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Theorem opreu2reuALT

Description: Correspondence between uniqueness of ordered pairs and double restricted existential uniqueness quantification. Alternate proof of one direction only, use opreu2reurex instead. (Contributed by Thierry Arnoux, 4-Jul-2023) (Proof modification is discouraged.) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypothesis opsbc2ie.a ⊢ p = a b → φ ↔ χ
Assertion opreu2reuALT ⊢ ∃! a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ ∃! b ∈ B ∃ a ∈ A χ → ∃! p ∈ A × B φ

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 opsbc2ie.a ⊢ p = a b → φ ↔ χ
2 2reu4 ⊢ ∃! a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ ∃! b ∈ B ∃ a ∈ A χ ↔ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y
3 simpllr ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y → x ∈ A
4 simplr ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y → y ∈ B
5 opelxpi ⊢ x ∈ A ∧ y ∈ B → x y ∈ A × B
6 3 4 5 syl2anc ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y → x y ∈ A × B
7 nfre1 ⊢ Ⅎ a ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ
8 nfv ⊢ Ⅎ a x ∈ A
9 7 8 nfan ⊢ Ⅎ a ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A
10 nfv ⊢ Ⅎ a y ∈ B
11 9 10 nfan ⊢ Ⅎ a ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B
12 nfra1 ⊢ Ⅎ a ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y
13 11 12 nfan ⊢ Ⅎ a ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y
14 nfcv ⊢ Ⅎ _ a y
15 nfsbc1v ⊢ Ⅎ a [˙x / a]˙ χ
16 14 15 nfsbc ⊢ Ⅎ a [˙y / b]˙ [˙x / a]˙ χ
17 nfcv ⊢ Ⅎ _ b A
18 nfre1 ⊢ Ⅎ b ∃ b ∈ B χ
19 17 18 nfrexw ⊢ Ⅎ b ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ
20 nfv ⊢ Ⅎ b x ∈ A
21 19 20 nfan ⊢ Ⅎ b ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A
22 nfv ⊢ Ⅎ b y ∈ B
23 21 22 nfan ⊢ Ⅎ b ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B
24 nfra1 ⊢ Ⅎ b ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y
25 17 24 nfral ⊢ Ⅎ b ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y
26 23 25 nfan ⊢ Ⅎ b ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y
27 nfv ⊢ Ⅎ b a ∈ A
28 26 27 nfan ⊢ Ⅎ b ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ a ∈ A
29 28 18 nfan ⊢ Ⅎ b ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ a ∈ A ∧ ∃ b ∈ B χ
30 nfsbc1v ⊢ Ⅎ b [˙y / b]˙ [˙x / a]˙ χ
31 rspa ⊢ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ a ∈ A → ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y
32 31 ad5ant23 ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ a ∈ A ∧ b ∈ B ∧ χ → ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y
33 simplr ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ a ∈ A ∧ b ∈ B ∧ χ → b ∈ B
34 simpr ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ a ∈ A ∧ b ∈ B ∧ χ → χ
35 rspa ⊢ ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ b ∈ B → χ → a = x ∧ b = y
36 35 imp ⊢ ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ b ∈ B ∧ χ → a = x ∧ b = y
37 32 33 34 36 syl21anc ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ a ∈ A ∧ b ∈ B ∧ χ → a = x ∧ b = y
38 37 simprd ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ a ∈ A ∧ b ∈ B ∧ χ → b = y
39 37 simpld ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ a ∈ A ∧ b ∈ B ∧ χ → a = x
40 sbceq1a ⊢ a = x → χ ↔ [˙x / a]˙ χ
41 40 biimpa ⊢ a = x ∧ χ → [˙x / a]˙ χ
42 39 34 41 syl2anc ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ a ∈ A ∧ b ∈ B ∧ χ → [˙x / a]˙ χ
43 sbceq1a ⊢ b = y → [˙x / a]˙ χ ↔ [˙y / b]˙ [˙x / a]˙ χ
44 43 biimpa ⊢ b = y ∧ [˙x / a]˙ χ → [˙y / b]˙ [˙x / a]˙ χ
45 38 42 44 syl2anc ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ a ∈ A ∧ b ∈ B ∧ χ → [˙y / b]˙ [˙x / a]˙ χ
46 45 adantllr ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ a ∈ A ∧ ∃ b ∈ B χ ∧ b ∈ B ∧ χ → [˙y / b]˙ [˙x / a]˙ χ
47 simpr ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ a ∈ A ∧ ∃ b ∈ B χ → ∃ b ∈ B χ
48 29 30 46 47 r19.29af2 ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ a ∈ A ∧ ∃ b ∈ B χ → [˙y / b]˙ [˙x / a]˙ χ
49 simplll ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y → ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ
50 13 16 48 49 r19.29af2 ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y → [˙y / b]˙ [˙x / a]˙ χ
51 1st2nd2 ⊢ p ∈ A × B → p = 1 st ⁡ p 2 nd ⁡ p
52 51 ad2antlr ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ p ∈ A × B ∧ φ → p = 1 st ⁡ p 2 nd ⁡ p
53 nfv ⊢ Ⅎ a p ∈ A × B
54 13 53 nfan ⊢ Ⅎ a ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ p ∈ A × B
55 nfv ⊢ Ⅎ a φ
56 54 55 nfan ⊢ Ⅎ a ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ p ∈ A × B ∧ φ
57 nfv ⊢ Ⅎ b p ∈ A × B
58 26 57 nfan ⊢ Ⅎ b ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ p ∈ A × B
59 nfv ⊢ Ⅎ b φ
60 58 59 nfan ⊢ Ⅎ b ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ p ∈ A × B ∧ φ
61 nfv ⊢ Ⅎ a φ → 1 st ⁡ p = x ∧ 2 nd ⁡ p = y
62 nfv ⊢ Ⅎ b φ → 1 st ⁡ p = x ∧ 2 nd ⁡ p = y
63 xp1st ⊢ p ∈ A × B → 1 st ⁡ p ∈ A
64 63 ad2antlr ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ p ∈ A × B ∧ φ → 1 st ⁡ p ∈ A
65 xp2nd ⊢ p ∈ A × B → 2 nd ⁡ p ∈ B
66 65 ad2antlr ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ p ∈ A × B ∧ φ → 2 nd ⁡ p ∈ B
67 eqcom ⊢ 1 st ⁡ p = a ↔ a = 1 st ⁡ p
68 eqcom ⊢ 2 nd ⁡ p = b ↔ b = 2 nd ⁡ p
69 eqopi ⊢ p ∈ A × B ∧ 1 st ⁡ p = a ∧ 2 nd ⁡ p = b → p = a b
70 69 1 syl ⊢ p ∈ A × B ∧ 1 st ⁡ p = a ∧ 2 nd ⁡ p = b → φ ↔ χ
71 70 bicomd ⊢ p ∈ A × B ∧ 1 st ⁡ p = a ∧ 2 nd ⁡ p = b → χ ↔ φ
72 71 ancoms ⊢ 1 st ⁡ p = a ∧ 2 nd ⁡ p = b ∧ p ∈ A × B → χ ↔ φ
73 72 ex ⊢ 1 st ⁡ p = a ∧ 2 nd ⁡ p = b → p ∈ A × B → χ ↔ φ
74 67 68 73 syl2anbr ⊢ a = 1 st ⁡ p ∧ b = 2 nd ⁡ p → p ∈ A × B → χ ↔ φ
75 74 impcom ⊢ p ∈ A × B ∧ a = 1 st ⁡ p ∧ b = 2 nd ⁡ p → χ ↔ φ
76 75 ad4ant24 ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ p ∈ A × B ∧ φ ∧ a = 1 st ⁡ p ∧ b = 2 nd ⁡ p → χ ↔ φ
77 simpl ⊢ a = 1 st ⁡ p ∧ b = 2 nd ⁡ p → a = 1 st ⁡ p
78 77 eqeq1d ⊢ a = 1 st ⁡ p ∧ b = 2 nd ⁡ p → a = x ↔ 1 st ⁡ p = x
79 simpr ⊢ a = 1 st ⁡ p ∧ b = 2 nd ⁡ p → b = 2 nd ⁡ p
80 79 eqeq1d ⊢ a = 1 st ⁡ p ∧ b = 2 nd ⁡ p → b = y ↔ 2 nd ⁡ p = y
81 78 80 anbi12d ⊢ a = 1 st ⁡ p ∧ b = 2 nd ⁡ p → a = x ∧ b = y ↔ 1 st ⁡ p = x ∧ 2 nd ⁡ p = y
82 81 adantl ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ p ∈ A × B ∧ φ ∧ a = 1 st ⁡ p ∧ b = 2 nd ⁡ p → a = x ∧ b = y ↔ 1 st ⁡ p = x ∧ 2 nd ⁡ p = y
83 76 82 imbi12d ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ p ∈ A × B ∧ φ ∧ a = 1 st ⁡ p ∧ b = 2 nd ⁡ p → χ → a = x ∧ b = y ↔ φ → 1 st ⁡ p = x ∧ 2 nd ⁡ p = y
84 simpllr ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ p ∈ A × B ∧ φ → ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y
85 56 60 61 62 64 66 83 84 rspc2daf ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ p ∈ A × B ∧ φ → φ → 1 st ⁡ p = x ∧ 2 nd ⁡ p = y
86 85 com12 ⊢ φ → ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ p ∈ A × B ∧ φ → 1 st ⁡ p = x ∧ 2 nd ⁡ p = y
87 86 anabsi7 ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ p ∈ A × B ∧ φ → 1 st ⁡ p = x ∧ 2 nd ⁡ p = y
88 87 simpld ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ p ∈ A × B ∧ φ → 1 st ⁡ p = x
89 87 simprd ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ p ∈ A × B ∧ φ → 2 nd ⁡ p = y
90 88 89 opeq12d ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ p ∈ A × B ∧ φ → 1 st ⁡ p 2 nd ⁡ p = x y
91 52 90 eqtrd ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ p ∈ A × B ∧ φ → p = x y
92 91 ex ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y ∧ p ∈ A × B → φ → p = x y
93 92 ralrimiva ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y → ∀ p ∈ A × B φ → p = x y
94 6 50 93 3jca ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y → x y ∈ A × B ∧ [˙y / b]˙ [˙x / a]˙ χ ∧ ∀ p ∈ A × B φ → p = x y
95 1 opsbc2ie ⊢ p = x y → φ ↔ [˙y / b]˙ [˙x / a]˙ χ
96 95 eqreu ⊢ x y ∈ A × B ∧ [˙y / b]˙ [˙x / a]˙ χ ∧ ∀ p ∈ A × B φ → p = x y → ∃! p ∈ A × B φ
97 94 96 syl ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B ∧ ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y → ∃! p ∈ A × B φ
98 97 r19.29ffa ⊢ ∃ a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ B ∀ a ∈ A ∀ b ∈ B χ → a = x ∧ b = y → ∃! p ∈ A × B φ
99 2 98 sylbi ⊢ ∃! a ∈ A ∃ b ∈ B χ ∧ ∃! b ∈ B ∃ a ∈ A χ → ∃! p ∈ A × B φ