Theorem bm1.1 2025

Description: Any set defined by a property is the only set defined by that property. Theorem 1.1 of [BellMachover] p. 462. (Contributed by NM, 30-Jun-1994.)

Hypothesis

Ref	Expression
bm1.1.1	⊢ Ⅎ𝑥𝜑

Assertion

Ref	Expression
bm1.1	⊢ (∃𝑥∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑) → ∃!𝑥∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑))

Distinct variable group:   𝑥,𝑦

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥,𝑦)

Proof of Theorem bm1.1

Dummy variable 𝑧 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nfv 1421	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑥 𝑦 ∈ 𝑧
2		bm1.1.1	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑥𝜑
3	1, 2	nfbi 1481	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑥(𝑦 ∈ 𝑧 ↔ 𝜑)
4	3	nfal 1468	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑥∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑧 ↔ 𝜑)
5		elequ2 1601	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 = 𝑧 → (𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝑦 ∈ 𝑧))
6	5	bibi1d 222	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 𝑧 → ((𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑) ↔ (𝑦 ∈ 𝑧 ↔ 𝜑)))
7	6	albidv 1705	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝑧 → (∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑) ↔ ∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑧 ↔ 𝜑)))
8	4, 7	sbie 1674	. . . . 5 ⊢ ([𝑧 / 𝑥]∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑) ↔ ∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑧 ↔ 𝜑))
9		19.26 1370	. . . . . 6 ⊢ (∀𝑦((𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑) ∧ (𝑦 ∈ 𝑧 ↔ 𝜑)) ↔ (∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑) ∧ ∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑧 ↔ 𝜑)))
10		biantr 859	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑) ∧ (𝑦 ∈ 𝑧 ↔ 𝜑)) → (𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝑦 ∈ 𝑧))
11	10	alimi 1344	. . . . . . 7 ⊢ (∀𝑦((𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑) ∧ (𝑦 ∈ 𝑧 ↔ 𝜑)) → ∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝑦 ∈ 𝑧))
12		ax-ext 2022	. . . . . . 7 ⊢ (∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝑦 ∈ 𝑧) → 𝑥 = 𝑧)
13	11, 12	syl 14	. . . . . 6 ⊢ (∀𝑦((𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑) ∧ (𝑦 ∈ 𝑧 ↔ 𝜑)) → 𝑥 = 𝑧)
14	9, 13	sylbir 125	. . . . 5 ⊢ ((∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑) ∧ ∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑧 ↔ 𝜑)) → 𝑥 = 𝑧)
15	8, 14	sylan2b 271	. . . 4 ⊢ ((∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑) ∧ [𝑧 / 𝑥]∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑)) → 𝑥 = 𝑧)
16	15	gen2 1339	. . 3 ⊢ ∀𝑥∀𝑧((∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑) ∧ [𝑧 / 𝑥]∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑)) → 𝑥 = 𝑧)
17	16	jctr 298	. 2 ⊢ (∃𝑥∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑) → (∃𝑥∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑) ∧ ∀𝑥∀𝑧((∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑) ∧ [𝑧 / 𝑥]∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑)) → 𝑥 = 𝑧)))
18		nfv 1421	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑧∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑)
19	18	eu2 1944	. 2 ⊢ (∃!𝑥∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑) ↔ (∃𝑥∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑) ∧ ∀𝑥∀𝑧((∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑) ∧ [𝑧 / 𝑥]∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑)) → 𝑥 = 𝑧)))
20	17, 19	sylibr 137	1 ⊢ (∃𝑥∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑) → ∃!𝑥∀𝑦(𝑦 ∈ 𝑥 ↔ 𝜑))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 97   ↔ wb 98  ∀wal 1241  Ⅎwnf 1349  ∃wex 1381  [wsb 1645  ∃!weu 1900

This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 99  ax-ia2 100  ax-ia3 101  ax-io 630  ax-5 1336  ax-7 1337  ax-gen 1338  ax-ie1 1382  ax-ie2 1383  ax-8 1395  ax-10 1396  ax-11 1397  ax-i12 1398  ax-bndl 1399  ax-4 1400  ax-14 1405  ax-17 1419  ax-i9 1423  ax-ial 1427  ax-i5r 1428  ax-ext 2022

This theorem depends on definitions:  df-bi 110  df-tru 1246  df-nf 1350  df-sb 1646  df-eu 1903

This theorem is referenced by:  zfnuleu  3881