ∧ F ⁡ w ⊆ w → F ⁡ X ⊆ w
32 31 expr ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x ∧ w ∈ 𝒫 A → F ⁡ w ⊆ w → F ⁡ X ⊆ w
33 32 ralrimiva ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x → ∀ w ∈ 𝒫 A F ⁡ w ⊆ w → F ⁡ X ⊆ w
34 ssintrab ⊢ F ⁡ X ⊆ ⋂ w ∈ 𝒫 A | F ⁡ w ⊆ w ↔ ∀ w ∈ 𝒫 A F ⁡ w ⊆ w → F ⁡ X ⊆ w
35 33 34 sylibr ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x → F ⁡ X ⊆ ⋂ w ∈ 𝒫 A | F ⁡ w ⊆ w
36 22 cbvrabv ⊢ z ∈ 𝒫 A | F ⁡ z ⊆ z = w ∈ 𝒫 A | F ⁡ w ⊆ w
37 36 inteqi ⊢ ⋂ z ∈ 𝒫 A | F ⁡ z ⊆ z = ⋂ w ∈ 𝒫 A | F ⁡ w ⊆ w
38 1 37 eqtri ⊢ X = ⋂ w ∈ 𝒫 A | F ⁡ w ⊆ w
39 35 38 sseqtrrdi ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x → F ⁡ X ⊆ X
40 11 sseq1d ⊢ y = X → F ⁡ y ⊆ F ⁡ A ↔ F ⁡ X ⊆ F ⁡ A
41 pweq ⊢ x = A → 𝒫 x = 𝒫 A
42 fveq2 ⊢ x = A → F ⁡ x = F ⁡ A
43 42 sseq2d ⊢ x = A → F ⁡ y ⊆ F ⁡ x ↔ F ⁡ y ⊆ F ⁡ A
44 41 43 raleqbidv ⊢ x = A → ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x ↔ ∀ y ∈ 𝒫 A F ⁡ y ⊆ F ⁡ A
45 simp3 ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x → ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x
46 44 45 3 rspcdva ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x → ∀ y ∈ 𝒫 A F ⁡ y ⊆ F ⁡ A
47 3 10 sselpwd ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x → X ∈ 𝒫 A
48 40 46 47 rspcdva ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x → F ⁡ X ⊆ F ⁡ A
49 48 4 sstrd ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x → F ⁡ X ⊆ A
50 fvex ⊢ F ⁡ X ∈ V
51 50 elpw ⊢ F ⁡ X ∈ 𝒫 A ↔ F ⁡ X ⊆ A
52 49 51 sylibr ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x → F ⁡ X ∈ 𝒫 A
53 fveq2 ⊢ y = F ⁡ X → F ⁡ y = F ⁡ F ⁡ X
54 53 sseq1d ⊢ y = F ⁡ X → F ⁡ y ⊆ F ⁡ X ↔ F ⁡ F ⁡ X ⊆ F ⁡ X
55 pweq ⊢ x = X → 𝒫 x = 𝒫 X
56 fveq2 ⊢ x = X → F ⁡ x = F ⁡ X
57 56 sseq2d ⊢ x = X → F ⁡ y ⊆ F ⁡ x ↔ F ⁡ y ⊆ F ⁡ X
58 55 57 raleqbidv ⊢ x = X → ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x ↔ ∀ y ∈ 𝒫 X F ⁡ y ⊆ F ⁡ X
59 58 45 47 rspcdva ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x → ∀ y ∈ 𝒫 X F ⁡ y ⊆ F ⁡ X
60 50 elpw ⊢ F ⁡ X ∈ 𝒫 X ↔ F ⁡ X ⊆ X
61 39 60 sylibr ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x → F ⁡ X ∈ 𝒫 X
62 54 59 61 rspcdva ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x → F ⁡ F ⁡ X ⊆ F ⁡ X
63 fveq2 ⊢ w = F ⁡ X → F ⁡ w = F ⁡ F ⁡ X
64 id ⊢ w = F ⁡ X → w = F ⁡ X
65 63 64 sseq12d ⊢ w = F ⁡ X → F ⁡ w ⊆ w ↔ F ⁡ F ⁡ X ⊆ F ⁡ X
66 65 intminss ⊢ F ⁡ X ∈ 𝒫 A ∧ F ⁡ F ⁡ X ⊆ F ⁡ X → ⋂ w ∈ 𝒫 A | F ⁡ w ⊆ w ⊆ F ⁡ X
67 52 62 66 syl2anc ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x → ⋂ w ∈ 𝒫 A | F ⁡ w ⊆ w ⊆ F ⁡ X
68 38 67 eqsstrid ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x → X ⊆ F ⁡ X
69 39 68 eqssd ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x → F ⁡ X = X
70 10 69 jca ⊢ A ∈ V ∧ F ⁡ A ⊆ A ∧ ∀ x ∈ 𝒫 A ∀ y ∈ 𝒫 x F ⁡ y ⊆ F ⁡ x → X ⊆ A ∧ F ⁡ X = X