Intersección con la imagen

Demostrar con Lean4 que
\[ f[s] ∩ v = f[s ∩ f⁻¹[v]] \]

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:

1. Demostración en lenguaje natural

Tenemmos que demostrar que, para todo \(y\),
\[ y ∈ f[s] ∩ v ↔ y ∈ f[s ∩ f⁻¹[v]] \]
Lo haremos demostrando las dos implicaciones.

(⟹) Supongamos que \(y ∈ f[s] ∩ v\). Entonces,
\begin{align}
&y ∈ f[s] \tag{1} \\
&y ∈ v \tag{2}
\end{align}
Por (1), existe un \(x\) tal que
\begin{align}
&x ∈ s \tag{3} \\
&f(x) = y \tag{4}
\end{align}
De (2) y (4), se tiene que
\[ f(x) ∈ v \]
y, por tanto,
\[ x ∈ f⁻¹[v] \tag{5} \]
De (3) y (5), se tiene que
\[ x ∈ s ∩ f⁻¹[v] \]
Por tanto,
\[ f(x) ∈ f[s ∩ f⁻¹[v]] \]
y, por (4),
\[ y ∈ f[s ∩ f⁻¹[v]] \]

(⟸) Supongamos que \(y ∈ f[s ∩ f⁻¹[v]]\). Entonces, existe un \(x\) tal que
\begin{align}
&x ∈ s ∩ f⁻¹[v] \tag{6} \\
&f(x) = y \tag{7}
\end{align}
Por (6), se tiene que
\begin{align}
&x ∈ s \tag{8} \\
&x ∈ f⁻¹[v] \tag{9}
\end{align}
Por (8), se tiene que
\[ f(x) ∈ f[s] \]
y, por (7),
\[ y ∈ f[s] \tag{10} \]
Por (9),
\[ f(x) ∈ v \]
y, por (7),
\[ y ∈ v \tag{11} \]
Por (10) y (11),
\[ y ∈ f[s] ∩ v \]

2. Demostraciones con Lean4

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

3. Demostraciones con Isabelle/HOL

Escribe un comentario