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Theorem pwrssmgc

Description: Given a function F , exhibit a Galois connection between subsets of its domain and subsets of its range. (Contributed by Thierry Arnoux, 26-Apr-2024)

Ref Expression
Hypotheses pwrssmgc.1 ⊢ G = n ∈ 𝒫 Y ⟼ F -1 n
pwrssmgc.2 ⊢ H = m ∈ 𝒫 X ⟼ y ∈ Y | F -1 y ⊆ m
pwrssmgc.3 ⊢ V = toInc ⁡ 𝒫 Y
pwrssmgc.4 ⊢ W = toInc ⁡ 𝒫 X
pwrssmgc.5 ⊢ φ → X ∈ A
pwrssmgc.6 ⊢ φ → Y ∈ B
pwrssmgc.7 ⊢ φ → F : X ⟶ Y
Assertion pwrssmgc ⊢ φ → G V MGalConn W H

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pwrssmgc.1 ⊢ G = n ∈ 𝒫 Y ⟼ F -1 n
2 pwrssmgc.2 ⊢ H = m ∈ 𝒫 X ⟼ y ∈ Y | F -1 y ⊆ m
3 pwrssmgc.3 ⊢ V = toInc ⁡ 𝒫 Y
4 pwrssmgc.4 ⊢ W = toInc ⁡ 𝒫 X
5 pwrssmgc.5 ⊢ φ → X ∈ A
6 pwrssmgc.6 ⊢ φ → Y ∈ B
7 pwrssmgc.7 ⊢ φ → F : X ⟶ Y
8 5 adantr ⊢ φ ∧ n ∈ 𝒫 Y → X ∈ A
9 cnvimass ⊢ F -1 n ⊆ dom ⁡ F
10 9 7 fssdm ⊢ φ → F -1 n ⊆ X
11 10 adantr ⊢ φ ∧ n ∈ 𝒫 Y → F -1 n ⊆ X
12 8 11 sselpwd ⊢ φ ∧ n ∈ 𝒫 Y → F -1 n ∈ 𝒫 X
13 12 1 fmptd ⊢ φ → G : 𝒫 Y ⟶ 𝒫 X
14 pwexg ⊢ Y ∈ B → 𝒫 Y ∈ V
15 3 ipobas ⊢ 𝒫 Y ∈ V → 𝒫 Y = Base V
16 6 14 15 3syl ⊢ φ → 𝒫 Y = Base V
17 pwexg ⊢ X ∈ A → 𝒫 X ∈ V
18 4 ipobas ⊢ 𝒫 X ∈ V → 𝒫 X = Base W
19 5 17 18 3syl ⊢ φ → 𝒫 X = Base W
20 16 19 feq23d ⊢ φ → G : 𝒫 Y ⟶ 𝒫 X ↔ G : Base V ⟶ Base W
21 13 20 mpbid ⊢ φ → G : Base V ⟶ Base W
22 6 adantr ⊢ φ ∧ m ∈ 𝒫 X → Y ∈ B
23 ssrab2 ⊢ y ∈ Y | F -1 y ⊆ m ⊆ Y
24 23 a1i ⊢ φ ∧ m ∈ 𝒫 X → y ∈ Y | F -1 y ⊆ m ⊆ Y
25 22 24 sselpwd ⊢ φ ∧ m ∈ 𝒫 X → y ∈ Y | F -1 y ⊆ m ∈ 𝒫 Y
26 25 2 fmptd ⊢ φ → H : 𝒫 X ⟶ 𝒫 Y
27 19 16 feq23d ⊢ φ → H : 𝒫 X ⟶ 𝒫 Y ↔ H : Base W ⟶ Base V
28 26 27 mpbid ⊢ φ → H : Base W ⟶ Base V
29 21 28 jca ⊢ φ → G : Base V ⟶ Base W ∧ H : Base W ⟶ Base V
30 sneq ⊢ y = j → y = j
31 30 imaeq2d ⊢ y = j → F -1 y = F -1 j
32 31 sseq1d ⊢ y = j → F -1 y ⊆ v ↔ F -1 j ⊆ v
33 simplr ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → u ∈ Base V
34 16 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → 𝒫 Y = Base V
35 33 34 eleqtrrd ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → u ∈ 𝒫 Y
36 35 adantr ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ F -1 u ⊆ v → u ∈ 𝒫 Y
37 36 elpwid ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ F -1 u ⊆ v → u ⊆ Y
38 37 sselda ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ F -1 u ⊆ v ∧ j ∈ u → j ∈ Y
39 7 ffund ⊢ φ → Fun ⁡ F
40 39 ad4antr ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ F -1 u ⊆ v ∧ j ∈ u → Fun ⁡ F
41 snssi ⊢ j ∈ u → j ⊆ u
42 41 adantl ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ F -1 u ⊆ v ∧ j ∈ u → j ⊆ u
43 sspreima ⊢ Fun ⁡ F ∧ j ⊆ u → F -1 j ⊆ F -1 u
44 40 42 43 syl2anc ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ F -1 u ⊆ v ∧ j ∈ u → F -1 j ⊆ F -1 u
45 simplr ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ F -1 u ⊆ v ∧ j ∈ u → F -1 u ⊆ v
46 44 45 sstrd ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ F -1 u ⊆ v ∧ j ∈ u → F -1 j ⊆ v
47 32 38 46 elrabd ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ F -1 u ⊆ v ∧ j ∈ u → j ∈ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v
48 47 ex ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ F -1 u ⊆ v → j ∈ u → j ∈ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v
49 48 ssrdv ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ F -1 u ⊆ v → u ⊆ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v
50 simplr ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ u ⊆ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v ∧ i ∈ F -1 u → u ⊆ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v
51 7 ffnd ⊢ φ → F Fn X
52 51 ad4antr ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ u ⊆ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v ∧ i ∈ F -1 u → F Fn X
53 simpr ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ u ⊆ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v ∧ i ∈ F -1 u → i ∈ F -1 u
54 elpreima ⊢ F Fn X → i ∈ F -1 u ↔ i ∈ X ∧ F ⁡ i ∈ u
55 54 biimpa ⊢ F Fn X ∧ i ∈ F -1 u → i ∈ X ∧ F ⁡ i ∈ u
56 52 53 55 syl2anc ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ u ⊆ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v ∧ i ∈ F -1 u → i ∈ X ∧ F ⁡ i ∈ u
57 56 simprd ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ u ⊆ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v ∧ i ∈ F -1 u → F ⁡ i ∈ u
58 50 57 sseldd ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ u ⊆ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v ∧ i ∈ F -1 u → F ⁡ i ∈ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v
59 sneq ⊢ y = F ⁡ i → y = F ⁡ i
60 59 imaeq2d ⊢ y = F ⁡ i → F -1 y = F -1 F ⁡ i
61 60 sseq1d ⊢ y = F ⁡ i → F -1 y ⊆ v ↔ F -1 F ⁡ i ⊆ v
62 61 elrab ⊢ F ⁡ i ∈ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v ↔ F ⁡ i ∈ Y ∧ F -1 F ⁡ i ⊆ v
63 62 simprbi ⊢ F ⁡ i ∈ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v → F -1 F ⁡ i ⊆ v
64 58 63 syl ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ u ⊆ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v ∧ i ∈ F -1 u → F -1 F ⁡ i ⊆ v
65 56 simpld ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ u ⊆ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v ∧ i ∈ F -1 u → i ∈ X
66 eqidd ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ u ⊆ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v ∧ i ∈ F -1 u → F ⁡ i = F ⁡ i
67 fniniseg ⊢ F Fn X → i ∈ F -1 F ⁡ i ↔ i ∈ X ∧ F ⁡ i = F ⁡ i
68 67 biimpar ⊢ F Fn X ∧ i ∈ X ∧ F ⁡ i = F ⁡ i → i ∈ F -1 F ⁡ i
69 52 65 66 68 syl12anc ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ u ⊆ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v ∧ i ∈ F -1 u → i ∈ F -1 F ⁡ i
70 64 69 sseldd ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ u ⊆ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v ∧ i ∈ F -1 u → i ∈ v
71 70 ex ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ u ⊆ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v → i ∈ F -1 u → i ∈ v
72 71 ssrdv ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ u ⊆ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v → F -1 u ⊆ v
73 49 72 impbida ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → F -1 u ⊆ v ↔ u ⊆ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v
74 simpr ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ n = u → n = u
75 74 imaeq2d ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ n = u → F -1 n = F -1 u
76 7 5 fexd ⊢ φ → F ∈ V
77 cnvexg ⊢ F ∈ V → F -1 ∈ V
78 imaexg ⊢ F -1 ∈ V → F -1 u ∈ V
79 76 77 78 3syl ⊢ φ → F -1 u ∈ V
80 79 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → F -1 u ∈ V
81 1 75 35 80 fvmptd2 ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → G ⁡ u = F -1 u
82 81 sseq1d ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → G ⁡ u ⊆ v ↔ F -1 u ⊆ v
83 simpr ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ m = v → m = v
84 83 sseq2d ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ m = v → F -1 y ⊆ m ↔ F -1 y ⊆ v
85 84 rabbidv ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W ∧ m = v → y ∈ Y | F -1 y ⊆ m = y ∈ Y | F -1 y ⊆ v
86 simpr ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → v ∈ Base W
87 5 17 syl ⊢ φ → 𝒫 X ∈ V
88 87 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → 𝒫 X ∈ V
89 88 18 syl ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → 𝒫 X = Base W
90 86 89 eleqtrrd ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → v ∈ 𝒫 X
91 6 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → Y ∈ B
92 ssrab2 ⊢ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v ⊆ Y
93 92 a1i ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → y ∈ Y | F -1 y ⊆ v ⊆ Y
94 91 93 sselpwd ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → y ∈ Y | F -1 y ⊆ v ∈ 𝒫 Y
95 2 85 90 94 fvmptd2 ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → H ⁡ v = y ∈ Y | F -1 y ⊆ v
96 95 sseq2d ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → u ⊆ H ⁡ v ↔ u ⊆ y ∈ Y | F -1 y ⊆ v
97 73 82 96 3bitr4d ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → G ⁡ u ⊆ v ↔ u ⊆ H ⁡ v
98 13 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → G : 𝒫 Y ⟶ 𝒫 X
99 98 35 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → G ⁡ u ∈ 𝒫 X
100 eqid ⊢ ≤ W = ≤ W
101 4 100 ipole ⊢ 𝒫 X ∈ V ∧ G ⁡ u ∈ 𝒫 X ∧ v ∈ 𝒫 X → G ⁡ u ≤ W v ↔ G ⁡ u ⊆ v
102 88 99 90 101 syl3anc ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → G ⁡ u ≤ W v ↔ G ⁡ u ⊆ v
103 6 14 syl ⊢ φ → 𝒫 Y ∈ V
104 103 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → 𝒫 Y ∈ V
105 26 ad2antrr ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → H : 𝒫 X ⟶ 𝒫 Y
106 105 90 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → H ⁡ v ∈ 𝒫 Y
107 eqid ⊢ ≤ V = ≤ V
108 3 107 ipole ⊢ 𝒫 Y ∈ V ∧ u ∈ 𝒫 Y ∧ H ⁡ v ∈ 𝒫 Y → u ≤ V H ⁡ v ↔ u ⊆ H ⁡ v
109 104 35 106 108 syl3anc ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → u ≤ V H ⁡ v ↔ u ⊆ H ⁡ v
110 97 102 109 3bitr4d ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → G ⁡ u ≤ W v ↔ u ≤ V H ⁡ v
111 110 anasss ⊢ φ ∧ u ∈ Base V ∧ v ∈ Base W → G ⁡ u ≤ W v ↔ u ≤ V H ⁡ v
112 111 ralrimivva ⊢ φ → ∀ u ∈ Base V ∀ v ∈ Base W G ⁡ u ≤ W v ↔ u ≤ V H ⁡ v
113 eqid ⊢ Base V = Base V
114 eqid ⊢ Base W = Base W
115 eqid ⊢ V MGalConn W = V MGalConn W
116 3 ipopos ⊢ V ∈ Poset
117 posprs ⊢ V ∈ Poset → V ∈ Proset
118 116 117 mp1i ⊢ φ → V ∈ Proset
119 4 ipopos ⊢ W ∈ Poset
120 posprs ⊢ W ∈ Poset → W ∈ Proset
121 119 120 mp1i ⊢ φ → W ∈ Proset
122 113 114 107 100 115 118 121 mgcval ⊢ φ → G V MGalConn W H ↔ G : Base V ⟶ Base W ∧ H : Base W ⟶ Base V ∧ ∀ u ∈ Base V ∀ v ∈ Base W G ⁡ u ≤ W v ↔ u ≤ V H ⁡ v
123 29 112 122 mpbir2and ⊢ φ → G V MGalConn W H