Metamath Proof Explorer


Theorem ufileu

Description: If the ultrafilter containing a given filter is unique, the filter is an ultrafilter. (Contributed by Jeff Hankins, 3-Dec-2009) (Revised by Mario Carneiro, 2-Oct-2015)

Ref Expression
Assertion ufileu F Fil X F UFil X ∃! f UFil X F f

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ufilfil f UFil X f Fil X
2 ufilmax F UFil X f Fil X F f F = f
3 2 3expa F UFil X f Fil X F f F = f
4 3 eqcomd F UFil X f Fil X F f f = F
5 4 ex F UFil X f Fil X F f f = F
6 1 5 sylan2 F UFil X f UFil X F f f = F
7 6 ralrimiva F UFil X f UFil X F f f = F
8 ssid F F
9 sseq2 f = F F f F F
10 9 eqreu F UFil X F F f UFil X F f f = F ∃! f UFil X F f
11 8 10 mp3an2 F UFil X f UFil X F f f = F ∃! f UFil X F f
12 7 11 mpdan F UFil X ∃! f UFil X F f
13 reu6 ∃! f UFil X F f g UFil X f UFil X F f f = g
14 ibibr f = g F f f = g F f f = g
15 14 pm5.74ri f = g F f F f f = g
16 sseq2 f = g F f F g
17 15 16 bitr3d f = g F f f = g F g
18 17 rspcva g UFil X f UFil X F f f = g F g
19 18 adantll F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g F g
20 ufilfil g UFil X g Fil X
21 filelss g Fil X x g x X
22 21 ex g Fil X x g x X
23 20 22 syl g UFil X x g x X
24 23 ad2antlr F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x g x X
25 filsspw F Fil X F 𝒫 X
26 25 ad2antrr F Fil X g UFil X x X ¬ x F F 𝒫 X
27 difss X x X
28 filtop F Fil X X F
29 28 ad2antrr F Fil X g UFil X x X ¬ x F X F
30 difexg X F X x V
31 29 30 syl F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x V
32 elpwg X x V X x 𝒫 X X x X
33 31 32 syl F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x 𝒫 X X x X
34 27 33 mpbiri F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x 𝒫 X
35 34 snssd F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x 𝒫 X
36 26 35 unssd F Fil X g UFil X x X ¬ x F F X x 𝒫 X
37 ssun1 F F X x
38 filn0 F Fil X F
39 38 ad2antrr F Fil X g UFil X x X ¬ x F F
40 ssn0 F F X x F F X x
41 37 39 40 sylancr F Fil X g UFil X x X ¬ x F F X x
42 filelss F Fil X f F f X
43 42 ad2ant2rl F Fil X g UFil X x X f F f X
44 df-ss f X f X = f
45 43 44 sylib F Fil X g UFil X x X f F f X = f
46 45 sseq1d F Fil X g UFil X x X f F f X x f x
47 filss F Fil X f F x X f x x F
48 47 3exp2 F Fil X f F x X f x x F
49 48 impcomd F Fil X x X f F f x x F
50 49 adantr F Fil X g UFil X x X f F f x x F
51 50 imp F Fil X g UFil X x X f F f x x F
52 46 51 sylbid F Fil X g UFil X x X f F f X x x F
53 52 con3d F Fil X g UFil X x X f F ¬ x F ¬ f X x
54 53 expr F Fil X g UFil X x X f F ¬ x F ¬ f X x
55 54 com23 F Fil X g UFil X x X ¬ x F f F ¬ f X x
56 55 impr F Fil X g UFil X x X ¬ x F f F ¬ f X x
57 56 imp F Fil X g UFil X x X ¬ x F f F ¬ f X x
58 ineq2 g = X x f g = f X x
59 58 neeq1d g = X x f g f X x
60 59 ralsng X x V g X x f g f X x
61 inssdif0 f X x f X x =
62 61 necon3bbii ¬ f X x f X x
63 60 62 bitr4di X x V g X x f g ¬ f X x
64 31 63 syl F Fil X g UFil X x X ¬ x F g X x f g ¬ f X x
65 64 adantr F Fil X g UFil X x X ¬ x F f F g X x f g ¬ f X x
66 57 65 mpbird F Fil X g UFil X x X ¬ x F f F g X x f g
67 66 ralrimiva F Fil X g UFil X x X ¬ x F f F g X x f g
68 filfbas F Fil X F fBas X
69 68 ad2antrr F Fil X g UFil X x X ¬ x F F fBas X
70 difssd F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x X
71 ssdif0 X x X x =
72 eqss x = X x X X x
73 72 simplbi2 x X X x x = X
74 eleq1 x = X x F X F
75 74 notbid x = X ¬ x F ¬ X F
76 75 biimpcd ¬ x F x = X ¬ X F
77 73 76 sylan9 x X ¬ x F X x ¬ X F
78 77 adantl F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x ¬ X F
79 71 78 syl5bir F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x = ¬ X F
80 79 necon2ad F Fil X g UFil X x X ¬ x F X F X x
81 29 80 mpd F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x
82 snfbas X x X X x X F X x fBas X
83 70 81 29 82 syl3anc F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x fBas X
84 fbunfip F fBas X X x fBas X ¬ fi F X x f F g X x f g
85 69 83 84 syl2anc F Fil X g UFil X x X ¬ x F ¬ fi F X x f F g X x f g
86 67 85 mpbird F Fil X g UFil X x X ¬ x F ¬ fi F X x
87 fsubbas X F fi F X x fBas X F X x 𝒫 X F X x ¬ fi F X x
88 29 87 syl F Fil X g UFil X x X ¬ x F fi F X x fBas X F X x 𝒫 X F X x ¬ fi F X x
89 36 41 86 88 mpbir3and F Fil X g UFil X x X ¬ x F fi F X x fBas X
90 fgcl fi F X x fBas X X filGen fi F X x Fil X
91 89 90 syl F Fil X g UFil X x X ¬ x F X filGen fi F X x Fil X
92 filssufil X filGen fi F X x Fil X f UFil X X filGen fi F X x f
93 91 92 syl F Fil X g UFil X x X ¬ x F f UFil X X filGen fi F X x f
94 r19.29 f UFil X F f f = g f UFil X X filGen fi F X x f f UFil X F f f = g X filGen fi F X x f
95 biimp F f f = g F f f = g
96 simpll F Fil X g UFil X x X ¬ x F F Fil X
97 snex X x V
98 unexg F Fil X X x V F X x V
99 96 97 98 sylancl F Fil X g UFil X x X ¬ x F F X x V
100 ssfii F X x V F X x fi F X x
101 99 100 syl F Fil X g UFil X x X ¬ x F F X x fi F X x
102 ssfg fi F X x fBas X fi F X x X filGen fi F X x
103 89 102 syl F Fil X g UFil X x X ¬ x F fi F X x X filGen fi F X x
104 101 103 sstrd F Fil X g UFil X x X ¬ x F F X x X filGen fi F X x
105 104 unssad F Fil X g UFil X x X ¬ x F F X filGen fi F X x
106 sstr2 F X filGen fi F X x X filGen fi F X x f F f
107 105 106 syl F Fil X g UFil X x X ¬ x F X filGen fi F X x f F f
108 107 imim1d F Fil X g UFil X x X ¬ x F F f f = g X filGen fi F X x f f = g
109 sseq2 f = g X filGen fi F X x f X filGen fi F X x g
110 109 biimpcd X filGen fi F X x f f = g X filGen fi F X x g
111 110 a2i X filGen fi F X x f f = g X filGen fi F X x f X filGen fi F X x g
112 95 108 111 syl56 F Fil X g UFil X x X ¬ x F F f f = g X filGen fi F X x f X filGen fi F X x g
113 112 impd F Fil X g UFil X x X ¬ x F F f f = g X filGen fi F X x f X filGen fi F X x g
114 113 rexlimdvw F Fil X g UFil X x X ¬ x F f UFil X F f f = g X filGen fi F X x f X filGen fi F X x g
115 94 114 syl5 F Fil X g UFil X x X ¬ x F f UFil X F f f = g f UFil X X filGen fi F X x f X filGen fi F X x g
116 93 115 mpan2d F Fil X g UFil X x X ¬ x F f UFil X F f f = g X filGen fi F X x g
117 116 imp F Fil X g UFil X x X ¬ x F f UFil X F f f = g X filGen fi F X x g
118 117 an32s F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x X ¬ x F X filGen fi F X x g
119 snidg X x V X x X x
120 31 119 syl F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x X x
121 elun2 X x X x X x F X x
122 120 121 syl F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x F X x
123 104 122 sseldd F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x X filGen fi F X x
124 123 adantlr F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x X ¬ x F X x X filGen fi F X x
125 118 124 sseldd F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x X ¬ x F X x g
126 simpllr F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x X ¬ x F g UFil X
127 simprl F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x X ¬ x F x X
128 ufilb g UFil X x X ¬ x g X x g
129 126 127 128 syl2anc F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x X ¬ x F ¬ x g X x g
130 125 129 mpbird F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x X ¬ x F ¬ x g
131 130 expr F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x X ¬ x F ¬ x g
132 131 con4d F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x X x g x F
133 132 ex F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x X x g x F
134 133 com23 F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x g x X x F
135 24 134 mpdd F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x g x F
136 135 ssrdv F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g g F
137 19 136 eqssd F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g F = g
138 simplr F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g g UFil X
139 137 138 eqeltrd F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g F UFil X
140 139 rexlimdva2 F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g F UFil X
141 13 140 syl5bi F Fil X ∃! f UFil X F f F UFil X
142 12 141 impbid2 F Fil X F UFil X ∃! f UFil X F f