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Theorem fpwrelmap

Description: Define a canonical mapping between functions from A into subsets of B and the relations with domain A and range within B . Note that the same relation is used in axdc2lem and marypha2lem1 . (Contributed by Thierry Arnoux, 28-Aug-2017)

Ref Expression
Hypotheses fpwrelmap.1 ⊢ A ∈ V
fpwrelmap.2 ⊢ B ∈ V
fpwrelmap.3 ⊢ M = f ∈ 𝒫 B A ⟼ x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
Assertion fpwrelmap ⊢ M : 𝒫 B A ⟶ 1-1 onto 𝒫 A × B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fpwrelmap.1 ⊢ A ∈ V
2 fpwrelmap.2 ⊢ B ∈ V
3 fpwrelmap.3 ⊢ M = f ∈ 𝒫 B A ⟼ x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
4 1 a1i ⊢ ⊤ → A ∈ V
5 abid2 ⊢ y | y ∈ f ⁡ x = f ⁡ x
6 5 fvexi ⊢ y | y ∈ f ⁡ x ∈ V
7 6 a1i ⊢ ⊤ ∧ x ∈ A → y | y ∈ f ⁡ x ∈ V
8 4 7 opabex3d ⊢ ⊤ → x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ∈ V
9 8 adantr ⊢ ⊤ ∧ f ∈ 𝒫 B A → x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ∈ V
10 1 mptex ⊢ x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y ∈ V
11 10 a1i ⊢ ⊤ ∧ r ∈ 𝒫 A × B → x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y ∈ V
12 simpr ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x → y ∈ f ⁡ x
13 elmapi ⊢ f ∈ 𝒫 B A → f : A ⟶ 𝒫 B
14 13 ffvelcdmda ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ x ∈ A → f ⁡ x ∈ 𝒫 B
15 14 adantr ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x → f ⁡ x ∈ 𝒫 B
16 elelpwi ⊢ y ∈ f ⁡ x ∧ f ⁡ x ∈ 𝒫 B → y ∈ B
17 12 15 16 syl2anc ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x → y ∈ B
18 17 ex ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ x ∈ A → y ∈ f ⁡ x → y ∈ B
19 18 imdistanda ⊢ f ∈ 𝒫 B A → x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x → x ∈ A ∧ y ∈ B
20 19 ssopab2dv ⊢ f ∈ 𝒫 B A → x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ⊆ x y | x ∈ A ∧ y ∈ B
21 20 adantr ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x → x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ⊆ x y | x ∈ A ∧ y ∈ B
22 simpr ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x → r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
23 df-xp ⊢ A × B = x y | x ∈ A ∧ y ∈ B
24 23 a1i ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x → A × B = x y | x ∈ A ∧ y ∈ B
25 21 22 24 3sstr4d ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x → r ⊆ A × B
26 velpw ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ↔ r ⊆ A × B
27 25 26 sylibr ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x → r ∈ 𝒫 A × B
28 13 feqmptd ⊢ f ∈ 𝒫 B A → f = x ∈ A ⟼ f ⁡ x
29 28 adantr ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x → f = x ∈ A ⟼ f ⁡ x
30 nfv ⊢ Ⅎ x f ∈ 𝒫 B A
31 nfopab1 ⊢ Ⅎ _ x x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
32 31 nfeq2 ⊢ Ⅎ x r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
33 30 32 nfan ⊢ Ⅎ x f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
34 df-rab ⊢ y ∈ B | x r y = y | y ∈ B ∧ x r y
35 34 a1i ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ∧ x ∈ A → y ∈ B | x r y = y | y ∈ B ∧ x r y
36 nfv ⊢ Ⅎ y f ∈ 𝒫 B A
37 nfopab2 ⊢ Ⅎ _ y x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
38 37 nfeq2 ⊢ Ⅎ y r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
39 36 38 nfan ⊢ Ⅎ y f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
40 nfv ⊢ Ⅎ y x ∈ A
41 39 40 nfan ⊢ Ⅎ y f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ∧ x ∈ A
42 17 adantllr ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ∧ x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x → y ∈ B
43 df-br ⊢ x r y ↔ x y ∈ r
44 eleq2 ⊢ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x → x y ∈ r ↔ x y ∈ x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
45 opabidw ⊢ x y ∈ x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ↔ x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
46 44 45 bitrdi ⊢ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x → x y ∈ r ↔ x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
47 43 46 bitrid ⊢ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x → x r y ↔ x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
48 47 ad2antlr ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ∧ x ∈ A → x r y ↔ x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
49 elfvdm ⊢ y ∈ f ⁡ x → x ∈ dom ⁡ f
50 49 adantl ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ y ∈ f ⁡ x → x ∈ dom ⁡ f
51 13 fdmd ⊢ f ∈ 𝒫 B A → dom ⁡ f = A
52 51 adantr ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ y ∈ f ⁡ x → dom ⁡ f = A
53 50 52 eleqtrd ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ y ∈ f ⁡ x → x ∈ A
54 53 ex ⊢ f ∈ 𝒫 B A → y ∈ f ⁡ x → x ∈ A
55 54 pm4.71rd ⊢ f ∈ 𝒫 B A → y ∈ f ⁡ x ↔ x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
56 55 ad2antrr ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ∧ x ∈ A → y ∈ f ⁡ x ↔ x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
57 48 56 bitr4d ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ∧ x ∈ A → x r y ↔ y ∈ f ⁡ x
58 57 biimpar ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ∧ x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x → x r y
59 42 58 jca ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ∧ x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x → y ∈ B ∧ x r y
60 59 ex ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ∧ x ∈ A → y ∈ f ⁡ x → y ∈ B ∧ x r y
61 57 biimpd ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ∧ x ∈ A → x r y → y ∈ f ⁡ x
62 61 adantld ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ∧ x ∈ A → y ∈ B ∧ x r y → y ∈ f ⁡ x
63 60 62 impbid ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ∧ x ∈ A → y ∈ f ⁡ x ↔ y ∈ B ∧ x r y
64 41 63 abbid ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ∧ x ∈ A → y | y ∈ f ⁡ x = y | y ∈ B ∧ x r y
65 5 a1i ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ∧ x ∈ A → y | y ∈ f ⁡ x = f ⁡ x
66 35 64 65 3eqtr2rd ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ∧ x ∈ A → f ⁡ x = y ∈ B | x r y
67 33 66 mpteq2da ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x → x ∈ A ⟼ f ⁡ x = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y
68 29 67 eqtrd ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x → f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y
69 27 68 jca ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x → r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y
70 ssrab2 ⊢ y ∈ B | x r y ⊆ B
71 2 70 elpwi2 ⊢ y ∈ B | x r y ∈ 𝒫 B
72 71 a1i ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ x ∈ A → y ∈ B | x r y ∈ 𝒫 B
73 72 fmpttd ⊢ r ∈ 𝒫 A × B → x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y : A ⟶ 𝒫 B
74 73 adantr ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y → x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y : A ⟶ 𝒫 B
75 simpr ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y → f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y
76 75 feq1d ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y → f : A ⟶ 𝒫 B ↔ x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y : A ⟶ 𝒫 B
77 74 76 mpbird ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y → f : A ⟶ 𝒫 B
78 2 pwex ⊢ 𝒫 B ∈ V
79 78 1 elmap ⊢ f ∈ 𝒫 B A ↔ f : A ⟶ 𝒫 B
80 77 79 sylibr ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y → f ∈ 𝒫 B A
81 elpwi ⊢ r ∈ 𝒫 A × B → r ⊆ A × B
82 81 adantr ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y → r ⊆ A × B
83 xpss ⊢ A × B ⊆ V × V
84 82 83 sstrdi ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y → r ⊆ V × V
85 df-rel ⊢ Rel ⁡ r ↔ r ⊆ V × V
86 84 85 sylibr ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y → Rel ⁡ r
87 relopabv ⊢ Rel ⁡ x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
88 87 a1i ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y → Rel ⁡ x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
89 id ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y → r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y
90 nfv ⊢ Ⅎ x r ∈ 𝒫 A × B
91 nfmpt1 ⊢ Ⅎ _ x x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y
92 91 nfeq2 ⊢ Ⅎ x f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y
93 90 92 nfan ⊢ Ⅎ x r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y
94 nfv ⊢ Ⅎ y r ∈ 𝒫 A × B
95 40 nfci ⊢ Ⅎ _ y A
96 nfrab1 ⊢ Ⅎ _ y y ∈ B | x r y
97 95 96 nfmpt ⊢ Ⅎ _ y x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y
98 97 nfeq2 ⊢ Ⅎ y f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y
99 94 98 nfan ⊢ Ⅎ y r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y
100 nfcv ⊢ Ⅎ _ x r
101 nfcv ⊢ Ⅎ _ y r
102 brelg ⊢ r ⊆ A × B ∧ x r y → x ∈ A ∧ y ∈ B
103 81 102 sylan ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ x r y → x ∈ A ∧ y ∈ B
104 103 adantlr ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y ∧ x r y → x ∈ A ∧ y ∈ B
105 104 simpld ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y ∧ x r y → x ∈ A
106 104 simprd ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y ∧ x r y → y ∈ B
107 simpr ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y ∧ x r y → x r y
108 75 fveq1d ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y → f ⁡ x = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y ⁡ x
109 2 rabex ⊢ y ∈ B | x r y ∈ V
110 eqid ⊢ x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y
111 110 fvmpt2 ⊢ x ∈ A ∧ y ∈ B | x r y ∈ V → x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y ⁡ x = y ∈ B | x r y
112 109 111 mpan2 ⊢ x ∈ A → x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y ⁡ x = y ∈ B | x r y
113 108 112 sylan9eq ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y ∧ x ∈ A → f ⁡ x = y ∈ B | x r y
114 113 eleq2d ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y ∧ x ∈ A → y ∈ f ⁡ x ↔ y ∈ y ∈ B | x r y
115 rabid ⊢ y ∈ y ∈ B | x r y ↔ y ∈ B ∧ x r y
116 114 115 bitrdi ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y ∧ x ∈ A → y ∈ f ⁡ x ↔ y ∈ B ∧ x r y
117 105 116 syldan ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y ∧ x r y → y ∈ f ⁡ x ↔ y ∈ B ∧ x r y
118 106 107 117 mpbir2and ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y ∧ x r y → y ∈ f ⁡ x
119 105 118 jca ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y ∧ x r y → x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
120 119 ex ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y → x r y → x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
121 116 simplbda ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y ∧ x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x → x r y
122 121 expl ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y → x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x → x r y
123 120 122 impbid ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y → x r y ↔ x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
124 43 123 bitr3id ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y → x y ∈ r ↔ x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
125 124 45 bitr4di ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y → x y ∈ r ↔ x y ∈ x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
126 93 99 100 101 31 37 125 eqrelrd2 ⊢ Rel ⁡ r ∧ Rel ⁡ x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ∧ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y → r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
127 86 88 89 126 syl21anc ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y → r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
128 80 127 jca ⊢ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y → f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x
129 69 128 impbii ⊢ f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ↔ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y
130 129 a1i ⊢ ⊤ → f ∈ 𝒫 B A ∧ r = x y | x ∈ A ∧ y ∈ f ⁡ x ↔ r ∈ 𝒫 A × B ∧ f = x ∈ A ⟼ y ∈ B | x r y
131 3 9 11 130 f1od ⊢ ⊤ → M : 𝒫 B A ⟶ 1-1 onto 𝒫 A × B
132 131 mptru ⊢ M : 𝒫 B A ⟶ 1-1 onto 𝒫 A × B