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Theorem grur1 8458
Description: A characterization of Grothendieck's universes, part 2. (Contributed by Mario Carneiro, 24-Jun-2013.)
Hypothesis
Ref Expression
gruina.1  |-  A  =  ( U  i^i  On )
Assertion
Ref Expression
grur1  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  ->  U  =  ( R1 `  A ) )

Proof of Theorem grur1
Dummy variables  x  y are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nss 3249 . . . . 5  |-  ( -.  U  C_  ( R1 `  A )  <->  E. x
( x  e.  U  /\  -.  x  e.  ( R1 `  A ) ) )
2 fveq2 5541 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( y  =  x  ->  ( rank `  y )  =  ( rank `  x
) )
32eqeq1d 2304 . . . . . . . . . . 11  |-  ( y  =  x  ->  (
( rank `  y )  =  A  <->  ( rank `  x
)  =  A ) )
43rspcev 2897 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( x  e.  U  /\  ( rank `  x )  =  A )  ->  E. y  e.  U  ( rank `  y )  =  A )
54ex 423 . . . . . . . . 9  |-  ( x  e.  U  ->  (
( rank `  x )  =  A  ->  E. y  e.  U  ( rank `  y )  =  A ) )
65ad2antrl 708 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( x  e.  U  /\  -.  x  e.  ( R1 `  A
) ) )  -> 
( ( rank `  x
)  =  A  ->  E. y  e.  U  ( rank `  y )  =  A ) )
7 simplr 731 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( x  e.  U  /\  -.  x  e.  ( R1 `  A
) ) )  ->  U  e.  U. ( R1 " On ) )
8 simprl 732 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( x  e.  U  /\  -.  x  e.  ( R1 `  A
) ) )  ->  x  e.  U )
9 r1elssi 7493 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( U  e.  U. ( R1
" On )  ->  U  C_  U. ( R1
" On ) )
109sseld 3192 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( U  e.  U. ( R1
" On )  -> 
( x  e.  U  ->  x  e.  U. ( R1 " On ) ) )
117, 8, 10sylc 56 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( x  e.  U  /\  -.  x  e.  ( R1 `  A
) ) )  ->  x  e.  U. ( R1 " On ) )
12 tcrank 7570 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  e.  U. ( R1
" On )  -> 
( rank `  x )  =  ( rank " ( TC `  x ) ) )
1311, 12syl 15 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( x  e.  U  /\  -.  x  e.  ( R1 `  A
) ) )  -> 
( rank `  x )  =  ( rank " ( TC `  x ) ) )
1413eleq2d 2363 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( x  e.  U  /\  -.  x  e.  ( R1 `  A
) ) )  -> 
( A  e.  (
rank `  x )  <->  A  e.  ( rank " ( TC `  x ) ) ) )
15 gruelss 8432 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  x  e.  U )  ->  x  C_  U )
1615ralrimiva 2639 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( U  e.  Univ  ->  A. x  e.  U  x  C_  U
)
17 dftr3 4133 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( Tr  U  <->  A. x  e.  U  x  C_  U )
1816, 17sylibr 203 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( U  e.  Univ  ->  Tr  U
)
1918adantr 451 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  x  e.  U )  ->  Tr  U )
20 vex 2804 . . . . . . . . . . . . 13  |-  x  e. 
_V
21 tcmin 7442 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( x  e.  _V  ->  (
( x  C_  U  /\  Tr  U )  -> 
( TC `  x
)  C_  U )
)
2220, 21ax-mp 8 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( x  C_  U  /\  Tr  U )  ->  ( TC `  x )  C_  U )
2315, 19, 22syl2anc 642 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  x  e.  U )  ->  ( TC `  x )  C_  U )
24 rankf 7482 . . . . . . . . . . . . 13  |-  rank : U. ( R1 " On ) --> On
25 ffun 5407 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( rank
: U. ( R1
" On ) --> On 
->  Fun  rank )
2624, 25ax-mp 8 . . . . . . . . . . . 12  |-  Fun  rank
27 fvelima 5590 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( Fun  rank  /\  A  e.  ( rank " ( TC `  x ) ) )  ->  E. y  e.  ( TC `  x
) ( rank `  y
)  =  A )
2826, 27mpan 651 . . . . . . . . . . 11  |-  ( A  e.  ( rank " ( TC `  x ) )  ->  E. y  e.  ( TC `  x ) ( rank `  y
)  =  A )
29 ssrexv 3251 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( TC `  x ) 
C_  U  ->  ( E. y  e.  ( TC `  x ) (
rank `  y )  =  A  ->  E. y  e.  U  ( rank `  y )  =  A ) )
3023, 28, 29syl2im 34 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  x  e.  U )  ->  ( A  e.  ( rank " ( TC `  x
) )  ->  E. y  e.  U  ( rank `  y )  =  A ) )
3130ad2ant2r 727 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( x  e.  U  /\  -.  x  e.  ( R1 `  A
) ) )  -> 
( A  e.  (
rank " ( TC `  x ) )  ->  E. y  e.  U  ( rank `  y )  =  A ) )
3214, 31sylbid 206 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( x  e.  U  /\  -.  x  e.  ( R1 `  A
) ) )  -> 
( A  e.  (
rank `  x )  ->  E. y  e.  U  ( rank `  y )  =  A ) )
33 simprr 733 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( x  e.  U  /\  -.  x  e.  ( R1 `  A
) ) )  ->  -.  x  e.  ( R1 `  A ) )
34 ne0i 3474 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x  e.  U  ->  U  =/=  (/) )
35 gruina.1 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  A  =  ( U  i^i  On )
3635gruina 8456 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  U  =/=  (/) )  ->  A  e.  Inacc )
3734, 36sylan2 460 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  x  e.  U )  ->  A  e.  Inacc )
38 inawina 8328 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( A  e.  Inacc  ->  A  e.  Inacc W )
39 winaon 8326 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( A  e.  Inacc W  ->  A  e.  On )
4037, 38, 393syl 18 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  x  e.  U )  ->  A  e.  On )
41 r1fnon 7455 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  R1  Fn  On
42 fndm 5359 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( R1  Fn  On  ->  dom  R1  =  On )
4341, 42ax-mp 8 . . . . . . . . . . . . 13  |-  dom  R1  =  On
4440, 43syl6eleqr 2387 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  x  e.  U )  ->  A  e.  dom  R1 )
4544ad2ant2r 727 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( x  e.  U  /\  -.  x  e.  ( R1 `  A
) ) )  ->  A  e.  dom  R1 )
46 rankr1ag 7490 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( x  e.  U. ( R1 " On )  /\  A  e.  dom  R1 )  ->  ( x  e.  ( R1 `  A
)  <->  ( rank `  x
)  e.  A ) )
4711, 45, 46syl2anc 642 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( x  e.  U  /\  -.  x  e.  ( R1 `  A
) ) )  -> 
( x  e.  ( R1 `  A )  <-> 
( rank `  x )  e.  A ) )
4833, 47mtbid 291 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( x  e.  U  /\  -.  x  e.  ( R1 `  A
) ) )  ->  -.  ( rank `  x
)  e.  A )
49 rankon 7483 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( rank `  x )  e.  On
50 eloni 4418 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( (
rank `  x )  e.  On  ->  Ord  ( rank `  x ) )
51 eloni 4418 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( A  e.  On  ->  Ord  A )
52 ordtri3or 4440 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( Ord  ( rank `  x
)  /\  Ord  A )  ->  ( ( rank `  x )  e.  A  \/  ( rank `  x
)  =  A  \/  A  e.  ( rank `  x ) ) )
5350, 51, 52syl2an 463 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( rank `  x
)  e.  On  /\  A  e.  On )  ->  ( ( rank `  x
)  e.  A  \/  ( rank `  x )  =  A  \/  A  e.  ( rank `  x
) ) )
5449, 40, 53sylancr 644 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  x  e.  U )  ->  (
( rank `  x )  e.  A  \/  ( rank `  x )  =  A  \/  A  e.  ( rank `  x
) ) )
55 3orass 937 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( rank `  x
)  e.  A  \/  ( rank `  x )  =  A  \/  A  e.  ( rank `  x
) )  <->  ( ( rank `  x )  e.  A  \/  ( (
rank `  x )  =  A  \/  A  e.  ( rank `  x
) ) ) )
5654, 55sylib 188 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  x  e.  U )  ->  (
( rank `  x )  e.  A  \/  (
( rank `  x )  =  A  \/  A  e.  ( rank `  x
) ) ) )
5756ord 366 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  x  e.  U )  ->  ( -.  ( rank `  x
)  e.  A  -> 
( ( rank `  x
)  =  A  \/  A  e.  ( rank `  x ) ) ) )
5857ad2ant2r 727 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( x  e.  U  /\  -.  x  e.  ( R1 `  A
) ) )  -> 
( -.  ( rank `  x )  e.  A  ->  ( ( rank `  x
)  =  A  \/  A  e.  ( rank `  x ) ) ) )
5948, 58mpd 14 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( x  e.  U  /\  -.  x  e.  ( R1 `  A
) ) )  -> 
( ( rank `  x
)  =  A  \/  A  e.  ( rank `  x ) ) )
606, 32, 59mpjaod 370 . . . . . . 7  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( x  e.  U  /\  -.  x  e.  ( R1 `  A
) ) )  ->  E. y  e.  U  ( rank `  y )  =  A )
6160ex 423 . . . . . 6  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  ->  (
( x  e.  U  /\  -.  x  e.  ( R1 `  A ) )  ->  E. y  e.  U  ( rank `  y )  =  A ) )
6261exlimdv 1626 . . . . 5  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  ->  ( E. x ( x  e.  U  /\  -.  x  e.  ( R1 `  A
) )  ->  E. y  e.  U  ( rank `  y )  =  A ) )
631, 62syl5bi 208 . . . 4  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  ->  ( -.  U  C_  ( R1
`  A )  ->  E. y  e.  U  ( rank `  y )  =  A ) )
64 simpll 730 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( y  e.  U  /\  ( rank `  y )  =  A ) )  ->  U  e.  Univ )
65 ne0i 3474 . . . . . . . . . . 11  |-  ( y  e.  U  ->  U  =/=  (/) )
6665, 36sylan2 460 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  y  e.  U )  ->  A  e.  Inacc )
6766ad2ant2r 727 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( y  e.  U  /\  ( rank `  y )  =  A ) )  ->  A  e.  Inacc )
6867, 38, 393syl 18 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( y  e.  U  /\  ( rank `  y )  =  A ) )  ->  A  e.  On )
69 simprl 732 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( y  e.  U  /\  ( rank `  y )  =  A ) )  ->  y  e.  U )
70 fveq2 5541 . . . . . . . . . . 11  |-  ( (
rank `  y )  =  A  ->  ( cf `  ( rank `  y
) )  =  ( cf `  A ) )
7170ad2antll 709 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( y  e.  U  /\  ( rank `  y )  =  A ) )  ->  ( cf `  ( rank `  y
) )  =  ( cf `  A ) )
72 elina 8325 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( A  e.  Inacc 
<->  ( A  =/=  (/)  /\  ( cf `  A )  =  A  /\  A. x  e.  A  ~P x  ~<  A ) )
7372simp2bi 971 . . . . . . . . . . 11  |-  ( A  e.  Inacc  ->  ( cf `  A )  =  A )
7467, 73syl 15 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( y  e.  U  /\  ( rank `  y )  =  A ) )  ->  ( cf `  A )  =  A )
7571, 74eqtrd 2328 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( y  e.  U  /\  ( rank `  y )  =  A ) )  ->  ( cf `  ( rank `  y
) )  =  A )
76 rankcf 8415 . . . . . . . . . 10  |-  -.  y  ~<  ( cf `  ( rank `  y ) )
77 fvex 5555 . . . . . . . . . . 11  |-  ( cf `  ( rank `  y
) )  e.  _V
78 vex 2804 . . . . . . . . . . 11  |-  y  e. 
_V
79 domtri 8194 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( cf `  ( rank `  y ) )  e.  _V  /\  y  e.  _V )  ->  (
( cf `  ( rank `  y ) )  ~<_  y  <->  -.  y  ~<  ( cf `  ( rank `  y ) ) ) )
8077, 78, 79mp2an 653 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( cf `  ( rank `  y ) )  ~<_  y  <->  -.  y  ~<  ( cf `  ( rank `  y
) ) )
8176, 80mpbir 200 . . . . . . . . 9  |-  ( cf `  ( rank `  y
) )  ~<_  y
8275, 81syl6eqbrr 4077 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( y  e.  U  /\  ( rank `  y )  =  A ) )  ->  A  ~<_  y )
83 grudomon 8455 . . . . . . . 8  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  A  e.  On  /\  ( y  e.  U  /\  A  ~<_  y ) )  ->  A  e.  U )
8464, 68, 69, 82, 83syl112anc 1186 . . . . . . 7  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( y  e.  U  /\  ( rank `  y )  =  A ) )  ->  A  e.  U )
85 elin 3371 . . . . . . . . . . 11  |-  ( A  e.  ( U  i^i  On )  <->  ( A  e.  U  /\  A  e.  On ) )
8685biimpri 197 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( A  e.  U  /\  A  e.  On )  ->  A  e.  ( U  i^i  On ) )
8786, 35syl6eleqr 2387 . . . . . . . . 9  |-  ( ( A  e.  U  /\  A  e.  On )  ->  A  e.  A )
88 ordirr 4426 . . . . . . . . . . 11  |-  ( Ord 
A  ->  -.  A  e.  A )
8951, 88syl 15 . . . . . . . . . 10  |-  ( A  e.  On  ->  -.  A  e.  A )
9089adantl 452 . . . . . . . . 9  |-  ( ( A  e.  U  /\  A  e.  On )  ->  -.  A  e.  A
)
9187, 90pm2.65i 165 . . . . . . . 8  |-  -.  ( A  e.  U  /\  A  e.  On )
9291pm2.21i 123 . . . . . . 7  |-  ( ( A  e.  U  /\  A  e.  On )  ->  U  C_  ( R1 `  A ) )
9384, 68, 92syl2anc 642 . . . . . 6  |-  ( ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  /\  ( y  e.  U  /\  ( rank `  y )  =  A ) )  ->  U  C_  ( R1 `  A
) )
9493exp32 588 . . . . 5  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  ->  (
y  e.  U  -> 
( ( rank `  y
)  =  A  ->  U  C_  ( R1 `  A ) ) ) )
9594rexlimdv 2679 . . . 4  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  ->  ( E. y  e.  U  ( rank `  y )  =  A  ->  U  C_  ( R1 `  A ) ) )
9663, 95syld 40 . . 3  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  ->  ( -.  U  C_  ( R1
`  A )  ->  U  C_  ( R1 `  A ) ) )
9796pm2.18d 103 . 2  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  ->  U  C_  ( R1 `  A
) )
9835grur1a 8457 . . 3  |-  ( U  e.  Univ  ->  ( R1
`  A )  C_  U )
9998adantr 451 . 2  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  ->  ( R1 `  A )  C_  U )
10097, 99eqssd 3209 1  |-  ( ( U  e.  Univ  /\  U  e.  U. ( R1 " On ) )  ->  U  =  ( R1 `  A ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 176    \/ wo 357    /\ wa 358    \/ w3o 933   E.wex 1531    = wceq 1632    e. wcel 1696    =/= wne 2459   A.wral 2556   E.wrex 2557   _Vcvv 2801    i^i cin 3164    C_ wss 3165   (/)c0 3468   ~Pcpw 3638   U.cuni 3843   class class class wbr 4039   Tr wtr 4129   Ord word 4407   Oncon0 4408   dom cdm 4705   "cima 4708   Fun wfun 5265    Fn wfn 5266   -->wf 5267   ` cfv 5271    ~<_ cdom 6877    ~< csdm 6878   TCctc 7437   R1cr1 7450   rankcrnk 7451   cfccf 7586   Inacc Wcwina 8320   Inacccina 8321   Univcgru 8428
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This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1536  ax-5 1547  ax-17 1606  ax-9 1644  ax-8 1661  ax-13 1698  ax-14 1700  ax-6 1715  ax-7 1720  ax-11 1727  ax-12 1878  ax-ext 2277  ax-rep 4147  ax-sep 4157  ax-nul 4165  ax-pow 4204  ax-pr 4230  ax-un 4528  ax-inf2 7358  ax-ac2 8105
This theorem depends on definitions:  df-bi 177  df-or 359  df-an 360  df-3or 935  df-3an 936  df-tru 1310  df-ex 1532  df-nf 1535  df-sb 1639  df-eu 2160  df-mo 2161  df-clab 2283  df-cleq 2289  df-clel 2292  df-nfc 2421  df-ne 2461  df-ral 2561  df-rex 2562  df-reu 2563  df-rmo 2564  df-rab 2565  df-v 2803  df-sbc 3005  df-csb 3095  df-dif 3168  df-un 3170  df-in 3172  df-ss 3179  df-pss 3181  df-nul 3469  df-if 3579  df-pw 3640  df-sn 3659  df-pr 3660  df-tp 3661  df-op 3662  df-uni 3844  df-int 3879  df-iun 3923  df-iin 3924  df-br 4040  df-opab 4094  df-mpt 4095  df-tr 4130  df-eprel 4321  df-id 4325  df-po 4330  df-so 4331  df-fr 4368  df-se 4369  df-we 4370  df-ord 4411  df-on 4412  df-lim 4413  df-suc 4414  df-om 4673  df-xp 4711  df-rel 4712  df-cnv 4713  df-co 4714  df-dm 4715  df-rn 4716  df-res 4717  df-ima 4718  df-iota 5235  df-fun 5273  df-fn 5274  df-f 5275  df-f1 5276  df-fo 5277  df-f1o 5278  df-fv 5279  df-isom 5280  df-ov 5877  df-oprab 5878  df-mpt2 5879  df-1st 6138  df-2nd 6139  df-riota 6320  df-recs 6404  df-rdg 6439  df-1o 6495  df-er 6676  df-map 6790  df-en 6880  df-dom 6881  df-sdom 6882  df-fin 6883  df-tc 7438  df-r1 7452  df-rank 7453  df-card 7588  df-cf 7590  df-acn 7591  df-ac 7759  df-wina 8322  df-ina 8323  df-gru 8429
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