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Theorem supisolem

Description: Lemma for supiso . (Contributed by Mario Carneiro, 24-Dec-2016)

Ref Expression
Hypotheses supiso.1 ( 𝜑𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) )
supiso.2 ( 𝜑𝐶𝐴 )
Assertion supisolem ( ( 𝜑𝐷𝐴 ) → ( ( ∀ 𝑦𝐶 ¬ 𝐷 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝐷 → ∃ 𝑧𝐶 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) ↔ ( ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ ( 𝐹𝐷 ) 𝑆 𝑤 ∧ ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 ( 𝐹𝐷 ) → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 supiso.1 ( 𝜑𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) )
2 supiso.2 ( 𝜑𝐶𝐴 )
3 1 2 jca ( 𝜑 → ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) )
4 simpll ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) → 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) )
5 4 adantr ( ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) ∧ 𝑦𝐶 ) → 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) )
6 simplr ( ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) ∧ 𝑦𝐶 ) → 𝐷𝐴 )
7 simplr ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) → 𝐶𝐴 )
8 7 sselda ( ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) ∧ 𝑦𝐶 ) → 𝑦𝐴 )
9 isorel ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ ( 𝐷𝐴𝑦𝐴 ) ) → ( 𝐷 𝑅 𝑦 ↔ ( 𝐹𝐷 ) 𝑆 ( 𝐹𝑦 ) ) )
10 5 6 8 9 syl12anc ( ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) ∧ 𝑦𝐶 ) → ( 𝐷 𝑅 𝑦 ↔ ( 𝐹𝐷 ) 𝑆 ( 𝐹𝑦 ) ) )
11 10 notbid ( ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) ∧ 𝑦𝐶 ) → ( ¬ 𝐷 𝑅 𝑦 ↔ ¬ ( 𝐹𝐷 ) 𝑆 ( 𝐹𝑦 ) ) )
12 11 ralbidva ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) → ( ∀ 𝑦𝐶 ¬ 𝐷 𝑅 𝑦 ↔ ∀ 𝑦𝐶 ¬ ( 𝐹𝐷 ) 𝑆 ( 𝐹𝑦 ) ) )
13 isof1o ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) → 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵 )
14 4 13 syl ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) → 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵 )
15 f1ofn ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐹 Fn 𝐴 )
16 14 15 syl ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) → 𝐹 Fn 𝐴 )
17 breq2 ( 𝑤 = ( 𝐹𝑦 ) → ( ( 𝐹𝐷 ) 𝑆 𝑤 ↔ ( 𝐹𝐷 ) 𝑆 ( 𝐹𝑦 ) ) )
18 17 notbid ( 𝑤 = ( 𝐹𝑦 ) → ( ¬ ( 𝐹𝐷 ) 𝑆 𝑤 ↔ ¬ ( 𝐹𝐷 ) 𝑆 ( 𝐹𝑦 ) ) )
19 18 ralima ( ( 𝐹 Fn 𝐴𝐶𝐴 ) → ( ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ ( 𝐹𝐷 ) 𝑆 𝑤 ↔ ∀ 𝑦𝐶 ¬ ( 𝐹𝐷 ) 𝑆 ( 𝐹𝑦 ) ) )
20 16 7 19 syl2anc ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) → ( ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ ( 𝐹𝐷 ) 𝑆 𝑤 ↔ ∀ 𝑦𝐶 ¬ ( 𝐹𝐷 ) 𝑆 ( 𝐹𝑦 ) ) )
21 12 20 bitr4d ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) → ( ∀ 𝑦𝐶 ¬ 𝐷 𝑅 𝑦 ↔ ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ ( 𝐹𝐷 ) 𝑆 𝑤 ) )
22 4 adantr ( ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) ∧ 𝑦𝐴 ) → 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) )
23 simpr ( ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) ∧ 𝑦𝐴 ) → 𝑦𝐴 )
24 simplr ( ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) ∧ 𝑦𝐴 ) → 𝐷𝐴 )
25 isorel ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ ( 𝑦𝐴𝐷𝐴 ) ) → ( 𝑦 𝑅 𝐷 ↔ ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 ( 𝐹𝐷 ) ) )
26 22 23 24 25 syl12anc ( ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) ∧ 𝑦𝐴 ) → ( 𝑦 𝑅 𝐷 ↔ ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 ( 𝐹𝐷 ) ) )
27 22 adantr ( ( ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) ∧ 𝑦𝐴 ) ∧ 𝑧𝐶 ) → 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) )
28 simplr ( ( ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) ∧ 𝑦𝐴 ) ∧ 𝑧𝐶 ) → 𝑦𝐴 )
29 7 adantr ( ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) ∧ 𝑦𝐴 ) → 𝐶𝐴 )
30 29 sselda ( ( ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) ∧ 𝑦𝐴 ) ∧ 𝑧𝐶 ) → 𝑧𝐴 )
31 isorel ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ ( 𝑦𝐴𝑧𝐴 ) ) → ( 𝑦 𝑅 𝑧 ↔ ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 ( 𝐹𝑧 ) ) )
32 27 28 30 31 syl12anc ( ( ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) ∧ 𝑦𝐴 ) ∧ 𝑧𝐶 ) → ( 𝑦 𝑅 𝑧 ↔ ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 ( 𝐹𝑧 ) ) )
33 32 rexbidva ( ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) ∧ 𝑦𝐴 ) → ( ∃ 𝑧𝐶 𝑦 𝑅 𝑧 ↔ ∃ 𝑧𝐶 ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 ( 𝐹𝑧 ) ) )
34 16 adantr ( ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) ∧ 𝑦𝐴 ) → 𝐹 Fn 𝐴 )
35 breq2 ( 𝑣 = ( 𝐹𝑧 ) → ( ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 𝑣 ↔ ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 ( 𝐹𝑧 ) ) )
36 35 rexima ( ( 𝐹 Fn 𝐴𝐶𝐴 ) → ( ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 𝑣 ↔ ∃ 𝑧𝐶 ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 ( 𝐹𝑧 ) ) )
37 34 29 36 syl2anc ( ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) ∧ 𝑦𝐴 ) → ( ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 𝑣 ↔ ∃ 𝑧𝐶 ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 ( 𝐹𝑧 ) ) )
38 33 37 bitr4d ( ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) ∧ 𝑦𝐴 ) → ( ∃ 𝑧𝐶 𝑦 𝑅 𝑧 ↔ ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 𝑣 ) )
39 26 38 imbi12d ( ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) ∧ 𝑦𝐴 ) → ( ( 𝑦 𝑅 𝐷 → ∃ 𝑧𝐶 𝑦 𝑅 𝑧 ) ↔ ( ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 ( 𝐹𝐷 ) → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 𝑣 ) ) )
40 39 ralbidva ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) → ( ∀ 𝑦𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝐷 → ∃ 𝑧𝐶 𝑦 𝑅 𝑧 ) ↔ ∀ 𝑦𝐴 ( ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 ( 𝐹𝐷 ) → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 𝑣 ) ) )
41 f1ofo ( 𝐹 : 𝐴1-1-onto𝐵𝐹 : 𝐴onto𝐵 )
42 breq1 ( ( 𝐹𝑦 ) = 𝑤 → ( ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 ( 𝐹𝐷 ) ↔ 𝑤 𝑆 ( 𝐹𝐷 ) ) )
43 breq1 ( ( 𝐹𝑦 ) = 𝑤 → ( ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 𝑣𝑤 𝑆 𝑣 ) )
44 43 rexbidv ( ( 𝐹𝑦 ) = 𝑤 → ( ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 𝑣 ↔ ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) )
45 42 44 imbi12d ( ( 𝐹𝑦 ) = 𝑤 → ( ( ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 ( 𝐹𝐷 ) → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 𝑣 ) ↔ ( 𝑤 𝑆 ( 𝐹𝐷 ) → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) )
46 45 cbvfo ( 𝐹 : 𝐴onto𝐵 → ( ∀ 𝑦𝐴 ( ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 ( 𝐹𝐷 ) → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 𝑣 ) ↔ ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 ( 𝐹𝐷 ) → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) )
47 14 41 46 3syl ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) → ( ∀ 𝑦𝐴 ( ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 ( 𝐹𝐷 ) → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ( 𝐹𝑦 ) 𝑆 𝑣 ) ↔ ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 ( 𝐹𝐷 ) → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) )
48 40 47 bitrd ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) → ( ∀ 𝑦𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝐷 → ∃ 𝑧𝐶 𝑦 𝑅 𝑧 ) ↔ ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 ( 𝐹𝐷 ) → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) )
49 21 48 anbi12d ( ( ( 𝐹 Isom 𝑅 , 𝑆 ( 𝐴 , 𝐵 ) ∧ 𝐶𝐴 ) ∧ 𝐷𝐴 ) → ( ( ∀ 𝑦𝐶 ¬ 𝐷 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝐷 → ∃ 𝑧𝐶 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) ↔ ( ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ ( 𝐹𝐷 ) 𝑆 𝑤 ∧ ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 ( 𝐹𝐷 ) → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) ) )
50 3 49 sylan ( ( 𝜑𝐷𝐴 ) → ( ( ∀ 𝑦𝐶 ¬ 𝐷 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝐷 → ∃ 𝑧𝐶 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) ↔ ( ∀ 𝑤 ∈ ( 𝐹𝐶 ) ¬ ( 𝐹𝐷 ) 𝑆 𝑤 ∧ ∀ 𝑤𝐵 ( 𝑤 𝑆 ( 𝐹𝐷 ) → ∃ 𝑣 ∈ ( 𝐹𝐶 ) 𝑤 𝑆 𝑣 ) ) ) )