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Theorem mh-infprim3bi

Description: An axiom of infinity in primitive symbols not requiring ax-reg . This version of the axiom was designed by Stefan O'Rear for his zf2.nql program, see https://github.com/sorear/metamath-turing-machines . It directly implies ax-inf , but deriving ax-inf2 requires ax-ext and ax-rep , see mh-inf3sn . (Contributed by Matthew House, 13-Apr-2026)

Ref Expression
Assertion mh-infprim3bi ⊢ ∃ y x ∈ y ∧ ∀ z ∈ y z ∈ y ↔ ¬ ∀ y ¬ ¬ x ∈ y → ¬ ∀ x x ∈ y → ¬ ∀ z ¬ ¬ z ∈ y → ¬ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sneq ⊢ z = x → z = x
2 1 eleq1d ⊢ z = x → z ∈ y ↔ x ∈ y
3 2 cbvralvw ⊢ ∀ z ∈ y z ∈ y ↔ ∀ x ∈ y x ∈ y
4 dfclel ⊢ x ∈ y ↔ ∃ z z = x ∧ z ∈ y
5 dfcleq ⊢ z = x ↔ ∀ y y ∈ z ↔ y ∈ x
6 velsn ⊢ y ∈ x ↔ y = x
7 6 bibi2i ⊢ y ∈ z ↔ y ∈ x ↔ y ∈ z ↔ y = x
8 dfbi1 ⊢ y ∈ z ↔ y = x ↔ ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z
9 7 8 bitri ⊢ y ∈ z ↔ y ∈ x ↔ ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z
10 9 albii ⊢ ∀ y y ∈ z ↔ y ∈ x ↔ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z
11 5 10 bitri ⊢ z = x ↔ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z
12 11 anbi2ci ⊢ z = x ∧ z ∈ y ↔ z ∈ y ∧ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z
13 df-an ⊢ z ∈ y ∧ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z ↔ ¬ z ∈ y → ¬ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z
14 12 13 bitri ⊢ z = x ∧ z ∈ y ↔ ¬ z ∈ y → ¬ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z
15 14 exbii ⊢ ∃ z z = x ∧ z ∈ y ↔ ∃ z ¬ z ∈ y → ¬ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z
16 df-ex ⊢ ∃ z ¬ z ∈ y → ¬ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z ↔ ¬ ∀ z ¬ ¬ z ∈ y → ¬ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z
17 4 15 16 3bitri ⊢ x ∈ y ↔ ¬ ∀ z ¬ ¬ z ∈ y → ¬ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z
18 17 ralbii ⊢ ∀ x ∈ y x ∈ y ↔ ∀ x ∈ y ¬ ∀ z ¬ ¬ z ∈ y → ¬ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z
19 df-ral ⊢ ∀ x ∈ y ¬ ∀ z ¬ ¬ z ∈ y → ¬ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z ↔ ∀ x x ∈ y → ¬ ∀ z ¬ ¬ z ∈ y → ¬ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z
20 3 18 19 3bitri ⊢ ∀ z ∈ y z ∈ y ↔ ∀ x x ∈ y → ¬ ∀ z ¬ ¬ z ∈ y → ¬ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z
21 20 anbi2i ⊢ x ∈ y ∧ ∀ z ∈ y z ∈ y ↔ x ∈ y ∧ ∀ x x ∈ y → ¬ ∀ z ¬ ¬ z ∈ y → ¬ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z
22 df-an ⊢ x ∈ y ∧ ∀ x x ∈ y → ¬ ∀ z ¬ ¬ z ∈ y → ¬ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z ↔ ¬ x ∈ y → ¬ ∀ x x ∈ y → ¬ ∀ z ¬ ¬ z ∈ y → ¬ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z
23 21 22 bitri ⊢ x ∈ y ∧ ∀ z ∈ y z ∈ y ↔ ¬ x ∈ y → ¬ ∀ x x ∈ y → ¬ ∀ z ¬ ¬ z ∈ y → ¬ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z
24 23 exbii ⊢ ∃ y x ∈ y ∧ ∀ z ∈ y z ∈ y ↔ ∃ y ¬ x ∈ y → ¬ ∀ x x ∈ y → ¬ ∀ z ¬ ¬ z ∈ y → ¬ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z
25 df-ex ⊢ ∃ y ¬ x ∈ y → ¬ ∀ x x ∈ y → ¬ ∀ z ¬ ¬ z ∈ y → ¬ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z ↔ ¬ ∀ y ¬ ¬ x ∈ y → ¬ ∀ x x ∈ y → ¬ ∀ z ¬ ¬ z ∈ y → ¬ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z
26 24 25 bitri ⊢ ∃ y x ∈ y ∧ ∀ z ∈ y z ∈ y ↔ ¬ ∀ y ¬ ¬ x ∈ y → ¬ ∀ x x ∈ y → ¬ ∀ z ¬ ¬ z ∈ y → ¬ ∀ y ¬ y ∈ z → y = x → ¬ y = x → y ∈ z