Metamath Proof Explorer


Theorem kmlem8

Description: Lemma for 5-quantifier AC of Kurt Maes, Th. 4 1 <=> 4. (Contributed by NM, 4-Apr-2004)

Ref Expression
Assertion kmlem8 ( ( ¬ ∃ 𝑧𝑢𝑤𝑧 𝜓 → ∃ 𝑦𝑧𝑢 ( 𝑧 ≠ ∅ → ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ) ↔ ( ∃ 𝑧𝑢𝑤𝑧 𝜓 ∨ ∃ 𝑦 ( ¬ 𝑦𝑢 ∧ ∀ 𝑧𝑢 ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ralnex ( ∀ 𝑧𝑢 ¬ ∀ 𝑤𝑧 𝜓 ↔ ¬ ∃ 𝑧𝑢𝑤𝑧 𝜓 )
2 df-rex ( ∃ 𝑤𝑧 ¬ 𝜓 ↔ ∃ 𝑤 ( 𝑤𝑧 ∧ ¬ 𝜓 ) )
3 rexnal ( ∃ 𝑤𝑧 ¬ 𝜓 ↔ ¬ ∀ 𝑤𝑧 𝜓 )
4 2 3 bitr3i ( ∃ 𝑤 ( 𝑤𝑧 ∧ ¬ 𝜓 ) ↔ ¬ ∀ 𝑤𝑧 𝜓 )
5 exsimpl ( ∃ 𝑤 ( 𝑤𝑧 ∧ ¬ 𝜓 ) → ∃ 𝑤 𝑤𝑧 )
6 n0 ( 𝑧 ≠ ∅ ↔ ∃ 𝑤 𝑤𝑧 )
7 5 6 sylibr ( ∃ 𝑤 ( 𝑤𝑧 ∧ ¬ 𝜓 ) → 𝑧 ≠ ∅ )
8 4 7 sylbir ( ¬ ∀ 𝑤𝑧 𝜓𝑧 ≠ ∅ )
9 8 ralimi ( ∀ 𝑧𝑢 ¬ ∀ 𝑤𝑧 𝜓 → ∀ 𝑧𝑢 𝑧 ≠ ∅ )
10 1 9 sylbir ( ¬ ∃ 𝑧𝑢𝑤𝑧 𝜓 → ∀ 𝑧𝑢 𝑧 ≠ ∅ )
11 kmlem2 ( ∃ 𝑦𝑧𝑢 ( 𝑧 ≠ ∅ → ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ↔ ∃ 𝑦 ( ¬ 𝑦𝑢 ∧ ∀ 𝑧𝑢 ( 𝑧 ≠ ∅ → ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ) )
12 biimt ( 𝑧 ≠ ∅ → ( ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ↔ ( 𝑧 ≠ ∅ → ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ) )
13 12 ralimi ( ∀ 𝑧𝑢 𝑧 ≠ ∅ → ∀ 𝑧𝑢 ( ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ↔ ( 𝑧 ≠ ∅ → ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ) )
14 ralbi ( ∀ 𝑧𝑢 ( ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ↔ ( 𝑧 ≠ ∅ → ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ) → ( ∀ 𝑧𝑢 ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ↔ ∀ 𝑧𝑢 ( 𝑧 ≠ ∅ → ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ) )
15 13 14 syl ( ∀ 𝑧𝑢 𝑧 ≠ ∅ → ( ∀ 𝑧𝑢 ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ↔ ∀ 𝑧𝑢 ( 𝑧 ≠ ∅ → ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ) )
16 15 anbi2d ( ∀ 𝑧𝑢 𝑧 ≠ ∅ → ( ( ¬ 𝑦𝑢 ∧ ∀ 𝑧𝑢 ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ↔ ( ¬ 𝑦𝑢 ∧ ∀ 𝑧𝑢 ( 𝑧 ≠ ∅ → ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ) ) )
17 16 exbidv ( ∀ 𝑧𝑢 𝑧 ≠ ∅ → ( ∃ 𝑦 ( ¬ 𝑦𝑢 ∧ ∀ 𝑧𝑢 ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ↔ ∃ 𝑦 ( ¬ 𝑦𝑢 ∧ ∀ 𝑧𝑢 ( 𝑧 ≠ ∅ → ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ) ) )
18 11 17 bitr4id ( ∀ 𝑧𝑢 𝑧 ≠ ∅ → ( ∃ 𝑦𝑧𝑢 ( 𝑧 ≠ ∅ → ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ↔ ∃ 𝑦 ( ¬ 𝑦𝑢 ∧ ∀ 𝑧𝑢 ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ) )
19 10 18 syl ( ¬ ∃ 𝑧𝑢𝑤𝑧 𝜓 → ( ∃ 𝑦𝑧𝑢 ( 𝑧 ≠ ∅ → ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ↔ ∃ 𝑦 ( ¬ 𝑦𝑢 ∧ ∀ 𝑧𝑢 ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ) )
20 19 pm5.74i ( ( ¬ ∃ 𝑧𝑢𝑤𝑧 𝜓 → ∃ 𝑦𝑧𝑢 ( 𝑧 ≠ ∅ → ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ) ↔ ( ¬ ∃ 𝑧𝑢𝑤𝑧 𝜓 → ∃ 𝑦 ( ¬ 𝑦𝑢 ∧ ∀ 𝑧𝑢 ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ) )
21 pm4.64 ( ( ¬ ∃ 𝑧𝑢𝑤𝑧 𝜓 → ∃ 𝑦 ( ¬ 𝑦𝑢 ∧ ∀ 𝑧𝑢 ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ) ↔ ( ∃ 𝑧𝑢𝑤𝑧 𝜓 ∨ ∃ 𝑦 ( ¬ 𝑦𝑢 ∧ ∀ 𝑧𝑢 ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ) )
22 20 21 bitri ( ( ¬ ∃ 𝑧𝑢𝑤𝑧 𝜓 → ∃ 𝑦𝑧𝑢 ( 𝑧 ≠ ∅ → ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ) ↔ ( ∃ 𝑧𝑢𝑤𝑧 𝜓 ∨ ∃ 𝑦 ( ¬ 𝑦𝑢 ∧ ∀ 𝑧𝑢 ∃! 𝑤 𝑤 ∈ ( 𝑧𝑦 ) ) ) )