Theorem isust

Description: The predicate " U is a uniform structure with base X ". (Contributed by Thierry Arnoux, 15-Nov-2017) (Revised by AV, 17-Sep-2021)

	Ref	Expression
Assertion	isust	⊢ ( 𝑋 ∈ 𝑉 → ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ↔ ( 𝑈 ⊆ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ∧ ( 𝑋 × 𝑋 ) ∈ 𝑈 ∧ ∀ 𝑣 ∈ 𝑈 ( ∀ 𝑤 ∈ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ( 𝑣 ⊆ 𝑤 → 𝑤 ∈ 𝑈 ) ∧ ∀ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑣 ∩ 𝑤 ) ∈ 𝑈 ∧ ( ( I ↾ 𝑋 ) ⊆ 𝑣 ∧ ◡ 𝑣 ∈ 𝑈 ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑤 ∘ 𝑤 ) ⊆ 𝑣 ) ) ) ) )

Proof

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ustval	⊢ ( 𝑋 ∈ 𝑉 → ( UnifOn ‘ 𝑋 ) = { 𝑢 ∣ ( 𝑢 ⊆ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ∧ ( 𝑋 × 𝑋 ) ∈ 𝑢 ∧ ∀ 𝑣 ∈ 𝑢 ( ∀ 𝑤 ∈ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ( 𝑣 ⊆ 𝑤 → 𝑤 ∈ 𝑢 ) ∧ ∀ 𝑤 ∈ 𝑢 ( 𝑣 ∩ 𝑤 ) ∈ 𝑢 ∧ ( ( I ↾ 𝑋 ) ⊆ 𝑣 ∧ ◡ 𝑣 ∈ 𝑢 ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝑢 ( 𝑤 ∘ 𝑤 ) ⊆ 𝑣 ) ) ) } )
2	1	eleq2d	⊢ ( 𝑋 ∈ 𝑉 → ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ↔ 𝑈 ∈ { 𝑢 ∣ ( 𝑢 ⊆ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ∧ ( 𝑋 × 𝑋 ) ∈ 𝑢 ∧ ∀ 𝑣 ∈ 𝑢 ( ∀ 𝑤 ∈ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ( 𝑣 ⊆ 𝑤 → 𝑤 ∈ 𝑢 ) ∧ ∀ 𝑤 ∈ 𝑢 ( 𝑣 ∩ 𝑤 ) ∈ 𝑢 ∧ ( ( I ↾ 𝑋 ) ⊆ 𝑣 ∧ ◡ 𝑣 ∈ 𝑢 ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝑢 ( 𝑤 ∘ 𝑤 ) ⊆ 𝑣 ) ) ) } ) )
3		simp1	⊢ ( ( 𝑈 ⊆ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ∧ ( 𝑋 × 𝑋 ) ∈ 𝑈 ∧ ∀ 𝑣 ∈ 𝑈 ( ∀ 𝑤 ∈ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ( 𝑣 ⊆ 𝑤 → 𝑤 ∈ 𝑈 ) ∧ ∀ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑣 ∩ 𝑤 ) ∈ 𝑈 ∧ ( ( I ↾ 𝑋 ) ⊆ 𝑣 ∧ ◡ 𝑣 ∈ 𝑈 ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑤 ∘ 𝑤 ) ⊆ 𝑣 ) ) ) → 𝑈 ⊆ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) )
4		sqxpexg	⊢ ( 𝑋 ∈ 𝑉 → ( 𝑋 × 𝑋 ) ∈ V )
5	4	pwexd	⊢ ( 𝑋 ∈ 𝑉 → 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ∈ V )
6	5	adantr	⊢ ( ( 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑈 ⊆ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ) → 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ∈ V )
7		simpr	⊢ ( ( 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑈 ⊆ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ) → 𝑈 ⊆ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) )
8	6 7	ssexd	⊢ ( ( 𝑋 ∈ 𝑉 ∧ 𝑈 ⊆ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ) → 𝑈 ∈ V )
9	8	ex	⊢ ( 𝑋 ∈ 𝑉 → ( 𝑈 ⊆ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) → 𝑈 ∈ V ) )
10	3 9	syl5	⊢ ( 𝑋 ∈ 𝑉 → ( ( 𝑈 ⊆ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ∧ ( 𝑋 × 𝑋 ) ∈ 𝑈 ∧ ∀ 𝑣 ∈ 𝑈 ( ∀ 𝑤 ∈ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ( 𝑣 ⊆ 𝑤 → 𝑤 ∈ 𝑈 ) ∧ ∀ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑣 ∩ 𝑤 ) ∈ 𝑈 ∧ ( ( I ↾ 𝑋 ) ⊆ 𝑣 ∧ ◡ 𝑣 ∈ 𝑈 ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑤 ∘ 𝑤 ) ⊆ 𝑣 ) ) ) → 𝑈 ∈ V ) )
11		sseq1	⊢ ( 𝑢 = 𝑈 → ( 𝑢 ⊆ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ↔ 𝑈 ⊆ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ) )
12		eleq2	⊢ ( 𝑢 = 𝑈 → ( ( 𝑋 × 𝑋 ) ∈ 𝑢 ↔ ( 𝑋 × 𝑋 ) ∈ 𝑈 ) )
13		eleq2	⊢ ( 𝑢 = 𝑈 → ( 𝑤 ∈ 𝑢 ↔ 𝑤 ∈ 𝑈 ) )
14	13	imbi2d	⊢ ( 𝑢 = 𝑈 → ( ( 𝑣 ⊆ 𝑤 → 𝑤 ∈ 𝑢 ) ↔ ( 𝑣 ⊆ 𝑤 → 𝑤 ∈ 𝑈 ) ) )
15	14	ralbidv	⊢ ( 𝑢 = 𝑈 → ( ∀ 𝑤 ∈ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ( 𝑣 ⊆ 𝑤 → 𝑤 ∈ 𝑢 ) ↔ ∀ 𝑤 ∈ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ( 𝑣 ⊆ 𝑤 → 𝑤 ∈ 𝑈 ) ) )
16		eleq2	⊢ ( 𝑢 = 𝑈 → ( ( 𝑣 ∩ 𝑤 ) ∈ 𝑢 ↔ ( 𝑣 ∩ 𝑤 ) ∈ 𝑈 ) )
17	16	raleqbi1dv	⊢ ( 𝑢 = 𝑈 → ( ∀ 𝑤 ∈ 𝑢 ( 𝑣 ∩ 𝑤 ) ∈ 𝑢 ↔ ∀ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑣 ∩ 𝑤 ) ∈ 𝑈 ) )
18		eleq2	⊢ ( 𝑢 = 𝑈 → ( ◡ 𝑣 ∈ 𝑢 ↔ ◡ 𝑣 ∈ 𝑈 ) )
19		rexeq	⊢ ( 𝑢 = 𝑈 → ( ∃ 𝑤 ∈ 𝑢 ( 𝑤 ∘ 𝑤 ) ⊆ 𝑣 ↔ ∃ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑤 ∘ 𝑤 ) ⊆ 𝑣 ) )
20	18 19	3anbi23d	⊢ ( 𝑢 = 𝑈 → ( ( ( I ↾ 𝑋 ) ⊆ 𝑣 ∧ ◡ 𝑣 ∈ 𝑢 ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝑢 ( 𝑤 ∘ 𝑤 ) ⊆ 𝑣 ) ↔ ( ( I ↾ 𝑋 ) ⊆ 𝑣 ∧ ◡ 𝑣 ∈ 𝑈 ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑤 ∘ 𝑤 ) ⊆ 𝑣 ) ) )
21	15 17 20	3anbi123d	⊢ ( 𝑢 = 𝑈 → ( ( ∀ 𝑤 ∈ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ( 𝑣 ⊆ 𝑤 → 𝑤 ∈ 𝑢 ) ∧ ∀ 𝑤 ∈ 𝑢 ( 𝑣 ∩ 𝑤 ) ∈ 𝑢 ∧ ( ( I ↾ 𝑋 ) ⊆ 𝑣 ∧ ◡ 𝑣 ∈ 𝑢 ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝑢 ( 𝑤 ∘ 𝑤 ) ⊆ 𝑣 ) ) ↔ ( ∀ 𝑤 ∈ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ( 𝑣 ⊆ 𝑤 → 𝑤 ∈ 𝑈 ) ∧ ∀ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑣 ∩ 𝑤 ) ∈ 𝑈 ∧ ( ( I ↾ 𝑋 ) ⊆ 𝑣 ∧ ◡ 𝑣 ∈ 𝑈 ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑤 ∘ 𝑤 ) ⊆ 𝑣 ) ) ) )
22	21	raleqbi1dv	⊢ ( 𝑢 = 𝑈 → ( ∀ 𝑣 ∈ 𝑢 ( ∀ 𝑤 ∈ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ( 𝑣 ⊆ 𝑤 → 𝑤 ∈ 𝑢 ) ∧ ∀ 𝑤 ∈ 𝑢 ( 𝑣 ∩ 𝑤 ) ∈ 𝑢 ∧ ( ( I ↾ 𝑋 ) ⊆ 𝑣 ∧ ◡ 𝑣 ∈ 𝑢 ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝑢 ( 𝑤 ∘ 𝑤 ) ⊆ 𝑣 ) ) ↔ ∀ 𝑣 ∈ 𝑈 ( ∀ 𝑤 ∈ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ( 𝑣 ⊆ 𝑤 → 𝑤 ∈ 𝑈 ) ∧ ∀ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑣 ∩ 𝑤 ) ∈ 𝑈 ∧ ( ( I ↾ 𝑋 ) ⊆ 𝑣 ∧ ◡ 𝑣 ∈ 𝑈 ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑤 ∘ 𝑤 ) ⊆ 𝑣 ) ) ) )
23	11 12 22	3anbi123d	⊢ ( 𝑢 = 𝑈 → ( ( 𝑢 ⊆ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ∧ ( 𝑋 × 𝑋 ) ∈ 𝑢 ∧ ∀ 𝑣 ∈ 𝑢 ( ∀ 𝑤 ∈ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ( 𝑣 ⊆ 𝑤 → 𝑤 ∈ 𝑢 ) ∧ ∀ 𝑤 ∈ 𝑢 ( 𝑣 ∩ 𝑤 ) ∈ 𝑢 ∧ ( ( I ↾ 𝑋 ) ⊆ 𝑣 ∧ ◡ 𝑣 ∈ 𝑢 ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝑢 ( 𝑤 ∘ 𝑤 ) ⊆ 𝑣 ) ) ) ↔ ( 𝑈 ⊆ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ∧ ( 𝑋 × 𝑋 ) ∈ 𝑈 ∧ ∀ 𝑣 ∈ 𝑈 ( ∀ 𝑤 ∈ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ( 𝑣 ⊆ 𝑤 → 𝑤 ∈ 𝑈 ) ∧ ∀ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑣 ∩ 𝑤 ) ∈ 𝑈 ∧ ( ( I ↾ 𝑋 ) ⊆ 𝑣 ∧ ◡ 𝑣 ∈ 𝑈 ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑤 ∘ 𝑤 ) ⊆ 𝑣 ) ) ) ) )
24	23	elab3g	⊢ ( ( ( 𝑈 ⊆ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ∧ ( 𝑋 × 𝑋 ) ∈ 𝑈 ∧ ∀ 𝑣 ∈ 𝑈 ( ∀ 𝑤 ∈ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ( 𝑣 ⊆ 𝑤 → 𝑤 ∈ 𝑈 ) ∧ ∀ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑣 ∩ 𝑤 ) ∈ 𝑈 ∧ ( ( I ↾ 𝑋 ) ⊆ 𝑣 ∧ ◡ 𝑣 ∈ 𝑈 ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑤 ∘ 𝑤 ) ⊆ 𝑣 ) ) ) → 𝑈 ∈ V ) → ( 𝑈 ∈ { 𝑢 ∣ ( 𝑢 ⊆ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ∧ ( 𝑋 × 𝑋 ) ∈ 𝑢 ∧ ∀ 𝑣 ∈ 𝑢 ( ∀ 𝑤 ∈ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ( 𝑣 ⊆ 𝑤 → 𝑤 ∈ 𝑢 ) ∧ ∀ 𝑤 ∈ 𝑢 ( 𝑣 ∩ 𝑤 ) ∈ 𝑢 ∧ ( ( I ↾ 𝑋 ) ⊆ 𝑣 ∧ ◡ 𝑣 ∈ 𝑢 ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝑢 ( 𝑤 ∘ 𝑤 ) ⊆ 𝑣 ) ) ) } ↔ ( 𝑈 ⊆ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ∧ ( 𝑋 × 𝑋 ) ∈ 𝑈 ∧ ∀ 𝑣 ∈ 𝑈 ( ∀ 𝑤 ∈ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ( 𝑣 ⊆ 𝑤 → 𝑤 ∈ 𝑈 ) ∧ ∀ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑣 ∩ 𝑤 ) ∈ 𝑈 ∧ ( ( I ↾ 𝑋 ) ⊆ 𝑣 ∧ ◡ 𝑣 ∈ 𝑈 ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑤 ∘ 𝑤 ) ⊆ 𝑣 ) ) ) ) )
25	10 24	syl	⊢ ( 𝑋 ∈ 𝑉 → ( 𝑈 ∈ { 𝑢 ∣ ( 𝑢 ⊆ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ∧ ( 𝑋 × 𝑋 ) ∈ 𝑢 ∧ ∀ 𝑣 ∈ 𝑢 ( ∀ 𝑤 ∈ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ( 𝑣 ⊆ 𝑤 → 𝑤 ∈ 𝑢 ) ∧ ∀ 𝑤 ∈ 𝑢 ( 𝑣 ∩ 𝑤 ) ∈ 𝑢 ∧ ( ( I ↾ 𝑋 ) ⊆ 𝑣 ∧ ◡ 𝑣 ∈ 𝑢 ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝑢 ( 𝑤 ∘ 𝑤 ) ⊆ 𝑣 ) ) ) } ↔ ( 𝑈 ⊆ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ∧ ( 𝑋 × 𝑋 ) ∈ 𝑈 ∧ ∀ 𝑣 ∈ 𝑈 ( ∀ 𝑤 ∈ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ( 𝑣 ⊆ 𝑤 → 𝑤 ∈ 𝑈 ) ∧ ∀ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑣 ∩ 𝑤 ) ∈ 𝑈 ∧ ( ( I ↾ 𝑋 ) ⊆ 𝑣 ∧ ◡ 𝑣 ∈ 𝑈 ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑤 ∘ 𝑤 ) ⊆ 𝑣 ) ) ) ) )
26	2 25	bitrd	⊢ ( 𝑋 ∈ 𝑉 → ( 𝑈 ∈ ( UnifOn ‘ 𝑋 ) ↔ ( 𝑈 ⊆ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ∧ ( 𝑋 × 𝑋 ) ∈ 𝑈 ∧ ∀ 𝑣 ∈ 𝑈 ( ∀ 𝑤 ∈ 𝒫 ( 𝑋 × 𝑋 ) ( 𝑣 ⊆ 𝑤 → 𝑤 ∈ 𝑈 ) ∧ ∀ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑣 ∩ 𝑤 ) ∈ 𝑈 ∧ ( ( I ↾ 𝑋 ) ⊆ 𝑣 ∧ ◡ 𝑣 ∈ 𝑈 ∧ ∃ 𝑤 ∈ 𝑈 ( 𝑤 ∘ 𝑤 ) ⊆ 𝑣 ) ) ) ) )