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Theorem kmlem1

Description: Lemma for 5-quantifier AC of Kurt Maes, Th. 4, 1 => 2. (Contributed by NM, 5-Apr-2004)

Ref Expression
Assertion kmlem1 ( ∀ 𝑥 ( ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 ∀ 𝑤 ∈ 𝑥 𝜑 ) → ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 𝜓 ) → ∀ 𝑥 ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 ∀ 𝑤 ∈ 𝑥 𝜑 → ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 ( 𝑧 ≠ ∅ → 𝜓 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 vex ⊢ 𝑣 ∈ V
2 1 rabex ⊢ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } ∈ V
3 raleq ⊢ ( 𝑥 = { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } → ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 𝑧 ≠ ∅ ↔ ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝑧 ≠ ∅ ) )
4 raleq ⊢ ( 𝑥 = { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } → ( ∀ 𝑤 ∈ 𝑥 𝜑 ↔ ∀ 𝑤 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝜑 ) )
5 4 raleqbi1dv ⊢ ( 𝑥 = { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } → ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 ∀ 𝑤 ∈ 𝑥 𝜑 ↔ ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } ∀ 𝑤 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝜑 ) )
6 3 5 anbi12d ⊢ ( 𝑥 = { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } → ( ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 ∀ 𝑤 ∈ 𝑥 𝜑 ) ↔ ( ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } ∀ 𝑤 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝜑 ) ) )
7 raleq ⊢ ( 𝑥 = { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } → ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 𝜓 ↔ ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝜓 ) )
8 7 exbidv ⊢ ( 𝑥 = { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } → ( ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 𝜓 ↔ ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝜓 ) )
9 6 8 imbi12d ⊢ ( 𝑥 = { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } → ( ( ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 ∀ 𝑤 ∈ 𝑥 𝜑 ) → ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 𝜓 ) ↔ ( ( ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } ∀ 𝑤 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝜑 ) → ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝜓 ) ) )
10 2 9 spcv ⊢ ( ∀ 𝑥 ( ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 ∀ 𝑤 ∈ 𝑥 𝜑 ) → ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 𝜓 ) → ( ( ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } ∀ 𝑤 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝜑 ) → ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝜓 ) )
11 10 alrimiv ⊢ ( ∀ 𝑥 ( ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 ∀ 𝑤 ∈ 𝑥 𝜑 ) → ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 𝜓 ) → ∀ 𝑣 ( ( ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } ∀ 𝑤 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝜑 ) → ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝜓 ) )
12 elrabi ⊢ ( 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } → 𝑧 ∈ 𝑣 )
13 elrabi ⊢ ( 𝑤 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } → 𝑤 ∈ 𝑣 )
14 13 imim1i ⊢ ( ( 𝑤 ∈ 𝑣 → 𝜑 ) → ( 𝑤 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } → 𝜑 ) )
15 14 ralimi2 ⊢ ( ∀ 𝑤 ∈ 𝑣 𝜑 → ∀ 𝑤 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝜑 )
16 12 15 imim12i ⊢ ( ( 𝑧 ∈ 𝑣 → ∀ 𝑤 ∈ 𝑣 𝜑 ) → ( 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } → ∀ 𝑤 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝜑 ) )
17 16 ralimi2 ⊢ ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑣 ∀ 𝑤 ∈ 𝑣 𝜑 → ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } ∀ 𝑤 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝜑 )
18 neeq1 ⊢ ( 𝑢 = 𝑧 → ( 𝑢 ≠ ∅ ↔ 𝑧 ≠ ∅ ) )
19 18 elrab ⊢ ( 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } ↔ ( 𝑧 ∈ 𝑣 ∧ 𝑧 ≠ ∅ ) )
20 19 simprbi ⊢ ( 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } → 𝑧 ≠ ∅ )
21 20 rgen ⊢ ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝑧 ≠ ∅
22 17 21 jctil ⊢ ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑣 ∀ 𝑤 ∈ 𝑣 𝜑 → ( ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } ∀ 𝑤 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝜑 ) )
23 19 biimpri ⊢ ( ( 𝑧 ∈ 𝑣 ∧ 𝑧 ≠ ∅ ) → 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } )
24 23 imim1i ⊢ ( ( 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } → 𝜓 ) → ( ( 𝑧 ∈ 𝑣 ∧ 𝑧 ≠ ∅ ) → 𝜓 ) )
25 24 expd ⊢ ( ( 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } → 𝜓 ) → ( 𝑧 ∈ 𝑣 → ( 𝑧 ≠ ∅ → 𝜓 ) ) )
26 25 ralimi2 ⊢ ( ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝜓 → ∀ 𝑧 ∈ 𝑣 ( 𝑧 ≠ ∅ → 𝜓 ) )
27 26 eximi ⊢ ( ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝜓 → ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ 𝑣 ( 𝑧 ≠ ∅ → 𝜓 ) )
28 22 27 imim12i ⊢ ( ( ( ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } ∀ 𝑤 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝜑 ) → ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ { 𝑢 ∈ 𝑣 ∣ 𝑢 ≠ ∅ } 𝜓 ) → ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑣 ∀ 𝑤 ∈ 𝑣 𝜑 → ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ 𝑣 ( 𝑧 ≠ ∅ → 𝜓 ) ) )
29 11 28 sylg ⊢ ( ∀ 𝑥 ( ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 ∀ 𝑤 ∈ 𝑥 𝜑 ) → ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 𝜓 ) → ∀ 𝑣 ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑣 ∀ 𝑤 ∈ 𝑣 𝜑 → ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ 𝑣 ( 𝑧 ≠ ∅ → 𝜓 ) ) )
30 raleq ⊢ ( 𝑣 = 𝑥 → ( ∀ 𝑤 ∈ 𝑣 𝜑 ↔ ∀ 𝑤 ∈ 𝑥 𝜑 ) )
31 30 raleqbi1dv ⊢ ( 𝑣 = 𝑥 → ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑣 ∀ 𝑤 ∈ 𝑣 𝜑 ↔ ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 ∀ 𝑤 ∈ 𝑥 𝜑 ) )
32 raleq ⊢ ( 𝑣 = 𝑥 → ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑣 ( 𝑧 ≠ ∅ → 𝜓 ) ↔ ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 ( 𝑧 ≠ ∅ → 𝜓 ) ) )
33 32 exbidv ⊢ ( 𝑣 = 𝑥 → ( ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ 𝑣 ( 𝑧 ≠ ∅ → 𝜓 ) ↔ ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 ( 𝑧 ≠ ∅ → 𝜓 ) ) )
34 31 33 imbi12d ⊢ ( 𝑣 = 𝑥 → ( ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑣 ∀ 𝑤 ∈ 𝑣 𝜑 → ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ 𝑣 ( 𝑧 ≠ ∅ → 𝜓 ) ) ↔ ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 ∀ 𝑤 ∈ 𝑥 𝜑 → ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 ( 𝑧 ≠ ∅ → 𝜓 ) ) ) )
35 34 cbvalvw ⊢ ( ∀ 𝑣 ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑣 ∀ 𝑤 ∈ 𝑣 𝜑 → ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ 𝑣 ( 𝑧 ≠ ∅ → 𝜓 ) ) ↔ ∀ 𝑥 ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 ∀ 𝑤 ∈ 𝑥 𝜑 → ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 ( 𝑧 ≠ ∅ → 𝜓 ) ) )
36 29 35 sylib ⊢ ( ∀ 𝑥 ( ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 𝑧 ≠ ∅ ∧ ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 ∀ 𝑤 ∈ 𝑥 𝜑 ) → ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 𝜓 ) → ∀ 𝑥 ( ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 ∀ 𝑤 ∈ 𝑥 𝜑 → ∃ 𝑦 ∀ 𝑧 ∈ 𝑥 ( 𝑧 ≠ ∅ → 𝜓 ) ) )