helm/software/matita/library/formal_topology/o-algebra.ma

   1 (**************************************************************************)
   2 (*       ___                                                              *)
   3 (*      ||M||                                                             *)
   4 (*      ||A||       A project by Andrea Asperti                           *)
   5 (*      ||T||                                                             *)
   6 (*      ||I||       Developers:                                           *)
   7 (*      ||T||         The HELM team.                                      *)
   8 (*      ||A||         http://helm.cs.unibo.it                             *)
   9 (*      \   /                                                             *)
  10 (*       \ /        This file is distributed under the terms of the       *)
  11 (*        v         GNU General Public License Version 2                  *)
  12 (*                                                                        *)
  13 (**************************************************************************)
  14
  15 include "formal_topology/categories.ma".
  16
  17 inductive bool : Type0 := true : bool | false : bool.
  18
  19 lemma BOOL : objs1 SET.
  20 constructor 1; [apply bool] constructor 1;
  21 [ intros (x y); apply (match x with [ true ⇒ match y with [ true ⇒ True | _ ⇒ False] | false ⇒ match y with [ true ⇒ False | false ⇒ True ]]);
  22 | whd; simplify; intros; cases x; apply I;
  23 | whd; simplify; intros 2; cases x; cases y; simplify; intros; assumption;
  24 | whd; simplify; intros 3; cases x; cases y; cases z; simplify; intros;
  25   try assumption; apply I]
  26 qed.
  27
  28 lemma IF_THEN_ELSE_p :
  29   ∀S:setoid1.∀a,b:S.∀x,y:BOOL.x = y →
  30     (λm.match m with [ true ⇒ a | false ⇒ b ]) x =
  31     (λm.match m with [ true ⇒ a | false ⇒ b ]) y.
  32 whd in ⊢ (?→?→?→%→?);
  33 intros; cases x in e; cases y; simplify; intros; try apply refl1; whd in e; cases e;
  34 qed.
  35
  36 interpretation "unary morphism comprehension with no proof" 'comprehension T P =
  37   (mk_unary_morphism T ? P ?).
  38 interpretation "unary morphism1 comprehension with no proof" 'comprehension T P =
  39   (mk_unary_morphism1 T ? P ?).
  40
  41 notation > "hvbox({ ident i ∈ s | term 19 p | by })" with precedence 90
  42 for @{ 'comprehension_by $s (λ${ident i}. $p) $by}.
  43 notation < "hvbox({ ident i ∈ s | term 19 p })" with precedence 90
  44 for @{ 'comprehension_by $s (λ${ident i}:$_. $p) $by}.
  45
  46 interpretation "unary morphism comprehension with proof" 'comprehension_by s \eta.f p =
  47   (mk_unary_morphism s ? f p).
  48 interpretation "unary morphism1 comprehension with proof" 'comprehension_by s \eta.f p =
  49   (mk_unary_morphism1 s ? f p).
  50
  51 (* per il set-indexing vedere capitolo BPTools (foundational tools), Sect. 0.3.4 complete
  52    lattices, Definizione 0.9 *)
  53 (* USARE L'ESISTENZIALE DEBOLE *)
  54
  55 definition if_then_else ≝ λT:Type.λe,t,f.match e return λ_.T with [ true ⇒ t | false ⇒ f].
  56 notation > "'If' term 19 e 'then' term 19 t 'else' term 90 f" non associative with precedence 19 for @{ 'if_then_else $e $t $f }.
  57 notation < "'If' \nbsp term 19 e \nbsp 'then' \nbsp term 19 t \nbsp 'else' \nbsp term 90 f \nbsp" non associative with precedence 19 for @{ 'if_then_else $e $t $f }.
  58 interpretation "Formula if_then_else" 'if_then_else e t f = (if_then_else ? e t f).
  59
  60 notation > "hvbox(a break ≤ b)" non associative with precedence 45 for @{oa_leq $a $b}.
  61 notation > "a >< b" non associative with precedence 45 for @{oa_overlap $a $b}.
  62 notation > "⋁ p" non associative with precedence 45 for @{oa_join ? $p}.
  63 notation > "⋀ p" non associative with precedence 45 for @{oa_meet ? $p}.
  64 notation > "𝟙" non associative with precedence 90 for @{oa_one}.
  65 notation > "𝟘" non associative with precedence 90 for @{oa_zero}.
  66 record OAlgebra : Type2 := {
  67   oa_P :> SET1;
  68   oa_leq : oa_P × oa_P ⇒_1 CPROP;
  69   oa_overlap: oa_P × oa_P ⇒_1 CPROP;
  70   oa_meet: ∀I:SET.(I ⇒_2 oa_P) ⇒_2. oa_P;
  71   oa_join: ∀I:SET.(I ⇒_2 oa_P) ⇒_2. oa_P;
  72   oa_one: oa_P;
  73   oa_zero: oa_P;
  74   oa_leq_refl: ∀a:oa_P. a ≤ a;
  75   oa_leq_antisym: ∀a,b:oa_P.a ≤ b → b ≤ a → a = b;
  76   oa_leq_trans: ∀a,b,c:oa_P.a ≤ b → b ≤ c → a ≤ c;
  77   oa_overlap_sym: ∀a,b:oa_P.a >< b → b >< a;
  78   oa_meet_inf: ∀I:SET.∀p_i:I ⇒_2 oa_P.∀p:oa_P.p ≤ (⋀ p_i) = (∀i:I.p ≤ (p_i i));
  79   oa_join_sup: ∀I:SET.∀p_i:I ⇒_2 oa_P.∀p:oa_P.(⋁ p_i) ≤ p = (∀i:I.p_i i ≤ p);
  80   oa_zero_bot: ∀p:oa_P.𝟘 ≤ p;
  81   oa_one_top: ∀p:oa_P.p ≤ 𝟙;
  82   oa_overlap_preserves_meet_: ∀p,q:oa_P.p >< q →
  83         p >< (⋀ { x ∈ BOOL | If x then p else q | IF_THEN_ELSE_p oa_P p q });
  84   oa_join_split: ∀I:SET.∀p.∀q:I ⇒_2 oa_P.p >< (⋁ q) = (∃i:I.p >< (q i));
  85   (*oa_base : setoid;
  86   1) enum non e' il nome giusto perche' non e' suriettiva
  87   2) manca (vedere altro capitolo) la "suriettivita'" come immagine di insiemi di oa_base
  88   oa_enum : ums oa_base oa_P;
  89   oa_density: ∀p,q.(∀i.oa_overlap p (oa_enum i) → oa_overlap q (oa_enum i)) → oa_leq p q
  90   *)
  91   oa_density: ∀p,q.(∀r.p >< r → q >< r) → p ≤ q
  92 }.
  93
  94 notation "hvbox(a break ≤ b)" non associative with precedence 45 for @{ 'leq $a $b }.
  95
  96 interpretation "o-algebra leq" 'leq a b = (fun21 ??? (oa_leq ?) a b).
  97
  98 notation "hovbox(a mpadded width -150% (>)< b)" non associative with precedence 45
  99 for @{ 'overlap $a $b}.
 100 interpretation "o-algebra overlap" 'overlap a b = (fun21 ??? (oa_overlap ?) a b).
 101
 102 notation < "hovbox(mstyle scriptlevel 1 scriptsizemultiplier 1.7 (∧) \below (\emsp) \nbsp term 90 p)"
 103 non associative with precedence 50 for @{ 'oa_meet $p }.
 104 notation < "hovbox(mstyle scriptlevel 1 scriptsizemultiplier 1.7 (∧) \below (ident i ∈  I) break term 90 p)"
 105 non associative with precedence 50 for @{ 'oa_meet_mk (λ${ident i}:$I.$p) }.
 106
 107 notation > "hovbox(∧ f)" non associative with precedence 60
 108 for @{ 'oa_meet $f }.
 109 interpretation "o-algebra meet" 'oa_meet f =
 110   (fun12 ?? (oa_meet ??) f).
 111 interpretation "o-algebra meet with explicit function" 'oa_meet_mk f =
 112   (fun12 ?? (oa_meet ??) (mk_unary_morphism1 ?? f ?)).
 113
 114 notation < "hovbox(mstyle scriptlevel 1 scriptsizemultiplier 1.7 (∨) \below (\emsp) \nbsp term 90 p)"
 115 non associative with precedence 50 for @{ 'oa_join $p }.
 116 notation < "hovbox(mstyle scriptlevel 1 scriptsizemultiplier 1.7 (∨) \below (ident i ∈  I) break term 90 p)"
 117 non associative with precedence 50 for @{ 'oa_join_mk (λ${ident i}:$I.$p) }.
 118
 119 notation > "hovbox(∨ f)" non associative with precedence 60
 120 for @{ 'oa_join $f }.
 121 interpretation "o-algebra join" 'oa_join f =
 122   (fun12 ?? (oa_join ??) f).
 123 interpretation "o-algebra join with explicit function" 'oa_join_mk f =
 124   (fun12 ?? (oa_join ??) (mk_unary_morphism ?? f ?)).
 125
 126 definition binary_meet : ∀O:OAlgebra. O × O ⇒_1 O.
 127 intros; split;
 128 [ intros (p q);
 129   apply (∧ { x ∈ BOOL | match x with [ true ⇒ p | false ⇒ q ] | IF_THEN_ELSE_p ? p q });
 130 | intros; lapply (prop12 ? O (oa_meet O BOOL));
 131    [2: apply ({ x ∈ BOOL | match x with [ true ⇒ a | false ⇒ b ] | IF_THEN_ELSE_p ? a b });
 132    |3: apply ({ x ∈ BOOL | match x with [ true ⇒ a' | false ⇒ b' ] | IF_THEN_ELSE_p ? a' b' });
 133    | apply Hletin;]
 134   intro x; simplify; cases x; simplify; assumption;]
 135 qed.
 136
 137 interpretation "o-algebra binary meet" 'and a b =
 138   (fun21 ??? (binary_meet ?) a b).
 139
 140 prefer coercion Type1_OF_OAlgebra.
 141
 142 definition binary_join : ∀O:OAlgebra. O × O ⇒_1 O.
 143 intros; split;
 144 [ intros (p q);
 145   apply (∨ { x ∈ BOOL | match x with [ true ⇒ p | false ⇒ q ] | IF_THEN_ELSE_p ? p q });
 146 | intros; lapply (prop12 ? O (oa_join O BOOL));
 147    [2: apply ({ x ∈ BOOL | match x with [ true ⇒ a | false ⇒ b ] | IF_THEN_ELSE_p ? a b });
 148    |3: apply ({ x ∈ BOOL | match x with [ true ⇒ a' | false ⇒ b' ] | IF_THEN_ELSE_p ? a' b' });
 149    | apply Hletin;]
 150   intro x; simplify; cases x; simplify; assumption;]
 151 qed.
 152
 153 interpretation "o-algebra binary join" 'or a b =
 154   (fun21 ??? (binary_join ?) a b).
 155
 156 lemma oa_overlap_preservers_meet: ∀O:OAlgebra.∀p,q:O.p >< q → p >< (p ∧ q).
 157 intros;  lapply (oa_overlap_preserves_meet_ O p q f) as H; clear f;
 158 (** screenshot "screenoa". *)
 159 assumption;
 160 qed.
 161
 162 notation < "hovbox(mstyle scriptlevel 1 scriptsizemultiplier 1.7 (∨) \below (\emsp) \nbsp term 90 p)"
 163 non associative with precedence 49 for @{ 'oa_join $p }.
 164 notation < "hovbox(mstyle scriptlevel 1 scriptsizemultiplier 1.7 (∨) \below (ident i ∈  I) break term 90 p)"
 165 non associative with precedence 49 for @{ 'oa_join_mk (λ${ident i}:$I.$p) }.
 166 notation < "hovbox(a ∨ b)" left associative with precedence 49
 167 for @{ 'oa_join_mk (λ${ident i}:$_.match $i with [ true ⇒ $a | false ⇒ $b ]) }.
 168
 169 notation > "hovbox(∨ f)" non associative with precedence 59
 170 for @{ 'oa_join $f }.
 171 notation > "hovbox(a ∨ b)" left associative with precedence 49
 172 for @{ 'oa_join (mk_unary_morphism BOOL ? (λx__:bool.match x__ with [ true ⇒ $a | false ⇒ $b ]) (IF_THEN_ELSE_p ? $a $b)) }.
 173
 174 interpretation "o-algebra join" 'oa_join f =
 175   (fun12 ?? (oa_join ??) f).
 176 interpretation "o-algebra join with explicit function" 'oa_join_mk f =
 177   (fun12 ?? (oa_join ??) (mk_unary_morphism ?? f ?)).
 178
 179 record ORelation (P,Q : OAlgebra) : Type2 ≝ {
 180   or_f_ : P ⇒_2 Q;
 181   or_f_minus_star_ : P ⇒_2 Q;
 182   or_f_star_ : Q ⇒_2 P;
 183   or_f_minus_ : Q ⇒_2 P;
 184   or_prop1_ : ∀p,q. (or_f_ p ≤ q) = (p ≤ or_f_star_ q);
 185   or_prop2_ : ∀p,q. (or_f_minus_ p ≤ q) = (p ≤ or_f_minus_star_ q);
 186   or_prop3_ : ∀p,q. (or_f_ p >< q) = (p >< or_f_minus_ q)
 187 }.
 188
 189 definition ORelation_setoid : OAlgebra → OAlgebra → setoid2.
 190 intros (P Q);
 191 constructor 1;
 192 [ apply (ORelation P Q);
 193 | constructor 1;
 194    (* tenere solo una uguaglianza e usare la proposizione 9.9 per
 195       le altre (unicita' degli aggiunti e del simmetrico) *)
 196    [ apply (λp,q. And42
 197              (or_f_minus_star_ ?? p = or_f_minus_star_ ?? q)
 198              (or_f_minus_ ?? p = or_f_minus_ ?? q)
 199              (or_f_ ?? p = or_f_ ?? q)
 200              (or_f_star_ ?? p = or_f_star_ ?? q));
 201    | whd; simplify; intros; repeat split; intros; apply refl2;
 202    | whd; simplify; intros; cases a; clear a; split;
 203      intro a; apply sym1; generalize in match a;assumption;
 204    | whd; simplify; intros; cases a; cases a1; clear a a1; split; intro a;
 205      [ apply (.= (e a)); apply e4;
 206      | apply (.= (e1 a)); apply e5;
 207      | apply (.= (e2 a)); apply e6;
 208      | apply (.= (e3 a)); apply e7;]]]
 209 qed.
 210
 211 definition ORelation_of_ORelation_setoid :
 212   ∀P,Q.ORelation_setoid P Q → ORelation P Q ≝ λP,Q,x.x.
 213 coercion ORelation_of_ORelation_setoid.
 214
 215 definition or_f_minus_star: ∀P,Q:OAlgebra.(ORelation_setoid P Q) ⇒_2 (P ⇒_2 Q).
 216  intros; constructor 1;
 217   [ apply or_f_minus_star_;
 218   | intros; cases e; assumption]
 219 qed.
 220
 221 definition or_f: ∀P,Q:OAlgebra.(ORelation_setoid P Q) ⇒_2 (P ⇒_2 Q).
 222  intros; constructor 1;
 223   [ apply or_f_;
 224   | intros; cases e; assumption]
 225 qed.
 226
 227 definition or_f_minus: ∀P,Q:OAlgebra.(ORelation_setoid P Q) ⇒_2 (Q ⇒_2 P).
 228  intros; constructor 1;
 229   [ apply or_f_minus_;
 230   | intros; cases e; assumption]
 231 qed.
 232
 233 definition or_f_star: ∀P,Q:OAlgebra.(ORelation_setoid P Q) ⇒_2 (Q ⇒_2 P).
 234  intros; constructor 1;
 235   [ apply or_f_star_;
 236   | intros; cases e; assumption]
 237 qed.
 238
 239 lemma arrows1_of_ORelation_setoid : ∀P,Q. ORelation_setoid P Q → (P ⇒_2 Q).
 240 intros; apply (or_f ?? c);
 241 qed.
 242 coercion arrows1_of_ORelation_setoid.
 243
 244 interpretation "o-relation f⎻*" 'OR_f_minus_star r = (fun12 ?? (or_f_minus_star ? ?) r).
 245 interpretation "o-relation f⎻" 'OR_f_minus r = (fun12 ?? (or_f_minus ? ?) r).
 246 interpretation "o-relation f*" 'OR_f_star r = (fun12 ?? (or_f_star ? ?) r).
 247
 248 definition or_prop1 : ∀P,Q:OAlgebra.∀F:ORelation_setoid P Q.∀p,q.
 249    (F p ≤ q) =_1 (p ≤ F* q).
 250 intros; apply (or_prop1_ ?? F p q);
 251 qed.
 252
 253 definition or_prop2 : ∀P,Q:OAlgebra.∀F:ORelation_setoid P Q.∀p,q.
 254    (F⎻ p ≤ q) = (p ≤ F⎻* q).
 255 intros; apply (or_prop2_ ?? F p q);
 256 qed.
 257
 258 definition or_prop3 : ∀P,Q:OAlgebra.∀F:ORelation_setoid P Q.∀p,q.
 259    (F p >< q) = (p >< F⎻ q).
 260 intros; apply (or_prop3_ ?? F p q);
 261 qed.
 262
 263 definition ORelation_composition : ∀P,Q,R.
 264   (ORelation_setoid P Q) × (ORelation_setoid Q R) ⇒_2 (ORelation_setoid P R).
 265 intros;
 266 constructor 1;
 267 [ intros (F G);
 268   constructor 1;
 269   [ apply (G ∘ F);
 270   | apply rule (G⎻* ∘ F⎻* );
 271   | apply (F* ∘ G* );
 272   | apply (F⎻ ∘ G⎻);
 273   | intros;
 274     change with ((G (F p) ≤ q) = (p ≤ (F* (G* q))));
 275     apply (.= (or_prop1 :?));
 276     apply (or_prop1 :?);
 277   | intros;
 278     change with ((F⎻ (G⎻ p) ≤ q) = (p ≤ (G⎻* (F⎻* q))));
 279     apply (.= (or_prop2 :?));
 280     apply or_prop2 ;
 281   | intros; change with ((G (F (p)) >< q) = (p >< (F⎻ (G⎻ q))));
 282     apply (.= (or_prop3 :?));
 283     apply or_prop3;
 284   ]
 285 | intros; split; simplify;
 286    [3: unfold arrows1_of_ORelation_setoid; apply ((†e)‡(†e1));
 287    |1: apply ((†e)‡(†e1));
 288    |2,4: apply ((†e1)‡(†e));]]
 289 qed.
 290
 291 definition OA : category2.
 292 split;
 293 [ apply (OAlgebra);
 294 | intros; apply (ORelation_setoid o o1);
 295 | intro O; split;
 296   [1,2,3,4: apply id2;
 297   |5,6,7:intros; apply refl1;]
 298 | apply ORelation_composition;
 299 | intros (P Q R S F G H); split;
 300    [ change with (H⎻* ∘ G⎻* ∘ F⎻* = H⎻* ∘ (G⎻* ∘ F⎻* ));
 301      apply (comp_assoc2 ????? (F⎻* ) (G⎻* ) (H⎻* ));
 302    | apply ((comp_assoc2 ????? (H⎻) (G⎻) (F⎻))^-1);
 303    | apply ((comp_assoc2 ????? F G H)^-1);
 304    | apply ((comp_assoc2 ????? H* G* F* ));]
 305 | intros; split; unfold ORelation_composition; simplify; apply id_neutral_left2;
 306 | intros; split; unfold ORelation_composition; simplify; apply id_neutral_right2;]
 307 qed.
 308
 309 definition OAlgebra_of_objs2_OA: objs2 OA → OAlgebra ≝ λx.x.
 310 coercion OAlgebra_of_objs2_OA.
 311
 312 definition ORelation_setoid_of_arrows2_OA:
 313   ∀P,Q. arrows2 OA P Q → ORelation_setoid P Q ≝ λP,Q,c.c.
 314 coercion ORelation_setoid_of_arrows2_OA.
 315
 316 prefer coercion Type_OF_objs2.
 317
 318 notation > "B ⇒_\o2 C" right associative with precedence 72 for @{'arrows2_OA $B $C}.
 319 notation "B ⇒\sub (\o 2) C" right associative with precedence 72 for @{'arrows2_OA $B $C}.
 320 interpretation "'arrows2_OA" 'arrows2_OA A B = (arrows2 OA A B).
 321
 322 (* qui la notazione non va *)
 323 lemma leq_to_eq_join: ∀S:OA.∀p,q:S. p ≤ q → q = (binary_join ? p q).
 324  intros;
 325  apply oa_leq_antisym;
 326   [ apply oa_density; intros;
 327     apply oa_overlap_sym;
 328     unfold binary_join; simplify;
 329     apply (. (oa_join_split : ?));
 330     exists; [ apply false ]
 331     apply oa_overlap_sym;
 332     assumption
 333   | unfold binary_join; simplify;
 334     apply (. (oa_join_sup : ?)); intro;
 335     cases i; whd in ⊢ (? ? ? ? ? % ?);
 336      [ assumption | apply oa_leq_refl ]]
 337 qed.
 338
 339 lemma overlap_monotone_left: ∀S:OA.∀p,q,r:S. p ≤ q → p >< r → q >< r.
 340  intros;
 341  apply (. (leq_to_eq_join : ?)‡#);
 342   [ apply f;
 343   | skip
 344   | apply oa_overlap_sym;
 345     unfold binary_join; simplify;
 346     apply (. (oa_join_split : ?));
 347     exists [ apply true ]
 348     apply oa_overlap_sym;
 349     assumption; ]
 350 qed.
 351
 352 (* Part of proposition 9.9 *)
 353 lemma f_minus_image_monotone: ∀S,T.∀R:arrows2 OA S T.∀p,q. p ≤ q → R⎻ p ≤ R⎻ q.
 354  intros;
 355  apply (. (or_prop2 : ?));
 356  apply oa_leq_trans; [2: apply f; | skip | apply (. (or_prop2 : ?)^ -1); apply oa_leq_refl;]
 357 qed.
 358
 359 (* Part of proposition 9.9 *)
 360 lemma f_minus_star_image_monotone: ∀S,T.∀R:arrows2 OA S T.∀p,q. p ≤ q → R⎻* p ≤ R⎻* q.
 361  intros;
 362  apply (. (or_prop2 : ?)^ -1);
 363  apply oa_leq_trans; [3: apply f; | skip | apply (. (or_prop2 : ?)); apply oa_leq_refl;]
 364 qed.
 365
 366 (* Part of proposition 9.9 *)
 367 lemma f_image_monotone: ∀S,T.∀R:arrows2 OA S T.∀p,q. p ≤ q → R p ≤ R q.
 368  intros;
 369  apply (. (or_prop1 : ?));
 370  apply oa_leq_trans; [2: apply f; | skip | apply (. (or_prop1 : ?)^ -1); apply oa_leq_refl;]
 371 qed.
 372
 373 (* Part of proposition 9.9 *)
 374 lemma f_star_image_monotone: ∀S,T.∀R:arrows2 OA S T.∀p,q. p ≤ q → R* p ≤ R* q.
 375  intros;
 376  apply (. (or_prop1 : ?)^ -1);
 377  apply oa_leq_trans; [3: apply f; | skip | apply (. (or_prop1 : ?)); apply oa_leq_refl;]
 378 qed.
 379
 380 lemma lemma_10_2_a: ∀S,T.∀R:arrows2 OA S T.∀p. p ≤ R⎻* (R⎻ p).
 381  intros;
 382  apply (. (or_prop2 : ?)^-1);
 383  apply oa_leq_refl.
 384 qed.
 385
 386 lemma lemma_10_2_b: ∀S,T.∀R:arrows2 OA S T.∀p. R⎻ (R⎻* p) ≤ p.
 387  intros;
 388  apply (. (or_prop2 : ?));
 389  apply oa_leq_refl.
 390 qed.
 391
 392 lemma lemma_10_2_c: ∀S,T.∀R:arrows2 OA S T.∀p. p ≤ R* (R p).
 393  intros;
 394  apply (. (or_prop1 : ?)^-1);
 395  apply oa_leq_refl.
 396 qed.
 397
 398 lemma lemma_10_2_d: ∀S,T.∀R:arrows2 OA S T.∀p. R (R* p) ≤ p.
 399  intros;
 400  apply (. (or_prop1 : ?));
 401  apply oa_leq_refl.
 402 qed.
 403
 404 lemma lemma_10_3_a: ∀S,T.∀R:arrows2 OA S T.∀p. R⎻ (R⎻* (R⎻ p)) = R⎻ p.
 405  intros; apply oa_leq_antisym;
 406   [ apply lemma_10_2_b;
 407   | apply f_minus_image_monotone;
 408     apply lemma_10_2_a; ]
 409 qed.
 410
 411 lemma lemma_10_3_b: ∀S,T.∀R:arrows2 OA S T.∀p. R* (R (R* p)) = R* p.
 412  intros; apply oa_leq_antisym;
 413   [ apply f_star_image_monotone;
 414     apply (lemma_10_2_d ?? R p);
 415   | apply lemma_10_2_c; ]
 416 qed.
 417
 418 lemma lemma_10_3_c: ∀S,T.∀R:arrows2 OA S T.∀p. R (R* (R p)) = R p.
 419  intros; apply oa_leq_antisym;
 420   [ apply lemma_10_2_d;
 421   | apply f_image_monotone;
 422     apply (lemma_10_2_c ?? R p); ]
 423 qed.
 424
 425 lemma lemma_10_3_d: ∀S,T.∀R:arrows2 OA S T.∀p. R⎻* (R⎻ (R⎻* p)) = R⎻* p.
 426  intros; apply oa_leq_antisym;
 427   [ apply f_minus_star_image_monotone;
 428     apply (lemma_10_2_b ?? R p);
 429   | apply lemma_10_2_a; ]
 430 qed.
 431
 432 lemma lemma_10_4_a: ∀S,T.∀R:arrows2 OA S T.∀p. R⎻* (R⎻ (R⎻* (R⎻ p))) = R⎻* (R⎻ p).
 433  intros; apply (†(lemma_10_3_a ?? R p));
 434 qed.
 435
 436 lemma lemma_10_4_b: ∀S,T.∀R:arrows2 OA S T.∀p. R (R* (R (R* p))) = R (R* p).
 437 intros; unfold in ⊢ (? ? ? % %); apply (†(lemma_10_3_b ?? R p));
 438 qed.
 439
 440 lemma oa_overlap_sym': ∀o:OA.∀U,V:o. (U >< V) = (V >< U).
 441  intros; split; intro; apply oa_overlap_sym; assumption.
 442 qed.