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Theorem supisoex

Description: Lemma for supiso . (Contributed by Mario Carneiro, 24-Dec-2016)

Ref Expression
Hypotheses supiso.1 ( 𝜑𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) )
supiso.2 ( 𝜑𝐶𝐴 )
supisoex.3 ( 𝜑 → ∃ 𝑥𝐴 ( ∀ 𝑦𝐶 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧𝐶 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) )
Assertion supisoex ( 𝜑 → ∃ 𝑢𝐵 ( ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ 𝑢 𝑆 𝑤 ∧ ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 𝑢 → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 supiso.1 ( 𝜑𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) )
2 supiso.2 ( 𝜑𝐶𝐴 )
3 supisoex.3 ( 𝜑 → ∃ 𝑥𝐴 ( ∀ 𝑦𝐶 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧𝐶 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) )
4 simpl ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) → 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) )
5 simpr ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) → 𝐶𝐴 )
6 4 5 supisolem ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝑥𝐴 ) → ( ( ∀ 𝑦𝐶 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧𝐶 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) ↔ ( ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ ( 𝐹𝑥 ) 𝑆 𝑤 ∧ ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 ( 𝐹𝑥 ) → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) ) )
7 isof1o ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) → 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵 )
8 f1of ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐹 : 𝐴𝐵 )
9 4 7 8 3syl ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) → 𝐹 : 𝐴𝐵 )
10 9 ffvelrnda ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝑥𝐴 ) → ( 𝐹𝑥 ) ∈ 𝐵 )
11 breq1 ( 𝑢 = ( 𝐹𝑥 ) → ( 𝑢 𝑆 𝑤 ↔ ( 𝐹𝑥 ) 𝑆 𝑤 ) )
12 11 notbid ( 𝑢 = ( 𝐹𝑥 ) → ( ¬ 𝑢 𝑆 𝑤 ↔ ¬ ( 𝐹𝑥 ) 𝑆 𝑤 ) )
13 12 ralbidv ( 𝑢 = ( 𝐹𝑥 ) → ( ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ 𝑢 𝑆 𝑤 ↔ ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ ( 𝐹𝑥 ) 𝑆 𝑤 ) )
14 breq2 ( 𝑢 = ( 𝐹𝑥 ) → ( 𝑤 𝑆 𝑢𝑤 𝑆 ( 𝐹𝑥 ) ) )
15 14 imbi1d ( 𝑢 = ( 𝐹𝑥 ) → ( ( 𝑤 𝑆 𝑢 → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ↔ ( 𝑤 𝑆 ( 𝐹𝑥 ) → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) )
16 15 ralbidv ( 𝑢 = ( 𝐹𝑥 ) → ( ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 𝑢 → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ↔ ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 ( 𝐹𝑥 ) → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) )
17 13 16 anbi12d ( 𝑢 = ( 𝐹𝑥 ) → ( ( ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ 𝑢 𝑆 𝑤 ∧ ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 𝑢 → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) ↔ ( ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ ( 𝐹𝑥 ) 𝑆 𝑤 ∧ ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 ( 𝐹𝑥 ) → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) ) )
18 17 rspcev ( ( ( 𝐹𝑥 ) ∈ 𝐵 ∧ ( ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ ( 𝐹𝑥 ) 𝑆 𝑤 ∧ ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 ( 𝐹𝑥 ) → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) ) → ∃ 𝑢𝐵 ( ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ 𝑢 𝑆 𝑤 ∧ ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 𝑢 → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) )
19 18 ex ( ( 𝐹𝑥 ) ∈ 𝐵 → ( ( ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ ( 𝐹𝑥 ) 𝑆 𝑤 ∧ ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 ( 𝐹𝑥 ) → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) → ∃ 𝑢𝐵 ( ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ 𝑢 𝑆 𝑤 ∧ ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 𝑢 → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) ) )
20 10 19 syl ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝑥𝐴 ) → ( ( ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ ( 𝐹𝑥 ) 𝑆 𝑤 ∧ ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 ( 𝐹𝑥 ) → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) → ∃ 𝑢𝐵 ( ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ 𝑢 𝑆 𝑤 ∧ ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 𝑢 → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) ) )
21 6 20 sylbid ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝑥𝐴 ) → ( ( ∀ 𝑦𝐶 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧𝐶 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) → ∃ 𝑢𝐵 ( ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ 𝑢 𝑆 𝑤 ∧ ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 𝑢 → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) ) )
22 21 rexlimdva ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) → ( ∃ 𝑥𝐴 ( ∀ 𝑦𝐶 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧𝐶 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) → ∃ 𝑢𝐵 ( ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ 𝑢 𝑆 𝑤 ∧ ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 𝑢 → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) ) )
23 1 2 22 syl2anc ( 𝜑 → ( ∃ 𝑥𝐴 ( ∀ 𝑦𝐶 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧𝐶 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) → ∃ 𝑢𝐵 ( ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ 𝑢 𝑆 𝑤 ∧ ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 𝑢 → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) ) )
24 3 23 mpd ( 𝜑 → ∃ 𝑢𝐵 ( ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ 𝑢 𝑆 𝑤 ∧ ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 𝑢 → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) )