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Theorem cfinufil

Description: An ultrafilter is free iff it contains the Fréchet filter cfinfil as a subset. (Contributed by NM, 14-Jul-2008) (Revised by Stefan O'Rear, 2-Aug-2015)

Ref Expression
Assertion cfinufil F UFil X F = x 𝒫 X | X x Fin F

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 elpwi x 𝒫 X x X
2 ufilb F UFil X x X ¬ x F X x F
3 2 adantr F UFil X x X X x Fin ¬ x F X x F
4 ufilfil F UFil X F Fil X
5 4 adantr F UFil X x X F Fil X
6 filfinnfr F Fil X X x F X x Fin F
7 6 3exp F Fil X X x F X x Fin F
8 7 com23 F Fil X X x Fin X x F F
9 5 8 syl F UFil X x X X x Fin X x F F
10 9 imp F UFil X x X X x Fin X x F F
11 3 10 sylbid F UFil X x X X x Fin ¬ x F F
12 11 necon4bd F UFil X x X X x Fin F = x F
13 12 ex F UFil X x X X x Fin F = x F
14 13 com23 F UFil X x X F = X x Fin x F
15 1 14 sylan2 F UFil X x 𝒫 X F = X x Fin x F
16 15 ralrimdva F UFil X F = x 𝒫 X X x Fin x F
17 4 adantr F UFil X y F F Fil X
18 uffixsn F UFil X y F y F
19 filelss F Fil X y F y X
20 17 18 19 syl2anc F UFil X y F y X
21 dfss4 y X X X y = y
22 20 21 sylib F UFil X y F X X y = y
23 snfi y Fin
24 22 23 eqeltrdi F UFil X y F X X y Fin
25 difss X y X
26 filtop F Fil X X F
27 elpw2g X F X y 𝒫 X X y X
28 17 26 27 3syl F UFil X y F X y 𝒫 X X y X
29 25 28 mpbiri F UFil X y F X y 𝒫 X
30 difeq2 x = X y X x = X X y
31 30 eleq1d x = X y X x Fin X X y Fin
32 eleq1 x = X y x F X y F
33 31 32 imbi12d x = X y X x Fin x F X X y Fin X y F
34 33 rspcv X y 𝒫 X x 𝒫 X X x Fin x F X X y Fin X y F
35 29 34 syl F UFil X y F x 𝒫 X X x Fin x F X X y Fin X y F
36 24 35 mpid F UFil X y F x 𝒫 X X x Fin x F X y F
37 ufilb F UFil X y X ¬ y F X y F
38 20 37 syldan F UFil X y F ¬ y F X y F
39 18 pm2.24d F UFil X y F ¬ y F ¬ y F
40 38 39 sylbird F UFil X y F X y F ¬ y F
41 36 40 syld F UFil X y F x 𝒫 X X x Fin x F ¬ y F
42 41 impancom F UFil X x 𝒫 X X x Fin x F y F ¬ y F
43 42 pm2.01d F UFil X x 𝒫 X X x Fin x F ¬ y F
44 43 eq0rdv F UFil X x 𝒫 X X x Fin x F F =
45 44 ex F UFil X x 𝒫 X X x Fin x F F =
46 16 45 impbid F UFil X F = x 𝒫 X X x Fin x F
47 rabss x 𝒫 X | X x Fin F x 𝒫 X X x Fin x F
48 46 47 bitr4di F UFil X F = x 𝒫 X | X x Fin F