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Theorem weiunlem1

Description: Lemma for weiunpo , weiunso , weiunfr , and weiunse . (Contributed by Matthew House, 23-Aug-2025)

Ref Expression
Hypothesis weiunlem1.1 𝐹 = ( 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 ↦ ( 𝑢 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 ) )
Assertion weiunlem1 ( ( 𝑅 We 𝐴𝑅 Se 𝐴 ) → ( 𝐹 : 𝑥𝐴 𝐵𝐴 ∧ ∀ 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 𝑤 ( 𝐹𝑤 ) / 𝑥 𝐵 ∧ ∀ 𝑤 𝑥𝐴 𝐵𝑣𝐴 ( 𝑤 𝑣 / 𝑥 𝐵 → ¬ 𝑣 𝑅 ( 𝐹𝑤 ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 weiunlem1.1 𝐹 = ( 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 ↦ ( 𝑢 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 ) )
2 ssrab2 { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ⊆ 𝐴
3 eliun ( 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 ↔ ∃ 𝑥𝐴 𝑤𝐵 )
4 rabn0 ( { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ≠ ∅ ↔ ∃ 𝑥𝐴 𝑤𝐵 )
5 3 4 sylbb2 ( 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 → { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ≠ ∅ )
6 wereu2 ( ( ( 𝑅 We 𝐴𝑅 Se 𝐴 ) ∧ ( { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ⊆ 𝐴 ∧ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ≠ ∅ ) ) → ∃! 𝑢 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 )
7 2 6 mpanr1 ( ( ( 𝑅 We 𝐴𝑅 Se 𝐴 ) ∧ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ≠ ∅ ) → ∃! 𝑢 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 )
8 5 7 sylan2 ( ( ( 𝑅 We 𝐴𝑅 Se 𝐴 ) ∧ 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 ) → ∃! 𝑢 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 )
9 riotacl ( ∃! 𝑢 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 → ( 𝑢 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 ) ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } )
10 8 9 syl ( ( ( 𝑅 We 𝐴𝑅 Se 𝐴 ) ∧ 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 ) → ( 𝑢 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 ) ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } )
11 2 10 sselid ( ( ( 𝑅 We 𝐴𝑅 Se 𝐴 ) ∧ 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 ) → ( 𝑢 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 ) ∈ 𝐴 )
12 11 1 fmptd ( ( 𝑅 We 𝐴𝑅 Se 𝐴 ) → 𝐹 : 𝑥𝐴 𝐵𝐴 )
13 simpr ( ( ( 𝑅 We 𝐴𝑅 Se 𝐴 ) ∧ 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 ) → 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 )
14 1 fvmpt2 ( ( 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 ∧ ( 𝑢 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 ) ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ) → ( 𝐹𝑤 ) = ( 𝑢 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 ) )
15 13 10 14 syl2anc ( ( ( 𝑅 We 𝐴𝑅 Se 𝐴 ) ∧ 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 ) → ( 𝐹𝑤 ) = ( 𝑢 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 ) )
16 15 10 eqeltrd ( ( ( 𝑅 We 𝐴𝑅 Se 𝐴 ) ∧ 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 ) → ( 𝐹𝑤 ) ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } )
17 nfcv 𝑥 𝐴
18 17 elrabsf ( ( 𝐹𝑤 ) ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ↔ ( ( 𝐹𝑤 ) ∈ 𝐴[ ( 𝐹𝑤 ) / 𝑥 ] 𝑤𝐵 ) )
19 16 18 sylib ( ( ( 𝑅 We 𝐴𝑅 Se 𝐴 ) ∧ 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 ) → ( ( 𝐹𝑤 ) ∈ 𝐴[ ( 𝐹𝑤 ) / 𝑥 ] 𝑤𝐵 ) )
20 19 simprd ( ( ( 𝑅 We 𝐴𝑅 Se 𝐴 ) ∧ 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 ) → [ ( 𝐹𝑤 ) / 𝑥 ] 𝑤𝐵 )
21 sbcel2 ( [ ( 𝐹𝑤 ) / 𝑥 ] 𝑤𝐵𝑤 ( 𝐹𝑤 ) / 𝑥 𝐵 )
22 20 21 sylib ( ( ( 𝑅 We 𝐴𝑅 Se 𝐴 ) ∧ 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 ) → 𝑤 ( 𝐹𝑤 ) / 𝑥 𝐵 )
23 22 ralrimiva ( ( 𝑅 We 𝐴𝑅 Se 𝐴 ) → ∀ 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 𝑤 ( 𝐹𝑤 ) / 𝑥 𝐵 )
24 15 eqcomd ( ( ( 𝑅 We 𝐴𝑅 Se 𝐴 ) ∧ 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 ) → ( 𝑢 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 ) = ( 𝐹𝑤 ) )
25 nfcv 𝑢 𝑥𝐴 𝐵
26 nfriota1 𝑢 ( 𝑢 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 )
27 25 26 nfmpt 𝑢 ( 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 ↦ ( 𝑢 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 ) )
28 1 27 nfcxfr 𝑢 𝐹
29 nfcv 𝑢 𝑤
30 28 29 nffv 𝑢 ( 𝐹𝑤 )
31 nfcv 𝑢 { 𝑥𝐴𝑤𝐵 }
32 nfcv 𝑢 𝑣
33 nfcv 𝑢 𝑅
34 32 33 30 nfbr 𝑢 𝑣 𝑅 ( 𝐹𝑤 )
35 34 nfn 𝑢 ¬ 𝑣 𝑅 ( 𝐹𝑤 )
36 31 35 nfralw 𝑢𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 ( 𝐹𝑤 )
37 nfcv 𝑣 𝑥𝐴 𝐵
38 nfra1 𝑣𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢
39 nfcv 𝑣 { 𝑥𝐴𝑤𝐵 }
40 38 39 nfriota 𝑣 ( 𝑢 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 )
41 37 40 nfmpt 𝑣 ( 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 ↦ ( 𝑢 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 ) )
42 1 41 nfcxfr 𝑣 𝐹
43 nfcv 𝑣 𝑤
44 42 43 nffv 𝑣 ( 𝐹𝑤 )
45 44 nfeq2 𝑣 𝑢 = ( 𝐹𝑤 )
46 breq2 ( 𝑢 = ( 𝐹𝑤 ) → ( 𝑣 𝑅 𝑢𝑣 𝑅 ( 𝐹𝑤 ) ) )
47 46 notbid ( 𝑢 = ( 𝐹𝑤 ) → ( ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 ↔ ¬ 𝑣 𝑅 ( 𝐹𝑤 ) ) )
48 45 47 ralbid ( 𝑢 = ( 𝐹𝑤 ) → ( ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 ↔ ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 ( 𝐹𝑤 ) ) )
49 30 36 48 riota2f ( ( ( 𝐹𝑤 ) ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ∧ ∃! 𝑢 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 ) → ( ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 ( 𝐹𝑤 ) ↔ ( 𝑢 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 ) = ( 𝐹𝑤 ) ) )
50 16 8 49 syl2anc ( ( ( 𝑅 We 𝐴𝑅 Se 𝐴 ) ∧ 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 ) → ( ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 ( 𝐹𝑤 ) ↔ ( 𝑢 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 𝑢 ) = ( 𝐹𝑤 ) ) )
51 24 50 mpbird ( ( ( 𝑅 We 𝐴𝑅 Se 𝐴 ) ∧ 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 ) → ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 ( 𝐹𝑤 ) )
52 17 elrabsf ( 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ↔ ( 𝑣𝐴[ 𝑣 / 𝑥 ] 𝑤𝐵 ) )
53 sbcel2 ( [ 𝑣 / 𝑥 ] 𝑤𝐵𝑤 𝑣 / 𝑥 𝐵 )
54 53 anbi2i ( ( 𝑣𝐴[ 𝑣 / 𝑥 ] 𝑤𝐵 ) ↔ ( 𝑣𝐴𝑤 𝑣 / 𝑥 𝐵 ) )
55 52 54 bitri ( 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ↔ ( 𝑣𝐴𝑤 𝑣 / 𝑥 𝐵 ) )
56 55 imbi1i ( ( 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } → ¬ 𝑣 𝑅 ( 𝐹𝑤 ) ) ↔ ( ( 𝑣𝐴𝑤 𝑣 / 𝑥 𝐵 ) → ¬ 𝑣 𝑅 ( 𝐹𝑤 ) ) )
57 impexp ( ( ( 𝑣𝐴𝑤 𝑣 / 𝑥 𝐵 ) → ¬ 𝑣 𝑅 ( 𝐹𝑤 ) ) ↔ ( 𝑣𝐴 → ( 𝑤 𝑣 / 𝑥 𝐵 → ¬ 𝑣 𝑅 ( 𝐹𝑤 ) ) ) )
58 56 57 bitri ( ( 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } → ¬ 𝑣 𝑅 ( 𝐹𝑤 ) ) ↔ ( 𝑣𝐴 → ( 𝑤 𝑣 / 𝑥 𝐵 → ¬ 𝑣 𝑅 ( 𝐹𝑤 ) ) ) )
59 58 ralbii2 ( ∀ 𝑣 ∈ { 𝑥𝐴𝑤𝐵 } ¬ 𝑣 𝑅 ( 𝐹𝑤 ) ↔ ∀ 𝑣𝐴 ( 𝑤 𝑣 / 𝑥 𝐵 → ¬ 𝑣 𝑅 ( 𝐹𝑤 ) ) )
60 51 59 sylib ( ( ( 𝑅 We 𝐴𝑅 Se 𝐴 ) ∧ 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 ) → ∀ 𝑣𝐴 ( 𝑤 𝑣 / 𝑥 𝐵 → ¬ 𝑣 𝑅 ( 𝐹𝑤 ) ) )
61 60 ralrimiva ( ( 𝑅 We 𝐴𝑅 Se 𝐴 ) → ∀ 𝑤 𝑥𝐴 𝐵𝑣𝐴 ( 𝑤 𝑣 / 𝑥 𝐵 → ¬ 𝑣 𝑅 ( 𝐹𝑤 ) ) )
62 12 23 61 3jca ( ( 𝑅 We 𝐴𝑅 Se 𝐴 ) → ( 𝐹 : 𝑥𝐴 𝐵𝐴 ∧ ∀ 𝑤 𝑥𝐴 𝐵 𝑤 ( 𝐹𝑤 ) / 𝑥 𝐵 ∧ ∀ 𝑤 𝑥𝐴 𝐵𝑣𝐴 ( 𝑤 𝑣 / 𝑥 𝐵 → ¬ 𝑣 𝑅 ( 𝐹𝑤 ) ) ) )