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Theorem eliuniin2

Description: Indexed union of indexed intersections. See eliincex for a counterexample showing that the precondition C =/= (/) cannot be simply dropped. (Contributed by Glauco Siliprandi, 26-Jun-2021)

Ref Expression
Hypotheses eliuniin2.1 ⊢ Ⅎ _ x C
eliuniin2.2 ⊢ A = ⋃ x ∈ B ⋂ y ∈ C D
Assertion eliuniin2 ⊢ C ≠ ∅ → Z ∈ A ↔ ∃ x ∈ B ∀ y ∈ C Z ∈ D

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 eliuniin2.1 ⊢ Ⅎ _ x C
2 eliuniin2.2 ⊢ A = ⋃ x ∈ B ⋂ y ∈ C D
3 2 eleq2i ⊢ Z ∈ A ↔ Z ∈ ⋃ x ∈ B ⋂ y ∈ C D
4 eliun ⊢ Z ∈ ⋃ x ∈ B ⋂ y ∈ C D ↔ ∃ x ∈ B Z ∈ ⋂ y ∈ C D
5 3 4 sylbb ⊢ Z ∈ A → ∃ x ∈ B Z ∈ ⋂ y ∈ C D
6 eliin ⊢ Z ∈ ⋂ y ∈ C D → Z ∈ ⋂ y ∈ C D ↔ ∀ y ∈ C Z ∈ D
7 6 ibi ⊢ Z ∈ ⋂ y ∈ C D → ∀ y ∈ C Z ∈ D
8 7 a1i ⊢ Z ∈ A → Z ∈ ⋂ y ∈ C D → ∀ y ∈ C Z ∈ D
9 8 reximdv ⊢ Z ∈ A → ∃ x ∈ B Z ∈ ⋂ y ∈ C D → ∃ x ∈ B ∀ y ∈ C Z ∈ D
10 5 9 mpd ⊢ Z ∈ A → ∃ x ∈ B ∀ y ∈ C Z ∈ D
11 nfcv ⊢ Ⅎ _ x ∅
12 1 11 nfne ⊢ Ⅎ x C ≠ ∅
13 nfv ⊢ Ⅎ x Z ∈ A
14 simp2 ⊢ C ≠ ∅ ∧ x ∈ B ∧ ∀ y ∈ C Z ∈ D → x ∈ B
15 eliin2 ⊢ C ≠ ∅ → Z ∈ ⋂ y ∈ C D ↔ ∀ y ∈ C Z ∈ D
16 15 biimpar ⊢ C ≠ ∅ ∧ ∀ y ∈ C Z ∈ D → Z ∈ ⋂ y ∈ C D
17 rspe ⊢ x ∈ B ∧ Z ∈ ⋂ y ∈ C D → ∃ x ∈ B Z ∈ ⋂ y ∈ C D
18 14 16 17 3imp3i2an ⊢ C ≠ ∅ ∧ x ∈ B ∧ ∀ y ∈ C Z ∈ D → ∃ x ∈ B Z ∈ ⋂ y ∈ C D
19 18 4 sylibr ⊢ C ≠ ∅ ∧ x ∈ B ∧ ∀ y ∈ C Z ∈ D → Z ∈ ⋃ x ∈ B ⋂ y ∈ C D
20 19 3 sylibr ⊢ C ≠ ∅ ∧ x ∈ B ∧ ∀ y ∈ C Z ∈ D → Z ∈ A
21 20 3exp ⊢ C ≠ ∅ → x ∈ B → ∀ y ∈ C Z ∈ D → Z ∈ A
22 12 13 21 rexlimd ⊢ C ≠ ∅ → ∃ x ∈ B ∀ y ∈ C Z ∈ D → Z ∈ A
23 10 22 impbid2 ⊢ C ≠ ∅ → Z ∈ A ↔ ∃ x ∈ B ∀ y ∈ C Z ∈ D