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Theorem foresf1o

Description: From a surjective function, *choose* a subset of the domain, such that the restricted function is bijective. (Contributed by Thierry Arnoux, 27-Jan-2020) Remove dependency on ax-reg and ax-inf2 . (Revised by Timothy J. O'Malley, 15-Oct-2026)

Ref Expression
Assertion foresf1o ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B → ∃ x ∈ 𝒫 A F ↾ x : x ⟶ 1-1 onto B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 focdmex ⊢ A ∈ V → F : A ⟶ onto B → B ∈ V
2 1 imp ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B → B ∈ V
3 simpl ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B → A ∈ V
4 foelrn ⊢ F : A ⟶ onto B ∧ y ∈ B → ∃ z ∈ A y = F ⁡ z
5 fofn ⊢ F : A ⟶ onto B → F Fn A
6 eqcom ⊢ F ⁡ z = y ↔ y = F ⁡ z
7 fniniseg ⊢ F Fn A → z ∈ F -1 y ↔ z ∈ A ∧ F ⁡ z = y
8 7 biimpar ⊢ F Fn A ∧ z ∈ A ∧ F ⁡ z = y → z ∈ F -1 y
9 8 anassrs ⊢ F Fn A ∧ z ∈ A ∧ F ⁡ z = y → z ∈ F -1 y
10 6 9 sylan2br ⊢ F Fn A ∧ z ∈ A ∧ y = F ⁡ z → z ∈ F -1 y
11 5 10 sylanl1 ⊢ F : A ⟶ onto B ∧ z ∈ A ∧ y = F ⁡ z → z ∈ F -1 y
12 11 ex ⊢ F : A ⟶ onto B ∧ z ∈ A → y = F ⁡ z → z ∈ F -1 y
13 12 reximdva ⊢ F : A ⟶ onto B → ∃ z ∈ A y = F ⁡ z → ∃ z ∈ A z ∈ F -1 y
14 13 adantr ⊢ F : A ⟶ onto B ∧ y ∈ B → ∃ z ∈ A y = F ⁡ z → ∃ z ∈ A z ∈ F -1 y
15 4 14 mpd ⊢ F : A ⟶ onto B ∧ y ∈ B → ∃ z ∈ A z ∈ F -1 y
16 15 adantll ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ y ∈ B → ∃ z ∈ A z ∈ F -1 y
17 16 ralrimiva ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B → ∀ y ∈ B ∃ z ∈ A z ∈ F -1 y
18 eleq1 ⊢ z = g ⁡ y → z ∈ F -1 y ↔ g ⁡ y ∈ F -1 y
19 18 ac6 ⊢ B ∈ V ∧ A ∈ V ∧ ∀ y ∈ B ∃ z ∈ A z ∈ F -1 y → ∃ g g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y
20 2 3 17 19 syl3anc ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B → ∃ g g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y
21 reseq2 ⊢ x = ran ⁡ g → F ↾ x = F ↾ ran ⁡ g
22 id ⊢ x = ran ⁡ g → x = ran ⁡ g
23 eqidd ⊢ x = ran ⁡ g → B = B
24 21 22 23 f1oeq123d ⊢ x = ran ⁡ g → F ↾ x : x ⟶ 1-1 onto B ↔ F ↾ ran ⁡ g : ran ⁡ g ⟶ 1-1 onto B
25 frn ⊢ g : B ⟶ A → ran ⁡ g ⊆ A
26 25 ad2antrl ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y → ran ⁡ g ⊆ A
27 vex ⊢ g ∈ V
28 27 rnex ⊢ ran ⁡ g ∈ V
29 28 elpw ⊢ ran ⁡ g ∈ 𝒫 A ↔ ran ⁡ g ⊆ A
30 26 29 sylibr ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y → ran ⁡ g ∈ 𝒫 A
31 fof ⊢ F : A ⟶ onto B → F : A ⟶ B
32 31 ad2antlr ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y → F : A ⟶ B
33 32 26 fssresd ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y → F ↾ ran ⁡ g : ran ⁡ g ⟶ B
34 ffn ⊢ g : B ⟶ A → g Fn B
35 34 ad2antrl ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y → g Fn B
36 dffn3 ⊢ g Fn B ↔ g : B ⟶ ran ⁡ g
37 35 36 sylib ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y → g : B ⟶ ran ⁡ g
38 fvres ⊢ z ∈ ran ⁡ g → F ↾ ran ⁡ g ⁡ z = F ⁡ z
39 38 adantl ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ z ∈ ran ⁡ g → F ↾ ran ⁡ g ⁡ z = F ⁡ z
40 39 fveq2d ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ z ∈ ran ⁡ g → g ⁡ F ↾ ran ⁡ g ⁡ z = g ⁡ F ⁡ z
41 nfv ⊢ Ⅎ y A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B
42 nfv ⊢ Ⅎ y g : B ⟶ A
43 nfra1 ⊢ Ⅎ y ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y
44 42 43 nfan ⊢ Ⅎ y g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y
45 41 44 nfan ⊢ Ⅎ y A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y
46 nfv ⊢ Ⅎ y z ∈ ran ⁡ g
47 45 46 nfan ⊢ Ⅎ y A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ z ∈ ran ⁡ g
48 simpr ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ z ∈ ran ⁡ g ∧ y ∈ B ∧ g ⁡ y = z → g ⁡ y = z
49 48 fveq2d ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ z ∈ ran ⁡ g ∧ y ∈ B ∧ g ⁡ y = z → F ⁡ g ⁡ y = F ⁡ z
50 5 ad5antlr ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ z ∈ ran ⁡ g ∧ y ∈ B ∧ g ⁡ y = z → F Fn A
51 simplrr ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ z ∈ ran ⁡ g → ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y
52 51 ad2antrr ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ z ∈ ran ⁡ g ∧ y ∈ B ∧ g ⁡ y = z → ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y
53 simplr ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ z ∈ ran ⁡ g ∧ y ∈ B ∧ g ⁡ y = z → y ∈ B
54 rspa ⊢ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ y ∈ B → g ⁡ y ∈ F -1 y
55 52 53 54 syl2anc ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ z ∈ ran ⁡ g ∧ y ∈ B ∧ g ⁡ y = z → g ⁡ y ∈ F -1 y
56 fniniseg ⊢ F Fn A → g ⁡ y ∈ F -1 y ↔ g ⁡ y ∈ A ∧ F ⁡ g ⁡ y = y
57 56 simplbda ⊢ F Fn A ∧ g ⁡ y ∈ F -1 y → F ⁡ g ⁡ y = y
58 50 55 57 syl2anc ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ z ∈ ran ⁡ g ∧ y ∈ B ∧ g ⁡ y = z → F ⁡ g ⁡ y = y
59 49 58 eqtr3d ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ z ∈ ran ⁡ g ∧ y ∈ B ∧ g ⁡ y = z → F ⁡ z = y
60 59 fveq2d ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ z ∈ ran ⁡ g ∧ y ∈ B ∧ g ⁡ y = z → g ⁡ F ⁡ z = g ⁡ y
61 60 48 eqtrd ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ z ∈ ran ⁡ g ∧ y ∈ B ∧ g ⁡ y = z → g ⁡ F ⁡ z = z
62 fvelrnb ⊢ g Fn B → z ∈ ran ⁡ g ↔ ∃ y ∈ B g ⁡ y = z
63 62 biimpa ⊢ g Fn B ∧ z ∈ ran ⁡ g → ∃ y ∈ B g ⁡ y = z
64 35 63 sylan ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ z ∈ ran ⁡ g → ∃ y ∈ B g ⁡ y = z
65 47 61 64 r19.29af ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ z ∈ ran ⁡ g → g ⁡ F ⁡ z = z
66 40 65 eqtrd ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ z ∈ ran ⁡ g → g ⁡ F ↾ ran ⁡ g ⁡ z = z
67 66 ralrimiva ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y → ∀ z ∈ ran ⁡ g g ⁡ F ↾ ran ⁡ g ⁡ z = z
68 37 ffvelcdmda ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ y ∈ B → g ⁡ y ∈ ran ⁡ g
69 68 fvresd ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ y ∈ B → F ↾ ran ⁡ g ⁡ g ⁡ y = F ⁡ g ⁡ y
70 5 ad3antlr ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ y ∈ B → F Fn A
71 simplrr ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ y ∈ B → ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y
72 simpr ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ y ∈ B → y ∈ B
73 71 72 54 syl2anc ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ y ∈ B → g ⁡ y ∈ F -1 y
74 70 73 57 syl2anc ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ y ∈ B → F ⁡ g ⁡ y = y
75 69 74 eqtrd ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y ∧ y ∈ B → F ↾ ran ⁡ g ⁡ g ⁡ y = y
76 45 75 ralrimia ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y → ∀ y ∈ B F ↾ ran ⁡ g ⁡ g ⁡ y = y
77 33 37 67 76 2fvidf1od ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y → F ↾ ran ⁡ g : ran ⁡ g ⟶ 1-1 onto B
78 24 30 77 rspcedvdw ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B ∧ g : B ⟶ A ∧ ∀ y ∈ B g ⁡ y ∈ F -1 y → ∃ x ∈ 𝒫 A F ↾ x : x ⟶ 1-1 onto B
79 20 78 exlimddv ⊢ A ∈ V ∧ F : A ⟶ onto B → ∃ x ∈ 𝒫 A F ↾ x : x ⟶ 1-1 onto B