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Theorem mnuunid

Description: Minimal universes are closed under union. (Contributed by Rohan Ridenour, 13-Aug-2023)

Ref Expression
Hypotheses mnuunid.1 𝑀 = { 𝑘 ∣ ∀ 𝑙𝑘 ( 𝒫 𝑙𝑘 ∧ ∀ 𝑚𝑛𝑘 ( 𝒫 𝑙𝑛 ∧ ∀ 𝑝𝑙 ( ∃ 𝑞𝑘 ( 𝑝𝑞𝑞𝑚 ) → ∃ 𝑟𝑚 ( 𝑝𝑟 𝑟𝑛 ) ) ) ) }
mnuunid.2 ( 𝜑𝑈𝑀 )
mnuunid.3 ( 𝜑𝐴𝑈 )
Assertion mnuunid ( 𝜑 𝐴𝑈 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mnuunid.1 𝑀 = { 𝑘 ∣ ∀ 𝑙𝑘 ( 𝒫 𝑙𝑘 ∧ ∀ 𝑚𝑛𝑘 ( 𝒫 𝑙𝑛 ∧ ∀ 𝑝𝑙 ( ∃ 𝑞𝑘 ( 𝑝𝑞𝑞𝑚 ) → ∃ 𝑟𝑚 ( 𝑝𝑟 𝑟𝑛 ) ) ) ) }
2 mnuunid.2 ( 𝜑𝑈𝑀 )
3 mnuunid.3 ( 𝜑𝐴𝑈 )
4 3 snssd ( 𝜑 → { 𝐴 } ⊆ 𝑈 )
5 1 2 3 4 mnuop3d ( 𝜑 → ∃ 𝑤𝑈𝑖𝐴 ( ∃ 𝑣 ∈ { 𝐴 } 𝑖𝑣 → ∃ 𝑢 ∈ { 𝐴 } ( 𝑖𝑢 𝑢𝑤 ) ) )
6 simprl ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑤𝑈 ∧ ∀ 𝑖𝐴 ( ∃ 𝑣 ∈ { 𝐴 } 𝑖𝑣 → ∃ 𝑢 ∈ { 𝐴 } ( 𝑖𝑢 𝑢𝑤 ) ) ) ) → 𝑤𝑈 )
7 sseq2 ( 𝑎 = 𝑤 → ( 𝐴𝑎 𝐴𝑤 ) )
8 7 adantl ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑤𝑈 ∧ ∀ 𝑖𝐴 ( ∃ 𝑣 ∈ { 𝐴 } 𝑖𝑣 → ∃ 𝑢 ∈ { 𝐴 } ( 𝑖𝑢 𝑢𝑤 ) ) ) ) ∧ 𝑎 = 𝑤 ) → ( 𝐴𝑎 𝐴𝑤 ) )
9 elssuni ( 𝑖𝐴𝑖 𝐴 )
10 9 rgen 𝑖𝐴 𝑖 𝐴
11 simprr ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑤𝑈 ∧ ∀ 𝑖𝐴 ( ∃ 𝑣 ∈ { 𝐴 } 𝑖𝑣 → ∃ 𝑢 ∈ { 𝐴 } ( 𝑖𝑢 𝑢𝑤 ) ) ) ) → ∀ 𝑖𝐴 ( ∃ 𝑣 ∈ { 𝐴 } 𝑖𝑣 → ∃ 𝑢 ∈ { 𝐴 } ( 𝑖𝑢 𝑢𝑤 ) ) )
12 eleq2 ( 𝑣 = 𝐴 → ( 𝑖𝑣𝑖𝐴 ) )
13 12 rexsng ( 𝐴𝑈 → ( ∃ 𝑣 ∈ { 𝐴 } 𝑖𝑣𝑖𝐴 ) )
14 3 13 syl ( 𝜑 → ( ∃ 𝑣 ∈ { 𝐴 } 𝑖𝑣𝑖𝐴 ) )
15 eleq2 ( 𝑢 = 𝐴 → ( 𝑖𝑢𝑖𝐴 ) )
16 unieq ( 𝑢 = 𝐴 𝑢 = 𝐴 )
17 16 sseq1d ( 𝑢 = 𝐴 → ( 𝑢𝑤 𝐴𝑤 ) )
18 15 17 anbi12d ( 𝑢 = 𝐴 → ( ( 𝑖𝑢 𝑢𝑤 ) ↔ ( 𝑖𝐴 𝐴𝑤 ) ) )
19 18 rexsng ( 𝐴𝑈 → ( ∃ 𝑢 ∈ { 𝐴 } ( 𝑖𝑢 𝑢𝑤 ) ↔ ( 𝑖𝐴 𝐴𝑤 ) ) )
20 3 19 syl ( 𝜑 → ( ∃ 𝑢 ∈ { 𝐴 } ( 𝑖𝑢 𝑢𝑤 ) ↔ ( 𝑖𝐴 𝐴𝑤 ) ) )
21 14 20 imbi12d ( 𝜑 → ( ( ∃ 𝑣 ∈ { 𝐴 } 𝑖𝑣 → ∃ 𝑢 ∈ { 𝐴 } ( 𝑖𝑢 𝑢𝑤 ) ) ↔ ( 𝑖𝐴 → ( 𝑖𝐴 𝐴𝑤 ) ) ) )
22 anclb ( ( 𝑖𝐴 𝐴𝑤 ) ↔ ( 𝑖𝐴 → ( 𝑖𝐴 𝐴𝑤 ) ) )
23 21 22 bitr4di ( 𝜑 → ( ( ∃ 𝑣 ∈ { 𝐴 } 𝑖𝑣 → ∃ 𝑢 ∈ { 𝐴 } ( 𝑖𝑢 𝑢𝑤 ) ) ↔ ( 𝑖𝐴 𝐴𝑤 ) ) )
24 23 imbi2d ( 𝜑 → ( ( 𝑖𝐴 → ( ∃ 𝑣 ∈ { 𝐴 } 𝑖𝑣 → ∃ 𝑢 ∈ { 𝐴 } ( 𝑖𝑢 𝑢𝑤 ) ) ) ↔ ( 𝑖𝐴 → ( 𝑖𝐴 𝐴𝑤 ) ) ) )
25 pm5.4 ( ( 𝑖𝐴 → ( 𝑖𝐴 𝐴𝑤 ) ) ↔ ( 𝑖𝐴 𝐴𝑤 ) )
26 24 25 bitrdi ( 𝜑 → ( ( 𝑖𝐴 → ( ∃ 𝑣 ∈ { 𝐴 } 𝑖𝑣 → ∃ 𝑢 ∈ { 𝐴 } ( 𝑖𝑢 𝑢𝑤 ) ) ) ↔ ( 𝑖𝐴 𝐴𝑤 ) ) )
27 26 ralbidv2 ( 𝜑 → ( ∀ 𝑖𝐴 ( ∃ 𝑣 ∈ { 𝐴 } 𝑖𝑣 → ∃ 𝑢 ∈ { 𝐴 } ( 𝑖𝑢 𝑢𝑤 ) ) ↔ ∀ 𝑖𝐴 𝐴𝑤 ) )
28 27 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑤𝑈 ∧ ∀ 𝑖𝐴 ( ∃ 𝑣 ∈ { 𝐴 } 𝑖𝑣 → ∃ 𝑢 ∈ { 𝐴 } ( 𝑖𝑢 𝑢𝑤 ) ) ) ) → ( ∀ 𝑖𝐴 ( ∃ 𝑣 ∈ { 𝐴 } 𝑖𝑣 → ∃ 𝑢 ∈ { 𝐴 } ( 𝑖𝑢 𝑢𝑤 ) ) ↔ ∀ 𝑖𝐴 𝐴𝑤 ) )
29 11 28 mpbid ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑤𝑈 ∧ ∀ 𝑖𝐴 ( ∃ 𝑣 ∈ { 𝐴 } 𝑖𝑣 → ∃ 𝑢 ∈ { 𝐴 } ( 𝑖𝑢 𝑢𝑤 ) ) ) ) → ∀ 𝑖𝐴 𝐴𝑤 )
30 sstr2 ( 𝑖 𝐴 → ( 𝐴𝑤𝑖𝑤 ) )
31 30 ral2imi ( ∀ 𝑖𝐴 𝑖 𝐴 → ( ∀ 𝑖𝐴 𝐴𝑤 → ∀ 𝑖𝐴 𝑖𝑤 ) )
32 10 29 31 mpsyl ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑤𝑈 ∧ ∀ 𝑖𝐴 ( ∃ 𝑣 ∈ { 𝐴 } 𝑖𝑣 → ∃ 𝑢 ∈ { 𝐴 } ( 𝑖𝑢 𝑢𝑤 ) ) ) ) → ∀ 𝑖𝐴 𝑖𝑤 )
33 unissb ( 𝐴𝑤 ↔ ∀ 𝑖𝐴 𝑖𝑤 )
34 32 33 sylibr ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑤𝑈 ∧ ∀ 𝑖𝐴 ( ∃ 𝑣 ∈ { 𝐴 } 𝑖𝑣 → ∃ 𝑢 ∈ { 𝐴 } ( 𝑖𝑢 𝑢𝑤 ) ) ) ) → 𝐴𝑤 )
35 6 8 34 rspcedvd ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑤𝑈 ∧ ∀ 𝑖𝐴 ( ∃ 𝑣 ∈ { 𝐴 } 𝑖𝑣 → ∃ 𝑢 ∈ { 𝐴 } ( 𝑖𝑢 𝑢𝑤 ) ) ) ) → ∃ 𝑎𝑈 𝐴𝑎 )
36 5 35 rexlimddv ( 𝜑 → ∃ 𝑎𝑈 𝐴𝑎 )
37 1 2 36 mnuss2d ( 𝜑 𝐴𝑈 )