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prelude
import Init.Prelude
import Init.Notation
import Init.Core
namespace L4L
universe u v
axiom prfIrrel {P : Prop} (p q : P) : Eq p q
/- --- --- bootstrapping lemmas --- --- -/
theorem appArgEq {A : Sort u} {U : Sort v}
(f : (a : A) → U)
{a b : A} (hab : Eq a b)
: Eq (f a) (f b) := by
subst hab
rfl
theorem forallEqUV' {A : Sort u} {U V : A → Sort v}
(hUV : (a : A) → Eq (U a) (V a))
: Eq ((a : A) → U a) ((b : A) → V b) := by
have : Eq U V := by
apply funext
intro x
exact hUV x
subst this
rfl
-- overrides stdlib's definition of `eq_of_heq`; NOTE: this lemma has been manually translated to Lean⁻
theorem eq_of_heq {A : Sort u} {a b : A} (h : HEq a b) : @Eq A a b :=
-- TODO clean this up
let_fun this := fun (A B : Sort u) (a : A) (b : B) (hab : HEq a b) =>
@HEq.rec A a
(@fun (B : Sort u) (b : B) _ =>
∀ (hAB : @Eq (Sort u) A B), @Eq B (@cast A B hAB a) b)
(@cast (∀ (hAA : @Eq (Sort u) A A), @Eq A (@cast A A hAA a) (@cast A A hAA a))
((fun (B : Sort u) (b : B) _ =>
∀ (hAB : @Eq (Sort u) A B), @Eq B (@cast A B hAB a) b)
A a (@HEq.refl A a))
(@L4L.forallEqUV' (@Eq (Sort u) A A)
(fun (hAA : @Eq (Sort u) A A) => @Eq A (@cast A A hAA a) (@cast A A hAA a))
(fun (hAA : @Eq (Sort u) A A) => @Eq A (@cast A A hAA a) a) fun (hAA : @Eq (Sort u) A A) =>
let p :=
@L4L.appArgEq (@Eq (Sort u) A A)
A
(@Eq.rec (Sort u) A (fun (B : Sort u) _ => B) a A) hAA (@Eq.refl (Sort u) A)
(@L4L.prfIrrel (@Eq (Sort u) A A) hAA (@Eq.refl (Sort u) A));
@L4L.appArgEq A Prop (@Eq A (@cast A A hAA a)) (@cast A A hAA a) a p)
fun (hAA : @Eq (Sort u) A A) => @rfl A (@cast A A hAA a))
B b hab;
this A A a b h (@rfl (Sort u) A)
/- --- --- congruence lemmas --- --- -/
--- forall ---
theorem forallHEqABUV' {A B : Sort u} {U : A → Sort v} {V : B → Sort v}
(hAB : HEq A B) (hUV : (a : A) → (b : B) → HEq a b → HEq (U a) (V b))
: HEq ((a : A) → U a) ((b : B) → V b) := by
subst hAB -- TODO define a macro for this
have : Eq U V := by
apply funext
intro x
exact eq_of_heq $ hUV x x HEq.rfl
subst this
rfl
theorem forallHEqABUV {A B : Sort u} {U V : Sort v}
(hAB : HEq A B) (hUV : HEq U V)
: HEq ((a : A) → U) ((b : B) → V) := by
apply forallHEqABUV' hAB fun _ _ _ => hUV
theorem forallHEqUV {A : Sort u} {U V : Sort v}
(hUV : HEq U V)
: HEq ((a : A) → U) ((b : A) → V) := by
apply forallHEqABUV HEq.rfl hUV
theorem forallHEqUV' {A : Sort u} {U V : A → Sort v}
(hUV : (a : A) → HEq (U a) (V a))
: HEq ((a : A) → U a) ((b : A) → V b) := by
refine forallHEqABUV' HEq.rfl fun a b hab => ?_
subst hab
exact hUV a
theorem forallHEqAB {A B : Sort u} {U : Sort v} (hAB : HEq A B)
: HEq ((a : A) → U) ((b : B) → U) := by
apply forallHEqABUV hAB HEq.rfl
--- lambda ---
theorem lambdaHEqABUV' {A B : Sort u} {U : A → Sort v} {V : B → Sort v}
(f : (a : A) → U a) (g : (b : B) → V b)
(hAB : HEq A B) (hfg : (a : A) → (b : B) → HEq a b → HEq (f a) (g b))
: HEq (fun a => f a) (fun b => g b) := by
subst hAB
have : Eq U V := by
apply funext
intro x
exact type_eq_of_heq (hfg x x (@HEq.rfl A x))
subst this
apply heq_of_eq
apply funext
intro x
apply eq_of_heq
apply hfg
rfl
theorem lambdaHEqABUV {A B : Sort u} {U V : Sort v}
(f : (a : A) → U) (g : (b : B) → V)
(hAB : HEq A B) (hfg : (a : A) → (b : B) → HEq a b → HEq (f a) (g b))
: HEq (fun a => f a) (fun b => g b) := by
apply lambdaHEqABUV' _ _ hAB hfg
theorem lambdaHEqUV' {A : Sort u} {U V : A → Sort v}
{f : (a : A) → U a} {g : (b : A) → V b}
(hfg : (a : A) → HEq (f a) (g a))
: HEq (fun a => f a) (fun b => g b) := by
apply lambdaHEqABUV' _ _ HEq.rfl
intro a b hab
subst hab
exact hfg a
theorem lambdaHEqUV {A : Sort u} {U V : Sort v}
{f : (a : A) → U} {g : (b : A) → V}
(hfg : (a : A) → HEq (f a) (g a))
: HEq (fun a => f a) (fun b => g b) := by
apply lambdaHEqUV' hfg
theorem lambdaHEq' {A : Sort u} {U : A → Sort v}
{f g : (a : A) → U a}
(hfg : (a : A) → HEq (f a) (g a))
: HEq (fun a => f a) (fun b => g b) := by
apply lambdaHEqUV' hfg
theorem lambdaHEq {A : Sort u} {U : Sort v}
{f g : (a : A) → U}
(hfg : (a : A) → HEq (f a) (g a))
: HEq (fun a => f a) (fun b => g b) := by
apply lambdaHEq' hfg
--- application ---
-- (below attempts at getting rid of the `hUV` argument from `appHEqABUV'`)
-- theorem revlambdaHEqUV' {A : Sort u} {U V : A → Sort v}
-- {f : (a : A) → U a} {g : (b : A) → V b}
-- (hfg : HEq (fun a => f a) (fun b => g b))
-- : (a : A) → HEq (f a) (g a) := by
-- intro x
-- sorry -- darn, can't be proven without appHEqUV'
--
-- theorem appHEqUV' {A : Sort u} {U V : A → Sort v}
-- {f : (a : A) → U a} {g : (b : A) → V b} {a : A} {b : A}
-- (hfg : HEq f g) (hab : HEq a b)
-- : HEq (f a) (g b) := by
-- have : Eq U V := by
-- apply funext
-- intro x
-- exact type_eq_of_heq $ revlambdaHEqUV' hfg x
-- subst this
-- subst hfg
-- subst hab
-- rfl
-- -- if only...
-- axiom forallEta {A : Sort u} {U V : A → Sort v} : ((a : A) → U a) = ((b : A) → V b) → U = V
--
-- theorem appHEqABUV' {A B : Sort u} {U : A → Sort v} {V : B → Sort v}
-- (hAB : HEq A B)
-- {f : (a : A) → U a} {g : (b : B) → V b} {a : A} {b : B}
-- (hfg : HEq f g) (hab : HEq a b)
-- : HEq (f a) (g b) := by
-- subst hAB
-- have : Eq U V := by
-- have := type_eq_of_heq hfg
-- exact forallEta this
-- subst this
-- subst hfg
-- subst hab
-- rfl
theorem appHEqABUV' {A B : Sort u} {U : A → Sort v} {V : B → Sort v}
(hAB : HEq A B) (hUV : (a : A) → (b : B) → HEq a b → HEq (U a) (V b))
{f : (a : A) → U a} {g : (b : B) → V b} {a : A} {b : B}
(hfg : HEq f g) (hab : HEq a b)
: HEq (f a) (g b) := by
subst hAB
have : Eq U V := by
apply funext
intro x
exact eq_of_heq $ hUV x x HEq.rfl
subst this
subst hfg
subst hab
rfl
theorem appHEqABUV {A B : Sort u} {U V : Sort v}
(hAB : HEq A B) (hUV : HEq U V)
{f : (a : A) → U} {g : (b : B) → V} {a : A} {b : B}
(hfg : HEq f g) (hab : HEq a b)
: HEq (f a) (g b) := by
apply appHEqABUV' hAB (fun _ _ _ => hUV) hfg hab
theorem appHEqUV' {A : Sort u} {U V : A → Sort v}
(hUV : (a : A) → HEq (U a) (V a))
{f : (a : A) → U a} {g : (b : A) → V b} {a : A} {b : A}
(hfg : HEq f g) (hab : HEq a b)
: HEq (f a) (g b) := by
refine appHEqABUV' HEq.rfl (fun a b hab => ?_) hfg hab
have h := eq_of_heq hab
subst h
exact hUV a
theorem appHEqUV {A : Sort u} {U V : Sort v}
(hUV : HEq U V)
{f : (a : A) → U} {g : (b : A) → V} {a : A} {b : A}
(hfg : HEq f g) (hab : HEq a b)
: HEq (f a) (g b) := by
apply appHEqUV' (fun _ => hUV) hfg hab
theorem appHEqAB {A B : Sort u} {U : Sort v}
(hAB : HEq A B)
{f : (a : A) → U} {g : (b : B) → U} {a : A} {b : B}
(hfg : HEq f g) (hab : HEq a b)
: HEq (f a) (g b) := by
apply appHEqABUV hAB HEq.rfl hfg hab
theorem appFunHEqUV' {A : Sort u} {U V : A → Sort v}
(hUV : (a : A) → HEq (U a) (V a))
{f : (a : A) → U a} {g : (b : A) → V b} (a : A)
(hfg : HEq f g)
: HEq (f a) (g a) := by
apply appHEqUV' hUV hfg HEq.rfl
theorem appFunHEqUV {A : Sort u} {U V : Sort v}
(hUV : HEq U V)
{f : (a : A) → U} {g : (b : A) → V} (a : A)
(hfg : HEq f g)
: HEq (f a) (g a) := by
apply appHEqUV hUV hfg HEq.rfl
theorem appHEq' {A : Sort u} {U : A → Sort v}
{f g : (a : A) → U a} {a b : A}
(hfg : HEq f g) (hab : HEq a b)
: HEq (f a) (g b) := by
apply appHEqUV' (fun _ => HEq.rfl) hfg hab
theorem appHEq {A : Sort u} {U : Sort v}
{f g : (a : A) → U} {a b : A}
(hfg : HEq f g) (hab : HEq a b)
: HEq (f a) (g b) := by
apply appHEq' hfg hab
theorem appFunHEq' {A : Sort u} {U : A → Sort v}
{f g : (a : A) → U a} (a : A)
(hfg : HEq f g)
: HEq (f a) (g a) := by
apply appHEq' hfg HEq.rfl
theorem appFunHEq {A : Sort u} {U : Sort v}
{f g : (a : A) → U} (a : A)
(hfg : HEq f g)
: HEq (f a) (g a) := by
apply appFunHEq' a hfg
theorem appArgHEq' {A : Sort u} {U : A → Sort v}
(f : (a : A) → U a)
{a b : A} (hab : HEq a b)
: HEq (f a) (f b) := by
apply appHEq' HEq.rfl hab
theorem appArgHEq {A : Sort u} {U : Sort v}
(f : (a : A) → U)
{a b : A} (hab : HEq a b)
: HEq (f a) (f b) := by
apply appArgHEq' f hab
theorem appHEqBinNatFn {N : Type} {T : Type}
{f : N → N → T} {a1 a2 : N} {b1 b2 : N}
(ha : HEq a1 a2)
(hb : HEq b1 b2)
: HEq (f a1 b1) (f a2 b2) := by
apply appHEq
apply appArgHEq
assumption
assumption
/- --- --- patching constants --- --- -/
theorem prfIrrelHEq {P : Prop} (p q : P) : HEq p q := by
apply heq_of_eq
exact prfIrrel _ _
theorem prfIrrelHEqPQ {P Q : Prop} (hPQ : HEq P Q) (p : P) (q : Q) : HEq p q := by
subst hPQ
exact prfIrrelHEq _ _
def castHEq {α β : Sort u} (h : HEq α β) (a : α) : β := cast (eq_of_heq h) a
def castOrigHEq {α β : Sort u} (h : HEq α β) (a : α) : HEq (castHEq h a) a := by
subst h
rfl
def castOrigHEqSymm {α β : Sort u} (h : HEq α β) (a : α) : HEq a (castHEq h a) := by
subst h
rfl
def HEqRefl (_n : Nat) {α : Sort u} (a : α) : HEq a a := HEq.refl a
end L4L