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Theorem 3f1oss1

Description: The composition of three bijections as bijection from the image of the domain onto the image of the range of the middle bijection. (Contributed by AV, 15-Aug-2025)

Ref Expression
Assertion 3f1oss1 ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( ( 𝐻𝐺 ) ∘ 𝐹 ) : ( 𝐹𝐶 ) –1-1-onto→ ( 𝐻𝐷 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 f1ocnv ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵 𝐹 : 𝐵1-1-onto𝐴 )
2 f1of1 ( 𝐹 : 𝐵1-1-onto𝐴 𝐹 : 𝐵1-1𝐴 )
3 1 2 syl ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵 𝐹 : 𝐵1-1𝐴 )
4 3 3ad2ant1 ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) → 𝐹 : 𝐵1-1𝐴 )
5 4 adantr ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → 𝐹 : 𝐵1-1𝐴 )
6 cnvimass ( 𝐹𝐶 ) ⊆ dom 𝐹
7 f1of ( 𝐹 : 𝐵1-1-onto𝐴 𝐹 : 𝐵𝐴 )
8 fdm ( 𝐹 : 𝐵𝐴 → dom 𝐹 = 𝐵 )
9 8 eqcomd ( 𝐹 : 𝐵𝐴𝐵 = dom 𝐹 )
10 1 7 9 3syl ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐵 = dom 𝐹 )
11 6 10 sseqtrrid ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵 → ( 𝐹𝐶 ) ⊆ 𝐵 )
12 11 3ad2ant1 ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) → ( 𝐹𝐶 ) ⊆ 𝐵 )
13 12 adantr ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( 𝐹𝐶 ) ⊆ 𝐵 )
14 f1ofn ( 𝐹 : 𝐵1-1-onto𝐴 𝐹 Fn 𝐵 )
15 1 14 syl ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵 𝐹 Fn 𝐵 )
16 15 3ad2ant1 ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) → 𝐹 Fn 𝐵 )
17 16 adantr ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → 𝐹 Fn 𝐵 )
18 eqidd ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( ran 𝐹𝐶 ) = ( ran 𝐹𝐶 ) )
19 eqidd ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( 𝐹𝐶 ) = ( 𝐹𝐶 ) )
20 17 18 19 rescnvimafod ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( 𝐹 ↾ ( 𝐹𝐶 ) ) : ( 𝐹𝐶 ) –onto→ ( ran 𝐹𝐶 ) )
21 fof ( ( 𝐹 ↾ ( 𝐹𝐶 ) ) : ( 𝐹𝐶 ) –onto→ ( ran 𝐹𝐶 ) → ( 𝐹 ↾ ( 𝐹𝐶 ) ) : ( 𝐹𝐶 ) ⟶ ( ran 𝐹𝐶 ) )
22 20 21 syl ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( 𝐹 ↾ ( 𝐹𝐶 ) ) : ( 𝐹𝐶 ) ⟶ ( ran 𝐹𝐶 ) )
23 f1resf1 ( ( 𝐹 : 𝐵1-1𝐴 ∧ ( 𝐹𝐶 ) ⊆ 𝐵 ∧ ( 𝐹 ↾ ( 𝐹𝐶 ) ) : ( 𝐹𝐶 ) ⟶ ( ran 𝐹𝐶 ) ) → ( 𝐹 ↾ ( 𝐹𝐶 ) ) : ( 𝐹𝐶 ) –1-1→ ( ran 𝐹𝐶 ) )
24 5 13 22 23 syl3anc ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( 𝐹 ↾ ( 𝐹𝐶 ) ) : ( 𝐹𝐶 ) –1-1→ ( ran 𝐹𝐶 ) )
25 f1of1 ( 𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐺 : 𝐶1-1𝐷 )
26 25 3ad2ant2 ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) → 𝐺 : 𝐶1-1𝐷 )
27 26 adantr ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → 𝐺 : 𝐶1-1𝐷 )
28 inss2 ( ran 𝐹𝐶 ) ⊆ 𝐶
29 f1ores ( ( 𝐺 : 𝐶1-1𝐷 ∧ ( ran 𝐹𝐶 ) ⊆ 𝐶 ) → ( 𝐺 ↾ ( ran 𝐹𝐶 ) ) : ( ran 𝐹𝐶 ) –1-1-onto→ ( 𝐺 “ ( ran 𝐹𝐶 ) ) )
30 27 28 29 sylancl ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( 𝐺 ↾ ( ran 𝐹𝐶 ) ) : ( ran 𝐹𝐶 ) –1-1-onto→ ( 𝐺 “ ( ran 𝐹𝐶 ) ) )
31 f1ofo ( 𝐹 : 𝐵1-1-onto𝐴 𝐹 : 𝐵onto𝐴 )
32 forn ( 𝐹 : 𝐵onto𝐴 → ran 𝐹 = 𝐴 )
33 1 31 32 3syl ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵 → ran 𝐹 = 𝐴 )
34 33 3ad2ant1 ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) → ran 𝐹 = 𝐴 )
35 34 adantr ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ran 𝐹 = 𝐴 )
36 35 ineq1d ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( ran 𝐹𝐶 ) = ( 𝐴𝐶 ) )
37 incom ( 𝐴𝐶 ) = ( 𝐶𝐴 )
38 dfss2 ( 𝐶𝐴 ↔ ( 𝐶𝐴 ) = 𝐶 )
39 38 biimpi ( 𝐶𝐴 → ( 𝐶𝐴 ) = 𝐶 )
40 37 39 eqtrid ( 𝐶𝐴 → ( 𝐴𝐶 ) = 𝐶 )
41 40 ad2antrl ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( 𝐴𝐶 ) = 𝐶 )
42 36 41 eqtrd ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( ran 𝐹𝐶 ) = 𝐶 )
43 42 imaeq2d ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( 𝐺 “ ( ran 𝐹𝐶 ) ) = ( 𝐺𝐶 ) )
44 f1ofn ( 𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐺 Fn 𝐶 )
45 fnima ( 𝐺 Fn 𝐶 → ( 𝐺𝐶 ) = ran 𝐺 )
46 44 45 syl ( 𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷 → ( 𝐺𝐶 ) = ran 𝐺 )
47 f1ofo ( 𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐺 : 𝐶onto𝐷 )
48 forn ( 𝐺 : 𝐶onto𝐷 → ran 𝐺 = 𝐷 )
49 47 48 syl ( 𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷 → ran 𝐺 = 𝐷 )
50 46 49 eqtrd ( 𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷 → ( 𝐺𝐶 ) = 𝐷 )
51 50 3ad2ant2 ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) → ( 𝐺𝐶 ) = 𝐷 )
52 51 adantr ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( 𝐺𝐶 ) = 𝐷 )
53 43 52 eqtrd ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( 𝐺 “ ( ran 𝐹𝐶 ) ) = 𝐷 )
54 53 eqcomd ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → 𝐷 = ( 𝐺 “ ( ran 𝐹𝐶 ) ) )
55 54 f1oeq3d ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( ( 𝐺 ↾ ( ran 𝐹𝐶 ) ) : ( ran 𝐹𝐶 ) –1-1-onto𝐷 ↔ ( 𝐺 ↾ ( ran 𝐹𝐶 ) ) : ( ran 𝐹𝐶 ) –1-1-onto→ ( 𝐺 “ ( ran 𝐹𝐶 ) ) ) )
56 30 55 mpbird ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( 𝐺 ↾ ( ran 𝐹𝐶 ) ) : ( ran 𝐹𝐶 ) –1-1-onto𝐷 )
57 f1orel ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵 → Rel 𝐹 )
58 57 3ad2ant1 ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) → Rel 𝐹 )
59 58 adantr ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → Rel 𝐹 )
60 dfrel2 ( Rel 𝐹 𝐹 = 𝐹 )
61 59 60 sylib ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → 𝐹 = 𝐹 )
62 61 eqcomd ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → 𝐹 = 𝐹 )
63 62 imaeq1d ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( 𝐹𝐶 ) = ( 𝐹𝐶 ) )
64 63 f1oeq2d ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( ( 𝐺 𝐹 ) : ( 𝐹𝐶 ) –1-1-onto𝐷 ↔ ( 𝐺 𝐹 ) : ( 𝐹𝐶 ) –1-1-onto𝐷 ) )
65 1 7 syl ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵 𝐹 : 𝐵𝐴 )
66 65 3ad2ant1 ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) → 𝐹 : 𝐵𝐴 )
67 66 adantr ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → 𝐹 : 𝐵𝐴 )
68 eqid ( ran 𝐹𝐶 ) = ( ran 𝐹𝐶 )
69 eqid ( 𝐹𝐶 ) = ( 𝐹𝐶 )
70 eqid ( 𝐹 ↾ ( 𝐹𝐶 ) ) = ( 𝐹 ↾ ( 𝐹𝐶 ) )
71 f1of ( 𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐺 : 𝐶𝐷 )
72 71 3ad2ant2 ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) → 𝐺 : 𝐶𝐷 )
73 72 adantr ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → 𝐺 : 𝐶𝐷 )
74 eqid ( 𝐺 ↾ ( ran 𝐹𝐶 ) ) = ( 𝐺 ↾ ( ran 𝐹𝐶 ) )
75 67 68 69 70 73 74 fcoresf1ob ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( ( 𝐺 𝐹 ) : ( 𝐹𝐶 ) –1-1-onto𝐷 ↔ ( ( 𝐹 ↾ ( 𝐹𝐶 ) ) : ( 𝐹𝐶 ) –1-1→ ( ran 𝐹𝐶 ) ∧ ( 𝐺 ↾ ( ran 𝐹𝐶 ) ) : ( ran 𝐹𝐶 ) –1-1-onto𝐷 ) ) )
76 64 75 bitrd ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( ( 𝐺 𝐹 ) : ( 𝐹𝐶 ) –1-1-onto𝐷 ↔ ( ( 𝐹 ↾ ( 𝐹𝐶 ) ) : ( 𝐹𝐶 ) –1-1→ ( ran 𝐹𝐶 ) ∧ ( 𝐺 ↾ ( ran 𝐹𝐶 ) ) : ( ran 𝐹𝐶 ) –1-1-onto𝐷 ) ) )
77 24 56 76 mpbir2and ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( 𝐺 𝐹 ) : ( 𝐹𝐶 ) –1-1-onto𝐷 )
78 simpl3 ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → 𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 )
79 simprr ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → 𝐷𝐸 )
80 f1ocoima ( ( ( 𝐺 𝐹 ) : ( 𝐹𝐶 ) –1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼𝐷𝐸 ) → ( 𝐻 ∘ ( 𝐺 𝐹 ) ) : ( 𝐹𝐶 ) –1-1-onto→ ( 𝐻𝐷 ) )
81 77 78 79 80 syl3anc ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( 𝐻 ∘ ( 𝐺 𝐹 ) ) : ( 𝐹𝐶 ) –1-1-onto→ ( 𝐻𝐷 ) )
82 coass ( ( 𝐻𝐺 ) ∘ 𝐹 ) = ( 𝐻 ∘ ( 𝐺 𝐹 ) )
83 f1oeq1 ( ( ( 𝐻𝐺 ) ∘ 𝐹 ) = ( 𝐻 ∘ ( 𝐺 𝐹 ) ) → ( ( ( 𝐻𝐺 ) ∘ 𝐹 ) : ( 𝐹𝐶 ) –1-1-onto→ ( 𝐻𝐷 ) ↔ ( 𝐻 ∘ ( 𝐺 𝐹 ) ) : ( 𝐹𝐶 ) –1-1-onto→ ( 𝐻𝐷 ) ) )
84 82 83 ax-mp ( ( ( 𝐻𝐺 ) ∘ 𝐹 ) : ( 𝐹𝐶 ) –1-1-onto→ ( 𝐻𝐷 ) ↔ ( 𝐻 ∘ ( 𝐺 𝐹 ) ) : ( 𝐹𝐶 ) –1-1-onto→ ( 𝐻𝐷 ) )
85 81 84 sylibr ( ( ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐺 : 𝐶1-1-onto𝐷𝐻 : 𝐸1-1-onto𝐼 ) ∧ ( 𝐶𝐴𝐷𝐸 ) ) → ( ( 𝐻𝐺 ) ∘ 𝐹 ) : ( 𝐹𝐶 ) –1-1-onto→ ( 𝐻𝐷 ) )