Metamath Proof Explorer


Theorem ufileu

Description: If the ultrafilter containing a given filter is unique, the filter is an ultrafilter. (Contributed by Jeff Hankins, 3-Dec-2009) (Revised by Mario Carneiro, 2-Oct-2015)

Ref Expression
Assertion ufileu F Fil X F UFil X ∃! f UFil X F f

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ufilfil f UFil X f Fil X
2 ufilmax F UFil X f Fil X F f F = f
3 2 3expa F UFil X f Fil X F f F = f
4 3 eqcomd F UFil X f Fil X F f f = F
5 4 ex F UFil X f Fil X F f f = F
6 1 5 sylan2 F UFil X f UFil X F f f = F
7 6 ralrimiva F UFil X f UFil X F f f = F
8 ssid F F
9 sseq2 f = F F f F F
10 9 eqreu F UFil X F F f UFil X F f f = F ∃! f UFil X F f
11 8 10 mp3an2 F UFil X f UFil X F f f = F ∃! f UFil X F f
12 7 11 mpdan F UFil X ∃! f UFil X F f
13 reu6 ∃! f UFil X F f g UFil X f UFil X F f f = g
14 ibibr f = g F f f = g F f f = g
15 14 pm5.74ri f = g F f F f f = g
16 sseq2 f = g F f F g
17 15 16 bitr3d f = g F f f = g F g
18 17 rspcva g UFil X f UFil X F f f = g F g
19 18 adantll F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g F g
20 ufilfil g UFil X g Fil X
21 filelss g Fil X x g x X
22 21 ex g Fil X x g x X
23 20 22 syl g UFil X x g x X
24 23 ad2antlr F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x g x X
25 filsspw F Fil X F 𝒫 X
26 25 ad2antrr F Fil X g UFil X x X ¬ x F F 𝒫 X
27 difss X x X
28 filtop F Fil X X F
29 28 ad2antrr F Fil X g UFil X x X ¬ x F X F
30 29 difexd F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x V
31 elpwg X x V X x 𝒫 X X x X
32 30 31 syl F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x 𝒫 X X x X
33 27 32 mpbiri F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x 𝒫 X
34 33 snssd F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x 𝒫 X
35 26 34 unssd F Fil X g UFil X x X ¬ x F F X x 𝒫 X
36 ssun1 F F X x
37 filn0 F Fil X F
38 37 ad2antrr F Fil X g UFil X x X ¬ x F F
39 ssn0 F F X x F F X x
40 36 38 39 sylancr F Fil X g UFil X x X ¬ x F F X x
41 filelss F Fil X f F f X
42 41 ad2ant2rl F Fil X g UFil X x X f F f X
43 df-ss f X f X = f
44 42 43 sylib F Fil X g UFil X x X f F f X = f
45 44 sseq1d F Fil X g UFil X x X f F f X x f x
46 filss F Fil X f F x X f x x F
47 46 3exp2 F Fil X f F x X f x x F
48 47 impcomd F Fil X x X f F f x x F
49 48 adantr F Fil X g UFil X x X f F f x x F
50 49 imp F Fil X g UFil X x X f F f x x F
51 45 50 sylbid F Fil X g UFil X x X f F f X x x F
52 51 con3d F Fil X g UFil X x X f F ¬ x F ¬ f X x
53 52 expr F Fil X g UFil X x X f F ¬ x F ¬ f X x
54 53 com23 F Fil X g UFil X x X ¬ x F f F ¬ f X x
55 54 impr F Fil X g UFil X x X ¬ x F f F ¬ f X x
56 55 imp F Fil X g UFil X x X ¬ x F f F ¬ f X x
57 ineq2 g = X x f g = f X x
58 57 neeq1d g = X x f g f X x
59 58 ralsng X x V g X x f g f X x
60 inssdif0 f X x f X x =
61 60 necon3bbii ¬ f X x f X x
62 59 61 bitr4di X x V g X x f g ¬ f X x
63 30 62 syl F Fil X g UFil X x X ¬ x F g X x f g ¬ f X x
64 63 adantr F Fil X g UFil X x X ¬ x F f F g X x f g ¬ f X x
65 56 64 mpbird F Fil X g UFil X x X ¬ x F f F g X x f g
66 65 ralrimiva F Fil X g UFil X x X ¬ x F f F g X x f g
67 filfbas F Fil X F fBas X
68 67 ad2antrr F Fil X g UFil X x X ¬ x F F fBas X
69 difssd F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x X
70 ssdif0 X x X x =
71 eqss x = X x X X x
72 71 simplbi2 x X X x x = X
73 eleq1 x = X x F X F
74 73 notbid x = X ¬ x F ¬ X F
75 74 biimpcd ¬ x F x = X ¬ X F
76 72 75 sylan9 x X ¬ x F X x ¬ X F
77 76 adantl F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x ¬ X F
78 70 77 syl5bir F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x = ¬ X F
79 78 necon2ad F Fil X g UFil X x X ¬ x F X F X x
80 29 79 mpd F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x
81 snfbas X x X X x X F X x fBas X
82 69 80 29 81 syl3anc F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x fBas X
83 fbunfip F fBas X X x fBas X ¬ fi F X x f F g X x f g
84 68 82 83 syl2anc F Fil X g UFil X x X ¬ x F ¬ fi F X x f F g X x f g
85 66 84 mpbird F Fil X g UFil X x X ¬ x F ¬ fi F X x
86 fsubbas X F fi F X x fBas X F X x 𝒫 X F X x ¬ fi F X x
87 29 86 syl F Fil X g UFil X x X ¬ x F fi F X x fBas X F X x 𝒫 X F X x ¬ fi F X x
88 35 40 85 87 mpbir3and F Fil X g UFil X x X ¬ x F fi F X x fBas X
89 fgcl fi F X x fBas X X filGen fi F X x Fil X
90 88 89 syl F Fil X g UFil X x X ¬ x F X filGen fi F X x Fil X
91 filssufil X filGen fi F X x Fil X f UFil X X filGen fi F X x f
92 90 91 syl F Fil X g UFil X x X ¬ x F f UFil X X filGen fi F X x f
93 r19.29 f UFil X F f f = g f UFil X X filGen fi F X x f f UFil X F f f = g X filGen fi F X x f
94 biimp F f f = g F f f = g
95 simpll F Fil X g UFil X x X ¬ x F F Fil X
96 snex X x V
97 unexg F Fil X X x V F X x V
98 95 96 97 sylancl F Fil X g UFil X x X ¬ x F F X x V
99 ssfii F X x V F X x fi F X x
100 98 99 syl F Fil X g UFil X x X ¬ x F F X x fi F X x
101 ssfg fi F X x fBas X fi F X x X filGen fi F X x
102 88 101 syl F Fil X g UFil X x X ¬ x F fi F X x X filGen fi F X x
103 100 102 sstrd F Fil X g UFil X x X ¬ x F F X x X filGen fi F X x
104 103 unssad F Fil X g UFil X x X ¬ x F F X filGen fi F X x
105 sstr2 F X filGen fi F X x X filGen fi F X x f F f
106 104 105 syl F Fil X g UFil X x X ¬ x F X filGen fi F X x f F f
107 106 imim1d F Fil X g UFil X x X ¬ x F F f f = g X filGen fi F X x f f = g
108 sseq2 f = g X filGen fi F X x f X filGen fi F X x g
109 108 biimpcd X filGen fi F X x f f = g X filGen fi F X x g
110 109 a2i X filGen fi F X x f f = g X filGen fi F X x f X filGen fi F X x g
111 94 107 110 syl56 F Fil X g UFil X x X ¬ x F F f f = g X filGen fi F X x f X filGen fi F X x g
112 111 impd F Fil X g UFil X x X ¬ x F F f f = g X filGen fi F X x f X filGen fi F X x g
113 112 rexlimdvw F Fil X g UFil X x X ¬ x F f UFil X F f f = g X filGen fi F X x f X filGen fi F X x g
114 93 113 syl5 F Fil X g UFil X x X ¬ x F f UFil X F f f = g f UFil X X filGen fi F X x f X filGen fi F X x g
115 92 114 mpan2d F Fil X g UFil X x X ¬ x F f UFil X F f f = g X filGen fi F X x g
116 115 imp F Fil X g UFil X x X ¬ x F f UFil X F f f = g X filGen fi F X x g
117 116 an32s F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x X ¬ x F X filGen fi F X x g
118 snidg X x V X x X x
119 30 118 syl F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x X x
120 elun2 X x X x X x F X x
121 119 120 syl F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x F X x
122 103 121 sseldd F Fil X g UFil X x X ¬ x F X x X filGen fi F X x
123 122 adantlr F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x X ¬ x F X x X filGen fi F X x
124 117 123 sseldd F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x X ¬ x F X x g
125 simpllr F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x X ¬ x F g UFil X
126 simprl F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x X ¬ x F x X
127 ufilb g UFil X x X ¬ x g X x g
128 125 126 127 syl2anc F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x X ¬ x F ¬ x g X x g
129 124 128 mpbird F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x X ¬ x F ¬ x g
130 129 expr F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x X ¬ x F ¬ x g
131 130 con4d F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x X x g x F
132 131 ex F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x X x g x F
133 132 com23 F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x g x X x F
134 24 133 mpdd F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g x g x F
135 134 ssrdv F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g g F
136 19 135 eqssd F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g F = g
137 simplr F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g g UFil X
138 136 137 eqeltrd F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g F UFil X
139 138 rexlimdva2 F Fil X g UFil X f UFil X F f f = g F UFil X
140 13 139 syl5bi F Fil X ∃! f UFil X F f F UFil X
141 12 140 impbid2 F Fil X F UFil X ∃! f UFil X F f