Imagen de la unión general

Demostrar con Lean4 que
\[ f[⋃ᵢAᵢ] = ⋃ᵢf[Aᵢ] \]

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:

1. Demostración en lenguaje natural

Tenemos que demostrar que, para todo \(y\),
\[ y ∈ f[⋃ᵢAᵢ] ↔ y ∈ ⋃ᵢf[Aᵢ] \]
Lo haremos demostrando las dos implicaciones.

(⟹) Supongamos que \(y ∈ f[⋃ᵢAᵢ]\). Entonces, existe un \(x\) tal que
\begin{align}
&x ∈ ⋃ᵢAᵢ \tag{1} \\
&f(x) = y \tag{2}
\end{align}
Por (1), existe un i tal que
\begin{align}
&i ∈ ℕ \tag{3} \\
&x ∈ Aᵢ \tag{4}
\end{align}
Por (4),
\[ f(x) ∈ f[Aᵢ] \]
Por (3),
\[ f(x) ∈ ⋃ᵢf[Aᵢ] \]
y, por (2),
\[ y ∈ ⋃ᵢf[Aᵢ] \]

(⟸) Supongamos que \(y ∈ ⋃ᵢf[Aᵢ]\). Entonces, existe un \(i\) tal que
\begin{align}
&i ∈ ℕ \tag{5} \\
&y ∈ f[Aᵢ] \tag{6}
\end{align}
Por (6), existe un \(x\) tal que
\begin{align}
&x ∈ Aᵢ \tag{7} \\
&f(x) = y \tag{8}
\end{align}
Por (5) y (7),
\[ x ∈ ⋃ᵢAᵢ \]
Luego,
\[ f(x) ∈ f[⋃ᵢAᵢ] \]
y, por (8),
\[ y ∈ f[⋃ᵢAᵢ] \]

2. Demostraciones con Lean4

Se puede interactuar con las demostraciones anteriores en Lean 4 Web.

3. Demostraciones con Isabelle/HOL

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