Theorem efger

Description: Value of the free group construction. (Contributed by Mario Carneiro, 27-Sep-2015) (Revised by Mario Carneiro, 27-Feb-2016)

	Ref	Expression
Hypotheses	efgval.w	⊢ 𝑊 = ( I ‘ Word ( 𝐼 × 2o ) )
	efgval.r	⊢ ∼ = ( ~FG ‘ 𝐼 )
Assertion	efger	⊢ ∼ Er 𝑊

Proof

Step	Hyp	Ref	Expression
1		efgval.w	⊢ 𝑊 = ( I ‘ Word ( 𝐼 × 2o ) )
2		efgval.r	⊢ ∼ = ( ~FG ‘ 𝐼 )
3	1	efglem	⊢ ∃ 𝑟 ( 𝑟 Er 𝑊 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝑊 ∀ 𝑛 ∈ ( 0 ... ( ♯ ‘ 𝑥 ) ) ∀ 𝑦 ∈ 𝐼 ∀ 𝑧 ∈ 2o 𝑥 𝑟 ( 𝑥 splice ⟨ 𝑛 , 𝑛 , ⟨“ ⟨ 𝑦 , 𝑧 ⟩ ⟨ 𝑦 , ( 1o ∖ 𝑧 ) ⟩ ”⟩ ⟩ ) )
4		abn0	⊢ ( { 𝑟 ∣ ( 𝑟 Er 𝑊 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝑊 ∀ 𝑛 ∈ ( 0 ... ( ♯ ‘ 𝑥 ) ) ∀ 𝑦 ∈ 𝐼 ∀ 𝑧 ∈ 2o 𝑥 𝑟 ( 𝑥 splice ⟨ 𝑛 , 𝑛 , ⟨“ ⟨ 𝑦 , 𝑧 ⟩ ⟨ 𝑦 , ( 1o ∖ 𝑧 ) ⟩ ”⟩ ⟩ ) ) } ≠ ∅ ↔ ∃ 𝑟 ( 𝑟 Er 𝑊 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝑊 ∀ 𝑛 ∈ ( 0 ... ( ♯ ‘ 𝑥 ) ) ∀ 𝑦 ∈ 𝐼 ∀ 𝑧 ∈ 2o 𝑥 𝑟 ( 𝑥 splice ⟨ 𝑛 , 𝑛 , ⟨“ ⟨ 𝑦 , 𝑧 ⟩ ⟨ 𝑦 , ( 1o ∖ 𝑧 ) ⟩ ”⟩ ⟩ ) ) )
5	3 4	mpbir	⊢ { 𝑟 ∣ ( 𝑟 Er 𝑊 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝑊 ∀ 𝑛 ∈ ( 0 ... ( ♯ ‘ 𝑥 ) ) ∀ 𝑦 ∈ 𝐼 ∀ 𝑧 ∈ 2o 𝑥 𝑟 ( 𝑥 splice ⟨ 𝑛 , 𝑛 , ⟨“ ⟨ 𝑦 , 𝑧 ⟩ ⟨ 𝑦 , ( 1o ∖ 𝑧 ) ⟩ ”⟩ ⟩ ) ) } ≠ ∅
6		ereq1	⊢ ( 𝑤 = 𝑟 → ( 𝑤 Er 𝑊 ↔ 𝑟 Er 𝑊 ) )
7	6	ralab2	⊢ ( ∀ 𝑤 ∈ { 𝑟 ∣ ( 𝑟 Er 𝑊 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝑊 ∀ 𝑛 ∈ ( 0 ... ( ♯ ‘ 𝑥 ) ) ∀ 𝑦 ∈ 𝐼 ∀ 𝑧 ∈ 2o 𝑥 𝑟 ( 𝑥 splice ⟨ 𝑛 , 𝑛 , ⟨“ ⟨ 𝑦 , 𝑧 ⟩ ⟨ 𝑦 , ( 1o ∖ 𝑧 ) ⟩ ”⟩ ⟩ ) ) } 𝑤 Er 𝑊 ↔ ∀ 𝑟 ( ( 𝑟 Er 𝑊 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝑊 ∀ 𝑛 ∈ ( 0 ... ( ♯ ‘ 𝑥 ) ) ∀ 𝑦 ∈ 𝐼 ∀ 𝑧 ∈ 2o 𝑥 𝑟 ( 𝑥 splice ⟨ 𝑛 , 𝑛 , ⟨“ ⟨ 𝑦 , 𝑧 ⟩ ⟨ 𝑦 , ( 1o ∖ 𝑧 ) ⟩ ”⟩ ⟩ ) ) → 𝑟 Er 𝑊 ) )
8		simpl	⊢ ( ( 𝑟 Er 𝑊 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝑊 ∀ 𝑛 ∈ ( 0 ... ( ♯ ‘ 𝑥 ) ) ∀ 𝑦 ∈ 𝐼 ∀ 𝑧 ∈ 2o 𝑥 𝑟 ( 𝑥 splice ⟨ 𝑛 , 𝑛 , ⟨“ ⟨ 𝑦 , 𝑧 ⟩ ⟨ 𝑦 , ( 1o ∖ 𝑧 ) ⟩ ”⟩ ⟩ ) ) → 𝑟 Er 𝑊 )
9	7 8	mpgbir	⊢ ∀ 𝑤 ∈ { 𝑟 ∣ ( 𝑟 Er 𝑊 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝑊 ∀ 𝑛 ∈ ( 0 ... ( ♯ ‘ 𝑥 ) ) ∀ 𝑦 ∈ 𝐼 ∀ 𝑧 ∈ 2o 𝑥 𝑟 ( 𝑥 splice ⟨ 𝑛 , 𝑛 , ⟨“ ⟨ 𝑦 , 𝑧 ⟩ ⟨ 𝑦 , ( 1o ∖ 𝑧 ) ⟩ ”⟩ ⟩ ) ) } 𝑤 Er 𝑊
10		iiner	⊢ ( ( { 𝑟 ∣ ( 𝑟 Er 𝑊 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝑊 ∀ 𝑛 ∈ ( 0 ... ( ♯ ‘ 𝑥 ) ) ∀ 𝑦 ∈ 𝐼 ∀ 𝑧 ∈ 2o 𝑥 𝑟 ( 𝑥 splice ⟨ 𝑛 , 𝑛 , ⟨“ ⟨ 𝑦 , 𝑧 ⟩ ⟨ 𝑦 , ( 1o ∖ 𝑧 ) ⟩ ”⟩ ⟩ ) ) } ≠ ∅ ∧ ∀ 𝑤 ∈ { 𝑟 ∣ ( 𝑟 Er 𝑊 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝑊 ∀ 𝑛 ∈ ( 0 ... ( ♯ ‘ 𝑥 ) ) ∀ 𝑦 ∈ 𝐼 ∀ 𝑧 ∈ 2o 𝑥 𝑟 ( 𝑥 splice ⟨ 𝑛 , 𝑛 , ⟨“ ⟨ 𝑦 , 𝑧 ⟩ ⟨ 𝑦 , ( 1o ∖ 𝑧 ) ⟩ ”⟩ ⟩ ) ) } 𝑤 Er 𝑊 ) → ∩ 𝑤 ∈ { 𝑟 ∣ ( 𝑟 Er 𝑊 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝑊 ∀ 𝑛 ∈ ( 0 ... ( ♯ ‘ 𝑥 ) ) ∀ 𝑦 ∈ 𝐼 ∀ 𝑧 ∈ 2o 𝑥 𝑟 ( 𝑥 splice ⟨ 𝑛 , 𝑛 , ⟨“ ⟨ 𝑦 , 𝑧 ⟩ ⟨ 𝑦 , ( 1o ∖ 𝑧 ) ⟩ ”⟩ ⟩ ) ) } 𝑤 Er 𝑊 )
11	5 9 10	mp2an	⊢ ∩ 𝑤 ∈ { 𝑟 ∣ ( 𝑟 Er 𝑊 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝑊 ∀ 𝑛 ∈ ( 0 ... ( ♯ ‘ 𝑥 ) ) ∀ 𝑦 ∈ 𝐼 ∀ 𝑧 ∈ 2o 𝑥 𝑟 ( 𝑥 splice ⟨ 𝑛 , 𝑛 , ⟨“ ⟨ 𝑦 , 𝑧 ⟩ ⟨ 𝑦 , ( 1o ∖ 𝑧 ) ⟩ ”⟩ ⟩ ) ) } 𝑤 Er 𝑊
12	1 2	efgval	⊢ ∼ = ∩ { 𝑟 ∣ ( 𝑟 Er 𝑊 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝑊 ∀ 𝑛 ∈ ( 0 ... ( ♯ ‘ 𝑥 ) ) ∀ 𝑦 ∈ 𝐼 ∀ 𝑧 ∈ 2o 𝑥 𝑟 ( 𝑥 splice ⟨ 𝑛 , 𝑛 , ⟨“ ⟨ 𝑦 , 𝑧 ⟩ ⟨ 𝑦 , ( 1o ∖ 𝑧 ) ⟩ ”⟩ ⟩ ) ) }
13		intiin	⊢ ∩ { 𝑟 ∣ ( 𝑟 Er 𝑊 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝑊 ∀ 𝑛 ∈ ( 0 ... ( ♯ ‘ 𝑥 ) ) ∀ 𝑦 ∈ 𝐼 ∀ 𝑧 ∈ 2o 𝑥 𝑟 ( 𝑥 splice ⟨ 𝑛 , 𝑛 , ⟨“ ⟨ 𝑦 , 𝑧 ⟩ ⟨ 𝑦 , ( 1o ∖ 𝑧 ) ⟩ ”⟩ ⟩ ) ) } = ∩ 𝑤 ∈ { 𝑟 ∣ ( 𝑟 Er 𝑊 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝑊 ∀ 𝑛 ∈ ( 0 ... ( ♯ ‘ 𝑥 ) ) ∀ 𝑦 ∈ 𝐼 ∀ 𝑧 ∈ 2o 𝑥 𝑟 ( 𝑥 splice ⟨ 𝑛 , 𝑛 , ⟨“ ⟨ 𝑦 , 𝑧 ⟩ ⟨ 𝑦 , ( 1o ∖ 𝑧 ) ⟩ ”⟩ ⟩ ) ) } 𝑤
14	12 13	eqtri	⊢ ∼ = ∩ 𝑤 ∈ { 𝑟 ∣ ( 𝑟 Er 𝑊 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝑊 ∀ 𝑛 ∈ ( 0 ... ( ♯ ‘ 𝑥 ) ) ∀ 𝑦 ∈ 𝐼 ∀ 𝑧 ∈ 2o 𝑥 𝑟 ( 𝑥 splice ⟨ 𝑛 , 𝑛 , ⟨“ ⟨ 𝑦 , 𝑧 ⟩ ⟨ 𝑦 , ( 1o ∖ 𝑧 ) ⟩ ”⟩ ⟩ ) ) } 𝑤
15		ereq1	⊢ ( ∼ = ∩ 𝑤 ∈ { 𝑟 ∣ ( 𝑟 Er 𝑊 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝑊 ∀ 𝑛 ∈ ( 0 ... ( ♯ ‘ 𝑥 ) ) ∀ 𝑦 ∈ 𝐼 ∀ 𝑧 ∈ 2o 𝑥 𝑟 ( 𝑥 splice ⟨ 𝑛 , 𝑛 , ⟨“ ⟨ 𝑦 , 𝑧 ⟩ ⟨ 𝑦 , ( 1o ∖ 𝑧 ) ⟩ ”⟩ ⟩ ) ) } 𝑤 → ( ∼ Er 𝑊 ↔ ∩ 𝑤 ∈ { 𝑟 ∣ ( 𝑟 Er 𝑊 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝑊 ∀ 𝑛 ∈ ( 0 ... ( ♯ ‘ 𝑥 ) ) ∀ 𝑦 ∈ 𝐼 ∀ 𝑧 ∈ 2o 𝑥 𝑟 ( 𝑥 splice ⟨ 𝑛 , 𝑛 , ⟨“ ⟨ 𝑦 , 𝑧 ⟩ ⟨ 𝑦 , ( 1o ∖ 𝑧 ) ⟩ ”⟩ ⟩ ) ) } 𝑤 Er 𝑊 ) )
16	14 15	ax-mp	⊢ ( ∼ Er 𝑊 ↔ ∩ 𝑤 ∈ { 𝑟 ∣ ( 𝑟 Er 𝑊 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝑊 ∀ 𝑛 ∈ ( 0 ... ( ♯ ‘ 𝑥 ) ) ∀ 𝑦 ∈ 𝐼 ∀ 𝑧 ∈ 2o 𝑥 𝑟 ( 𝑥 splice ⟨ 𝑛 , 𝑛 , ⟨“ ⟨ 𝑦 , 𝑧 ⟩ ⟨ 𝑦 , ( 1o ∖ 𝑧 ) ⟩ ”⟩ ⟩ ) ) } 𝑤 Er 𝑊 )
17	11 16	mpbir	⊢ ∼ Er 𝑊