Metamath Proof Explorer


Theorem bfp

Description: Banach fixed point theorem, also known as contraction mapping theorem. A contraction on a complete metric space has a unique fixed point. We show existence in the lemmas, and uniqueness here - if F has two fixed points, then the distance between them is less than K times itself, a contradiction. (Contributed by Jeff Madsen, 2-Sep-2009) (Proof shortened by Mario Carneiro, 5-Jun-2014)

Ref Expression
Hypotheses bfp.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ท โˆˆ ( CMet โ€˜ ๐‘‹ ) )
bfp.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โ‰  โˆ… )
bfp.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐พ โˆˆ โ„+ )
bfp.5 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐พ < 1 )
bfp.6 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น : ๐‘‹ โŸถ ๐‘‹ )
bfp.7 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ๐ท ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ‰ค ( ๐พ ยท ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) )
Assertion bfp ( ๐œ‘ โ†’ โˆƒ! ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐น โ€˜ ๐‘ง ) = ๐‘ง )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 bfp.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ท โˆˆ ( CMet โ€˜ ๐‘‹ ) )
2 bfp.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โ‰  โˆ… )
3 bfp.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐พ โˆˆ โ„+ )
4 bfp.5 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐พ < 1 )
5 bfp.6 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น : ๐‘‹ โŸถ ๐‘‹ )
6 bfp.7 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ๐ท ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ‰ค ( ๐พ ยท ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) )
7 n0 โŠข ( ๐‘‹ โ‰  โˆ… โ†” โˆƒ ๐‘ค ๐‘ค โˆˆ ๐‘‹ )
8 2 7 sylib โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆƒ ๐‘ค ๐‘ค โˆˆ ๐‘‹ )
9 1 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ๐ท โˆˆ ( CMet โ€˜ ๐‘‹ ) )
10 2 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ๐‘‹ โ‰  โˆ… )
11 3 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ๐พ โˆˆ โ„+ )
12 4 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ๐พ < 1 )
13 5 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ๐น : ๐‘‹ โŸถ ๐‘‹ )
14 6 adantlr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ ๐‘‹ ) โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ๐ท ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ‰ค ( ๐พ ยท ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) )
15 eqid โŠข ( MetOpen โ€˜ ๐ท ) = ( MetOpen โ€˜ ๐ท )
16 simpr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ๐‘ค โˆˆ ๐‘‹ )
17 eqid โŠข seq 1 ( ( ๐น โˆ˜ 1st ) , ( โ„• ร— { ๐‘ค } ) ) = seq 1 ( ( ๐น โˆ˜ 1st ) , ( โ„• ร— { ๐‘ค } ) )
18 9 10 11 12 13 14 15 16 17 bfplem2 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐น โ€˜ ๐‘ง ) = ๐‘ง )
19 8 18 exlimddv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐น โ€˜ ๐‘ง ) = ๐‘ง )
20 oveq12 โŠข ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ๐ท ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) )
21 20 adantl โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ๐ท ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) ) = ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) )
22 6 adantr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ๐ท ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ‰ค ( ๐พ ยท ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) )
23 21 22 eqbrtrrd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) โ‰ค ( ๐พ ยท ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) )
24 cmetmet โŠข ( ๐ท โˆˆ ( CMet โ€˜ ๐‘‹ ) โ†’ ๐ท โˆˆ ( Met โ€˜ ๐‘‹ ) )
25 1 24 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ท โˆˆ ( Met โ€˜ ๐‘‹ ) )
26 25 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ๐ท โˆˆ ( Met โ€˜ ๐‘‹ ) )
27 simplrl โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ )
28 simplrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ )
29 metcl โŠข ( ( ๐ท โˆˆ ( Met โ€˜ ๐‘‹ ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„ )
30 26 27 28 29 syl3anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„ )
31 3 rpred โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐พ โˆˆ โ„ )
32 31 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ๐พ โˆˆ โ„ )
33 32 30 remulcld โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ๐พ ยท ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) โˆˆ โ„ )
34 30 33 suble0d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ( ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) โˆ’ ( ๐พ ยท ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) ) โ‰ค 0 โ†” ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) โ‰ค ( ๐พ ยท ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) ) )
35 23 34 mpbird โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) โˆ’ ( ๐พ ยท ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) ) โ‰ค 0 )
36 1cnd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ 1 โˆˆ โ„‚ )
37 32 recnd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ๐พ โˆˆ โ„‚ )
38 30 recnd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„‚ )
39 36 37 38 subdird โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ( 1 โˆ’ ๐พ ) ยท ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) = ( ( 1 ยท ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) โˆ’ ( ๐พ ยท ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) ) )
40 38 mullidd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( 1 ยท ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) = ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) )
41 40 oveq1d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ( 1 ยท ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) โˆ’ ( ๐พ ยท ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) ) = ( ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) โˆ’ ( ๐พ ยท ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) ) )
42 39 41 eqtrd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ( 1 โˆ’ ๐พ ) ยท ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) = ( ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) โˆ’ ( ๐พ ยท ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) ) )
43 1re โŠข 1 โˆˆ โ„
44 resubcl โŠข ( ( 1 โˆˆ โ„ โˆง ๐พ โˆˆ โ„ ) โ†’ ( 1 โˆ’ ๐พ ) โˆˆ โ„ )
45 43 31 44 sylancr โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 โˆ’ ๐พ ) โˆˆ โ„ )
46 45 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( 1 โˆ’ ๐พ ) โˆˆ โ„ )
47 46 recnd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( 1 โˆ’ ๐พ ) โˆˆ โ„‚ )
48 47 mul01d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ( 1 โˆ’ ๐พ ) ยท 0 ) = 0 )
49 35 42 48 3brtr4d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ( 1 โˆ’ ๐พ ) ยท ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) โ‰ค ( ( 1 โˆ’ ๐พ ) ยท 0 ) )
50 0red โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ 0 โˆˆ โ„ )
51 posdif โŠข ( ( ๐พ โˆˆ โ„ โˆง 1 โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ๐พ < 1 โ†” 0 < ( 1 โˆ’ ๐พ ) ) )
52 31 43 51 sylancl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐พ < 1 โ†” 0 < ( 1 โˆ’ ๐พ ) ) )
53 4 52 mpbid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 < ( 1 โˆ’ ๐พ ) )
54 53 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ 0 < ( 1 โˆ’ ๐พ ) )
55 lemul2 โŠข ( ( ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„ โˆง 0 โˆˆ โ„ โˆง ( ( 1 โˆ’ ๐พ ) โˆˆ โ„ โˆง 0 < ( 1 โˆ’ ๐พ ) ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) โ‰ค 0 โ†” ( ( 1 โˆ’ ๐พ ) ยท ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) โ‰ค ( ( 1 โˆ’ ๐พ ) ยท 0 ) ) )
56 30 50 46 54 55 syl112anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) โ‰ค 0 โ†” ( ( 1 โˆ’ ๐พ ) ยท ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) โ‰ค ( ( 1 โˆ’ ๐พ ) ยท 0 ) ) )
57 49 56 mpbird โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) โ‰ค 0 )
58 metge0 โŠข ( ( ๐ท โˆˆ ( Met โ€˜ ๐‘‹ ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ 0 โ‰ค ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) )
59 26 27 28 58 syl3anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ 0 โ‰ค ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) )
60 0re โŠข 0 โˆˆ โ„
61 letri3 โŠข ( ( ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„ โˆง 0 โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) = 0 โ†” ( ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) โ‰ค 0 โˆง 0 โ‰ค ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) ) )
62 30 60 61 sylancl โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) = 0 โ†” ( ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) โ‰ค 0 โˆง 0 โ‰ค ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) ) ) )
63 57 59 62 mpbir2and โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) = 0 )
64 meteq0 โŠข ( ( ๐ท โˆˆ ( Met โ€˜ ๐‘‹ ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) = 0 โ†” ๐‘ฅ = ๐‘ฆ ) )
65 26 27 28 64 syl3anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ ๐ท ๐‘ฆ ) = 0 โ†” ๐‘ฅ = ๐‘ฆ ) )
66 63 65 mpbid โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โˆง ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) โ†’ ๐‘ฅ = ๐‘ฆ )
67 66 ex โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ) ) โ†’ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) โ†’ ๐‘ฅ = ๐‘ฆ ) )
68 67 ralrimivva โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) โ†’ ๐‘ฅ = ๐‘ฆ ) )
69 fveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ง โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ( ๐น โ€˜ ๐‘ง ) )
70 id โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ง โ†’ ๐‘ฅ = ๐‘ง )
71 69 70 eqeq12d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ง โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โ†” ( ๐น โ€˜ ๐‘ง ) = ๐‘ง ) )
72 71 anbi1d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ง โ†’ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) โ†” ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ง ) = ๐‘ง โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) ) )
73 equequ1 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ง โ†’ ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†” ๐‘ง = ๐‘ฆ ) )
74 72 73 imbi12d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ง โ†’ ( ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) โ†’ ๐‘ฅ = ๐‘ฆ ) โ†” ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ง ) = ๐‘ง โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) โ†’ ๐‘ง = ๐‘ฆ ) ) )
75 74 ralbidv โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ง โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) โ†’ ๐‘ฅ = ๐‘ฆ ) โ†” โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ง ) = ๐‘ง โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) โ†’ ๐‘ง = ๐‘ฆ ) ) )
76 75 cbvralvw โŠข ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ๐‘ฅ โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) โ†’ ๐‘ฅ = ๐‘ฆ ) โ†” โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ง ) = ๐‘ง โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) โ†’ ๐‘ง = ๐‘ฆ ) )
77 68 76 sylib โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ง ) = ๐‘ง โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) โ†’ ๐‘ง = ๐‘ฆ ) )
78 fveq2 โŠข ( ๐‘ง = ๐‘ฆ โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ง ) = ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) )
79 id โŠข ( ๐‘ง = ๐‘ฆ โ†’ ๐‘ง = ๐‘ฆ )
80 78 79 eqeq12d โŠข ( ๐‘ง = ๐‘ฆ โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ง ) = ๐‘ง โ†” ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) )
81 80 reu4 โŠข ( โˆƒ! ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐น โ€˜ ๐‘ง ) = ๐‘ง โ†” ( โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐น โ€˜ ๐‘ง ) = ๐‘ง โˆง โˆ€ ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘‹ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ง ) = ๐‘ง โˆง ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) = ๐‘ฆ ) โ†’ ๐‘ง = ๐‘ฆ ) ) )
82 19 77 81 sylanbrc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆƒ! ๐‘ง โˆˆ ๐‘‹ ( ๐น โ€˜ ๐‘ง ) = ๐‘ง )