HomeHome Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Related theorems
Unicode version

Theorem zorn 4721
Description: Zorn's Lemma. If the union of every chain (with respect to inclusion) in a set belongs to the set, then the set contains a maximal element. This theorem is equivalent to the Axiom of Choice. Theorem 6M of [Enderton] p. 151. See zorn2 4720 for a version with general partial orderings.
Hypothesis
Ref Expression
zorn2.1 |- A e. V
Assertion
Ref Expression
zorn |- (A.z((z (_ A /\ A.x e. z A.y e. z (x (_ y \/ y (_ x)) -> U.z e. A) -> E.x e. A A.y e. A -. x (. y)
Distinct variable group:   x,y,z,A

Proof of Theorem zorn
StepHypRef Expression
1 df-so 2814 . . . . . . . 8 |- ({<.w, v>. | w (. v} Or z <-> ({<.w, v>. | w (. v} Po z /\ A.x e. z A.y e. z (x{<.w, v>. | w (. v}y \/ x = y \/ y{<.w, v>. | w (. v}x)))
21pm3.27bi 326 . . . . . . 7 |- ({<.w, v>. | w (. v} Or z -> A.x e. z A.y e. z (x{<.w, v>. | w (. v}y \/ x = y \/ y{<.w, v>. | w (. v}x))
3 zornlem 4719 . . . . . . . . . 10 |- (x{<.w, v>. | w (. v}y <-> x (. y)
4 pm4.2 170 . . . . . . . . . 10 |- (x = y <-> x = y)
5 zornlem 4719 . . . . . . . . . 10 |- (y{<.w, v>. | w (. v}x <-> y (. x)
63, 4, 53orbi123i 820 . . . . . . . . 9 |- ((x{<.w, v>. | w (. v}y \/ x = y \/ y{<.w, v>. | w (. v}x) <-> (x (. y \/ x = y \/ y (. x))
7 sspsstri 2119 . . . . . . . . 9 |- ((x (_ y \/ y (_ x) <-> (x (. y \/ x = y \/ y (. x))
86, 7bitr4 176 . . . . . . . 8 |- ((x{<.w, v>. | w (. v}y \/ x = y \/ y{<.w, v>. | w (. v}x) <-> (x (_ y \/ y (_ x))
982ralbii 1645 . . . . . . 7 |- (A.x e. z A.y e. z (x{<.w, v>. | w (. v}y \/ x = y \/ y{<.w, v>. | w (. v}x) <-> A.x e. z A.y e. z (x (_ y \/ y (_ x))
102, 9sylib 198 . . . . . 6 |- ({<.w, v>. | w (. v} Or z -> A.x e. z A.y e. z (x (_ y \/ y (_ x))
1110anim2i 335 . . . . 5 |- ((z (_ A /\ {<.w, v>. | w (. v} Or z) -> (z (_ A /\ A.x e. z A.y e. z (x (_ y \/ y (_ x)))
12 risset 1661 . . . . . 6 |- (U.z e. A <-> E.x e. A x = U.z)
13 eqimss2 2081 . . . . . . . . 9 |- (x = U.z -> U.z (_ x)
14 unissb 2496 . . . . . . . . 9 |- (U.z (_ x <-> A.u e. z u (_ x)
1513, 14sylib 198 . . . . . . . 8 |- (x = U.z -> A.u e. z u (_ x)
16 zornlem 4719 . . . . . . . . . . 11 |- (u{<.w, v>. | w (. v}x <-> u (. x)
1716orbi1i 256 . . . . . . . . . 10 |- ((u{<.w, v>. | w (. v}x \/ u = x) <-> (u (. x \/ u = x))
18 sspss 2116 . . . . . . . . . 10 |- (u (_ x <-> (u (. x \/ u = x))
1917, 18bitr4 176 . . . . . . . . 9 |- ((u{<.w, v>. | w (. v}x \/ u = x) <-> u (_ x)
2019ralbii 1643 . . . . . . . 8 |- (A.u e. z (u{<.w, v>. | w (. v}x \/ u = x) <-> A.u e. z u (_ x)
2115, 20sylibr 200 . . . . . . 7 |- (x = U.z -> A.u e. z (u{<.w, v>. | w (. v}x \/ u = x))
2221r19.22si 1710 . . . . . 6 |- (E.x e. A x = U.z -> E.x e. A A.u e. z (u{<.w, v>. | w (. v}x \/ u = x))
2312, 22sylbi 199 . . . . 5 |- (U.z e. A -> E.x e. A A.u e. z (u{<.w, v>. | w (. v}x \/ u = x))
2411, 23imim12i 18 . . . 4 |- (((z (_ A /\ A.x e. z A.y e. z (x (_ y \/ y (_ x)) -> U.z e. A) -> ((z (_ A /\ {<.w, v>. | w (. v} Or z) -> E.x e. A A.u e. z (u{<.w, v>. | w (. v}x \/ u = x)))
252419.20i 968 . . 3 |- (A.z((z (_ A /\ A.x e. z A.y e. z (x (_ y \/ y (_ x)) -> U.z e. A) -> A.z((z (_ A /\ {<.w, v>. | w (. v} Or z) -> E.x e. A A.u e. z (u{<.w, v>. | w (. v}x \/ u = x)))
26 pssirr 2117 . . . . . . . . 9 |- -. u (. u
27 zornlem 4719 . . . . . . . . 9 |- (u{<.w, v>. | w (. v}u <-> u (. u)
2826, 27mtbir 192 . . . . . . . 8 |- -. u{<.w, v>. | w (. v}u
29 psstr 2121 . . . . . . . . . 10 |- ((u (. y /\ y (. x) -> u (. x)
3029, 16sylibr 200 . . . . . . . . 9 |- ((u (. y /\ y (. x) -> u{<.w, v>. | w (. v}x)
31 zornlem 4719 . . . . . . . . 9 |- (u{<.w, v>. | w (. v}y <-> u (. y)
3230, 31, 5syl2anb 455 . . . . . . . 8 |- ((u{<.w, v>. | w (. v}y /\ y{<.w, v>. | w (. v}x) -> u{<.w, v>. | w (. v}x)
3328, 32pm3.2i 285 . . . . . . 7 |- (-. u{<.w, v>. | w (. v}u /\ ((u{<.w, v>. | w (. v}y /\ y{<.w, v>. | w (. v}x) -> u{<.w, v>. | w (. v}x))
3433a1i 8 . . . . . 6 |- ((u e. A /\ y e. A /\ x e. A) -> (-. u{<.w, v>. | w (. v}u /\ ((u{<.w, v>. | w (. v}y /\ y{<.w, v>. | w (. v}x) -> u{<.w, v>. | w (. v}x)))
3534rgen3 1700 . . . . 5 |- A.u e. A A.y e. A A.x e. A (-. u{<.w, v>. | w (. v}u /\ ((u{<.w, v>. | w (. v}y /\ y{<.w, v>. | w (. v}x) -> u{<.w, v>. | w (. v}x))
36 df-po 2804 . . . . 5 |- ({<.w, v>. | w (. v} Po A <-> A.u e. A A.y e. A A.x e. A (-. u{<.w, v>. | w (. v}u /\ ((u{<.w, v>. | w (. v}y /\ y{<.w, v>. | w (. v}x) -> u{<.w, v>. | w (. v}x)))
3735, 36mpbir 190 . . . 4 |- {<.w, v>. | w (. v} Po A
38 zorn2.1 . . . . 5 |- A e. V
3938zorn2 4720 . . . 4 |- (({<.w, v>. | w (. v} Po A /\ A.z((z (_ A /\ {<.w, v>. | w (. v} Or z) -> E.x e. A A.u e. z (u{<.w, v>. | w (. v}x \/ u = x))) -> E.x e. A A.y e. A -. x{<.w, v>. | w (. v}y)
4037, 39mpan 692 . . 3 |- (A.z((z (_ A /\ {<.w, v>. | w (. v} Or z) -> E.x e. A A.u e. z (u{<.w, v>. | w (. v}x \/ u = x)) -> E.x e. A A.y e. A -. x{<.w, v>. | w (. v}y)
4125, 40syl 10 . 2 |- (A.z((z (_ A /\ A.x e. z A.y e. z (x (_ y \/ y (_ x)) -> U.z e. A) -> E.x e. A A.y e. A -. x{<.w, v>. | w (. v}y)
423negbii 187 . . . 4 |- (-. x{<.w, v>. | w (. v}y <-> -. x (. y)
4342ralbii 1643 . . 3 |- (A.y e. A -. x{<.w, v>. | w (. v}y <-> A.y e. A -. x (. y)
4443rexbii 1644 . 2 |- (E.x e. A A.y e. A -. x{<.w, v>. | w (. v}y <-> E.x e. A A.y e. A -. x (. y)
4541, 44sylib 198 1 |- (A.z((z (_ A /\ A.x e. z A.y e. z (x (_ y \/ y (_ x)) -> U.z e. A) -> E.x e. A A.y e. A -. x (. y)
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:  -. wn 2   -> wi 3   \/ wo 222   /\ wa 223   \/ w3o 771   /\ w3a 772  A.wal 950   = wceq 1099   e. wcel 1105  A.wral 1621  E.wrex 1622  Vcvv 1786   (_ wss 2018   (. wpss 2019  U.cuni 2471   class class class wbr 2587  {copab 2634   Po wpo 2802   Or wor 2803
This theorem is referenced by:  infxpidmlem9 7454
This theorem was proved from axioms:  ax-1 4  ax-2 5  ax-3 6  ax-mp 7  ax-4 951  ax-5 952  ax-6 953  ax-7 954  ax-gen 955  ax-8 1101  ax-9 1102  ax-10 1103  ax-12 1104  ax-13 1107  ax-14 1108  ax-11 1180  ax-17 1190  ax-16 1194  ax-11o 1202  ax-ext 1436  ax-rep 2661  ax-sep 2671  ax-nul 2678  ax-pow 2710  ax-pr 2747  ax-un 2830  ax-ac 4668
This theorem depends on definitions:  df-bi 147  df-or 224  df-an 225  df-3or 773  df-3an 774  df-ex 957  df-sb 1155  df-eu 1359  df-mo 1360  df-clab 1441  df-cleq 1446  df-clel 1449  df-ne 1563  df-ral 1625  df-rex 1626  df-reu 1627  df-rab 1628  df-v 1787  df-sbc 1913  df-dif 2020  df-un 2021  df-in 2022  df-ss 2024  df-pss 2026  df-nul 2252  df-pw 2373  df-sn 2383  df-pr 2384  df-tp 2386  df-op 2387  df-uni 2472  df-int 2502  df-iun 2536  df-br 2588  df-opab 2635  df-tr 2649  df-eprel 2794  df-id 2797  df-po 2804  df-so 2814  df-fr 2880  df-we 2897  df-ord 2914  df-on 2915  df-suc 2917  df-xp 3147  df-rel 3148  df-cnv 3149  df-co 3150  df-dm 3151  df-rn 3152  df-res 3153  df-ima 3154  df-fun 3155  df-fn 3156  df-f 3157  df-f1 3158  df-fo 3159  df-f1o 3160  df-fv 3161  df-iso 3162
Copyright terms: Public domain