Properties of equivalences depending on function extensionality. (Not included in UF-Equiv because the module funext defines function extensionality as the equivalence of happly for suitable parameters.) \begin{code} {-# OPTIONS --without-K --exact-split --safe #-} module UF-Equiv-FunExt where open import SpartanMLTT open import UF-Base open import UF-Subsingletons open import UF-Subsingletons-FunExt open import UF-Retracts open import UF-FunExt open import UF-Equiv open import UF-EquivalenceExamples being-vv-equiv-is-prop' : funext ๐ฅ (๐ค โ ๐ฅ) โ funext (๐ค โ ๐ฅ) (๐ค โ ๐ฅ) โ {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } (f : X โ Y) โ is-prop (is-vv-equiv f) being-vv-equiv-is-prop' {๐ค} {๐ฅ} fe fe' f = ฮ -is-prop fe (ฮป x โ being-singleton-is-prop fe' ) being-vv-equiv-is-prop : FunExt โ {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } (f : X โ Y) โ is-prop (is-vv-equiv f) being-vv-equiv-is-prop {๐ค} {๐ฅ} fe = being-vv-equiv-is-prop' (fe ๐ฅ (๐ค โ ๐ฅ)) (fe (๐ค โ ๐ฅ) (๐ค โ ๐ฅ)) qinv-post' : {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } {A : ๐ฆ ฬ } โ naive-funext ๐ฆ ๐ค โ naive-funext ๐ฆ ๐ฅ โ (f : X โ Y) โ qinv f โ qinv (ฮป (h : A โ X) โ f โ h) qinv-post' {๐ค} {๐ฅ} {๐ฆ} {X} {Y} {A} nfe nfe' f (g , ฮท , ฮต) = (g' , ฮท' , ฮต') where f' : (A โ X) โ (A โ Y) f' h = f โ h g' : (A โ Y) โ (A โ X) g' k = g โ k ฮท' : (h : A โ X) โ g' (f' h) โก h ฮท' h = nfe (ฮท โ h) ฮต' : (k : A โ Y) โ f' (g' k) โก k ฮต' k = nfe' (ฮต โ k) qinv-post : (โ ๐ค ๐ฅ โ naive-funext ๐ค ๐ฅ) โ {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } {A : ๐ฆ ฬ } (f : X โ Y) โ qinv f โ qinv (ฮป (h : A โ X) โ f โ h) qinv-post {๐ค} {๐ฅ} {๐ฆ} nfe = qinv-post' (nfe ๐ฆ ๐ค) (nfe ๐ฆ ๐ฅ) equiv-post : {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } {A : ๐ฆ ฬ } โ naive-funext ๐ฆ ๐ค โ naive-funext ๐ฆ ๐ฅ โ (f : X โ Y) โ is-equiv f โ is-equiv (ฮป (h : A โ X) โ f โ h) equiv-post nfe nfe' f e = qinvs-are-equivs (ฮป h โ f โ h) (qinv-post' nfe nfe' f (equivs-are-qinvs f e)) qinv-pre' : {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } {A : ๐ฆ ฬ } โ naive-funext ๐ฅ ๐ฆ โ naive-funext ๐ค ๐ฆ โ (f : X โ Y) โ qinv f โ qinv (ฮป (h : Y โ A) โ h โ f) qinv-pre' {๐ค} {๐ฅ} {๐ฆ} {X} {Y} {A} nfe nfe' f (g , ฮท , ฮต) = (g' , ฮท' , ฮต') where f' : (Y โ A) โ (X โ A) f' h = h โ f g' : (X โ A) โ (Y โ A) g' k = k โ g ฮท' : (h : Y โ A) โ g' (f' h) โก h ฮท' h = nfe (ฮป y โ ap h (ฮต y)) ฮต' : (k : X โ A) โ f' (g' k) โก k ฮต' k = nfe' (ฮป x โ ap k (ฮท x)) qinv-pre : (โ ๐ค ๐ฅ โ naive-funext ๐ค ๐ฅ) โ {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } {A : ๐ฆ ฬ } (f : X โ Y) โ qinv f โ qinv (ฮป (h : Y โ A) โ h โ f) qinv-pre {๐ค} {๐ฅ} {๐ฆ} nfe = qinv-pre' (nfe ๐ฅ ๐ฆ) (nfe ๐ค ๐ฆ) retractions-have-at-most-one-section' : {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } โ funext ๐ฅ ๐ค โ funext ๐ฅ ๐ฅ โ (f : X โ Y) โ is-section f โ is-prop (has-section f) retractions-have-at-most-one-section' {๐ค} {๐ฅ} {X} {Y} fe fe' f (g , gf) (h , fh) = singletons-are-props c (h , fh) where a : qinv f a = equivs-are-qinvs f ((h , fh) , g , gf) b : is-singleton(fiber (ฮป h โ f โ h) id) b = qinvs-are-vv-equivs (ฮป h โ f โ h) (qinv-post' (dfunext fe) (dfunext fe') f a) id r : fiber (ฮป h โ f โ h) id โ has-section f r (h , p) = (h , happly' (f โ h) id p) s : has-section f โ fiber (ฮป h โ f โ h) id s (h , ฮท) = (h , dfunext fe' ฮท) rs : (ฯ : has-section f) โ r (s ฯ) โก ฯ rs (h , ฮท) = ap (ฮป - โ (h , -)) q where q : happly' (f โ h) id (dfunext fe' ฮท) โก ฮท q = happly-funext fe' (f โ h) id ฮท c : is-singleton (has-section f) c = retract-of-singleton (r , s , rs) b sections-have-at-most-one-retraction' : {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } โ funext ๐ค ๐ค โ funext ๐ฅ ๐ค โ (f : X โ Y) โ has-section f โ is-prop (is-section f) sections-have-at-most-one-retraction' {๐ค} {๐ฅ} {X} {Y} fe fe' f (g , fg) (h , hf) = singletons-are-props c (h , hf) where a : qinv f a = equivs-are-qinvs f ((g , fg) , (h , hf)) b : is-singleton(fiber (ฮป h โ h โ f) id) b = qinvs-are-vv-equivs (ฮป h โ h โ f) (qinv-pre' (dfunext fe') (dfunext fe) f a) id r : fiber (ฮป h โ h โ f) id โ is-section f r (h , p) = (h , happly' (h โ f) id p) s : is-section f โ fiber (ฮป h โ h โ f) id s (h , ฮท) = (h , dfunext fe ฮท) rs : (ฯ : is-section f) โ r (s ฯ) โก ฯ rs (h , ฮท) = ap (ฮป - โ (h , -)) q where q : happly' (h โ f) id (dfunext fe ฮท) โก ฮท q = happly-funext fe (h โ f) id ฮท c : is-singleton (is-section f) c = retract-of-singleton (r , s , rs) b retractions-have-at-most-one-section : FunExt โ {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } (f : X โ Y) โ is-section f โ is-prop (has-section f) retractions-have-at-most-one-section {๐ค} {๐ฅ} fe = retractions-have-at-most-one-section' (fe ๐ฅ ๐ค) (fe ๐ฅ ๐ฅ) sections-have-at-most-one-retraction : FunExt โ {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } (f : X โ Y) โ has-section f โ is-prop (is-section f) sections-have-at-most-one-retraction {๐ค} {๐ฅ} fe = sections-have-at-most-one-retraction' (fe ๐ค ๐ค) (fe ๐ฅ ๐ค) being-equiv-is-prop' : {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } โ funext ๐ฅ ๐ค โ funext ๐ฅ ๐ฅ โ funext ๐ค ๐ค โ funext ๐ฅ ๐ค โ (f : X โ Y) โ is-prop (is-equiv f) being-equiv-is-prop' fe fe' fe'' fe''' f = ร-prop-criterion (retractions-have-at-most-one-section' fe fe' f , sections-have-at-most-one-retraction' fe'' fe''' f) being-equiv-is-prop : FunExt โ {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } (f : X โ Y) โ is-prop (is-equiv f) being-equiv-is-prop {๐ค} {๐ฅ} fe f = being-equiv-is-prop' (fe ๐ฅ ๐ค) (fe ๐ฅ ๐ฅ) (fe ๐ค ๐ค) (fe ๐ฅ ๐ค) f being-equiv-is-prop'' : {X Y : ๐ค ฬ } โ funext ๐ค ๐ค โ (f : X โ Y) โ is-prop (is-equiv f) being-equiv-is-prop'' fe = being-equiv-is-prop' fe fe fe fe โ-assoc : FunExt โ {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } {Z : ๐ฆ ฬ } {T : ๐ฃ ฬ } (ฮฑ : X โ Y) (ฮฒ : Y โ Z) (ฮณ : Z โ T) โ ฮฑ โ (ฮฒ โ ฮณ) โก (ฮฑ โ ฮฒ) โ ฮณ โ-assoc fe (f , a) (g , b) (h , c) = to-ฮฃ-โก (p , q) where p : (h โ g) โ f โก h โ (g โ f) p = refl d e : is-equiv (h โ g โ f) d = โ-is-equiv a (โ-is-equiv b c) e = โ-is-equiv (โ-is-equiv a b) c q : transport is-equiv p d โก e q = being-equiv-is-prop fe (h โ g โ f) _ _ \end{code} The above proof can be condensed to one line in the style of the following two proofs, which exploit the fact that the identity map is a neutral element for ordinary function composition, definitionally: \begin{code} โ-refl-left' : funext ๐ฅ ๐ค โ funext ๐ฅ ๐ฅ โ funext ๐ค ๐ค โ {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } (ฮฑ : X โ Y) โ โ-refl X โ ฮฑ โก ฮฑ โ-refl-left' feโ feโ feโ ฮฑ = to-ฮฃ-โก' (being-equiv-is-prop' feโ feโ feโ feโ _ _ _) โ-refl-right' : funext ๐ฅ ๐ค โ funext ๐ฅ ๐ฅ โ funext ๐ค ๐ค โ {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } (ฮฑ : X โ Y) โ ฮฑ โ โ-refl Y โก ฮฑ โ-refl-right' feโ feโ feโ ฮฑ = to-ฮฃ-โก' (being-equiv-is-prop' feโ feโ feโ feโ _ _ _) โ-sym-involutive' : funext ๐ฅ ๐ค โ funext ๐ฅ ๐ฅ โ funext ๐ค ๐ค โ {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } (ฮฑ : X โ Y) โ โ-sym (โ-sym ฮฑ) โก ฮฑ โ-sym-involutive' feโ feโ feโ (f , a) = to-ฮฃ-โก (inversion-involutive f a , being-equiv-is-prop' feโ feโ feโ feโ f _ a) โ-Sym' : funext ๐ฅ ๐ค โ funext ๐ฅ ๐ฅ โ funext ๐ค ๐ค โ funext ๐ค ๐ฅ โ {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } โ (X โ Y) โ (Y โ X) โ-Sym' feโ feโ feโ feโ = qinveq โ-sym (โ-sym , โ-sym-involutive' feโ feโ feโ , โ-sym-involutive' feโ feโ feโ) โ-Sym'' : funext ๐ค ๐ค โ {X Y : ๐ค ฬ } โ (X โ Y) โ (Y โ X) โ-Sym'' fe = โ-Sym' fe fe fe fe โ-Sym : FunExt โ {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } โ (X โ Y) โ (Y โ X) โ-Sym {๐ค} {๐ฅ} fe = โ-Sym' (fe ๐ฅ ๐ค) (fe ๐ฅ ๐ฅ) (fe ๐ค ๐ค) (fe ๐ค ๐ฅ) โ-refl-left : FunExt โ {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } (ฮฑ : X โ Y) โ โ-refl X โ ฮฑ โก ฮฑ โ-refl-left fe = โ-refl-left' (fe _ _) (fe _ _) (fe _ _) โ-refl-right : FunExt โ {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } (ฮฑ : X โ Y) โ ฮฑ โ โ-refl Y โก ฮฑ โ-refl-right fe = โ-refl-right' (fe _ _) (fe _ _) (fe _ _) โ-sym-involutive : FunExt โ {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } (ฮฑ : X โ Y) โ โ-sym (โ-sym ฮฑ) โก ฮฑ โ-sym-involutive {๐ค} {๐ฅ} fe = โ-sym-involutive' (fe ๐ฅ ๐ค) (fe ๐ฅ ๐ฅ) (fe ๐ค ๐ค) โ-sym-left-inverse : FunExt โ {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } (ฮฑ : X โ Y) โ โ-sym ฮฑ โ ฮฑ โก โ-refl Y โ-sym-left-inverse {๐ค} {๐ฅ} fe (f , e) = to-ฮฃ-โก (p , being-equiv-is-prop fe _ _ _) where p : f โ inverse f e โก id p = dfunext (fe ๐ฅ ๐ฅ) (inverses-are-sections f e) โ-sym-right-inverse : FunExt โ {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } (ฮฑ : X โ Y) โ ฮฑ โ โ-sym ฮฑ โก โ-refl X โ-sym-right-inverse {๐ค} {๐ฅ} fe (f , e) = to-ฮฃ-โก (p , being-equiv-is-prop fe _ _ _) where p : inverse f e โ f โก id p = dfunext (fe ๐ค ๐ค) (inverses-are-retractions f e) โ-Comp : FunExt โ {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } (Z : ๐ฆ ฬ ) โ X โ Y โ (Y โ Z) โ (X โ Z) โ-Comp fe Z ฮฑ = qinveq (ฮฑ โ_) ((โ-sym ฮฑ โ_), p , q) where p = ฮป ฮฒ โ โ-sym ฮฑ โ (ฮฑ โ ฮฒ) โกโจ โ-assoc fe (โ-sym ฮฑ) ฮฑ ฮฒ โฉ (โ-sym ฮฑ โ ฮฑ) โ ฮฒ โกโจ ap (_โ ฮฒ) (โ-sym-left-inverse fe ฮฑ) โฉ โ-refl _ โ ฮฒ โกโจ โ-refl-left fe _ โฉ ฮฒ โ q = ฮป ฮณ โ ฮฑ โ (โ-sym ฮฑ โ ฮณ) โกโจ โ-assoc fe ฮฑ (โ-sym ฮฑ) ฮณ โฉ (ฮฑ โ โ-sym ฮฑ) โ ฮณ โกโจ ap (_โ ฮณ) (โ-sym-right-inverse fe ฮฑ) โฉ โ-refl _ โ ฮณ โกโจ โ-refl-left fe _ โฉ ฮณ โ Eq-Eq-cong : FunExt โ {X : ๐ค ฬ } {Y : ๐ฅ ฬ } {A : ๐ฆ ฬ } {B : ๐ฃ ฬ } โ X โ A โ Y โ B โ (X โ Y) โ (A โ B) Eq-Eq-cong fe {X} {Y} {A} {B} ฮฑ ฮฒ = (X โ Y) โโจ โ-Comp fe Y (โ-sym ฮฑ) โฉ (A โ Y) โโจ โ-Sym fe โฉ (Y โ A) โโจ โ-Comp fe A (โ-sym ฮฒ) โฉ (B โ A) โโจ โ-Sym fe โฉ (A โ B) โ \end{code} Propositional and functional extesionality give univalence for propositions. Notice that P is assumed to be a proposition, but X ranges over arbitrary types: \begin{code} propext-funext-give-prop-ua : propext ๐ค โ funext ๐ค ๐ค โ (X : ๐ค ฬ ) (P : ๐ค ฬ ) โ is-prop P โ is-equiv (idtoeq X P) propext-funext-give-prop-ua {๐ค} pe fe X P i = (eqtoid , ฮท) , (eqtoid , ฮต) where l : X โ P โ is-prop X l e = equiv-to-prop e i eqtoid : X โ P โ X โก P eqtoid (f , (r , rf) , h) = pe (l (f , (r , rf) , h)) i f r m : is-prop (X โ P) m (f , e) (f' , e') = to-ฮฃ-โก (dfunext fe (ฮป x โ i (f x) (f' x)) , being-equiv-is-prop'' fe f' _ e') ฮท : (e : X โ P) โ idtoeq X P (eqtoid e) โก e ฮท e = m (idtoeq X P (eqtoid e)) e ฮต : (q : X โก P) โ eqtoid (idtoeq X P q) โก q ฮต q = identifications-of-props-are-props pe fe P i X (eqtoid (idtoeq X P q)) q prop-univalent-โ : propext ๐ค โ funext ๐ค ๐ค โ (X P : ๐ค ฬ ) โ is-prop P โ (X โก P) โ (X โ P) prop-univalent-โ pe fe X P i = idtoeq X P , propext-funext-give-prop-ua pe fe X P i prop-univalent-โ' : propext ๐ค โ funext ๐ค ๐ค โ (X P : ๐ค ฬ ) โ is-prop P โ (P โก X) โ (P โ X) prop-univalent-โ' pe fe X P i = (P โก X) โโจ โก-flip โฉ (X โก P) โโจ prop-univalent-โ pe fe X P i โฉ (X โ P) โโจ โ-Sym'' fe โฉ (P โ X) โ \end{code} The so-called type-theoretic axiom of choice (already defined in SpartanMLTT with another name - TODO): \begin{code} TT-choice : {X : ๐ค ฬ } {Y : X โ ๐ฅ ฬ } {A : (x : X) โ Y x โ ๐ฆ ฬ } โ (ฮ x ๊ X , ฮฃ y ๊ Y x , A x y) โ ฮฃ f ๊ ((x : X) โ Y x) , ฮ x ๊ X , A x (f x) TT-choice ฯ = (ฮป x โ prโ(ฯ x)) , (ฮป x โ prโ(ฯ x)) \end{code} Its inverse (also already defined - TODO): \begin{code} TT-unchoice : {X : ๐ค ฬ } {Y : X โ ๐ฅ ฬ } {A : (x : X) โ Y x โ ๐ฆ ฬ } โ (ฮฃ f ๊ ((x : X) โ Y x) , ฮ x ๊ X , A x (f x)) โ ฮ x ๊ X , ฮฃ y ๊ Y x , A x y TT-unchoice (f , g) x = (f x) , (g x) \end{code} The proof that they are mutually inverse, where one direction requires function extensionality (this already occurs in UF-EquivalenceExamples - TODO): \begin{code} TT-choice-unchoice : {X : ๐ค ฬ } {Y : X โ ๐ฅ ฬ } {A : (x : X) โ Y x โ ๐ฆ ฬ } โ (t : ฮฃ f ๊ ((x : X) โ Y x) , ฮ x ๊ X , A x (f x)) โ TT-choice (TT-unchoice {๐ค} {๐ฅ} {๐ฆ} {X} {Y} {A} t) โก t TT-choice-unchoice t = refl TT-choice-has-section : {X : ๐ค ฬ } {Y : X โ ๐ฅ ฬ } {A : (x : X) โ Y x โ ๐ฆ ฬ } โ has-section (TT-choice {๐ค} {๐ฅ} {๐ฆ} {X} {Y} {A}) TT-choice-has-section {๐ค} {๐ฅ} {๐ฆ} {X} {Y} {A} = TT-unchoice , TT-choice-unchoice {๐ค} {๐ฅ} {๐ฆ} {X} {Y} {A} TT-unchoice-choice : {X : ๐ค ฬ } {Y : X โ ๐ฅ ฬ } {A : (x : X) โ Y x โ ๐ฆ ฬ } โ funext ๐ค (๐ฅ โ ๐ฆ) โ (ฯ : ฮ x ๊ X , ฮฃ y ๊ Y x , A x y) โ TT-unchoice (TT-choice ฯ) โก ฯ TT-unchoice-choice fe ฯ = dfunext fe (ฮป x โ refl) TT-choice-is-equiv : {X : ๐ค ฬ } {Y : X โ ๐ฅ ฬ } {A : (x : X) โ Y x โ ๐ฆ ฬ } โ funext ๐ค (๐ฅ โ ๐ฆ) โ is-equiv TT-choice TT-choice-is-equiv {๐ค} {๐ฅ} {๐ฆ} {X} {Y} {A} fe = TT-choice-has-section {๐ค} {๐ฅ} {๐ฆ} {X} {Y} {A} , (TT-unchoice , TT-unchoice-choice fe) TT-unchoice-is-equiv : {X : ๐ค ฬ } {Y : X โ ๐ฅ ฬ } {A : (x : X) โ Y x โ ๐ฆ ฬ } โ funext ๐ค (๐ฅ โ ๐ฆ) โ is-equiv TT-unchoice TT-unchoice-is-equiv {๐ค} {๐ฅ} {๐ฆ} {X} {Y} {A} fe = (TT-choice , TT-unchoice-choice {๐ค} {๐ฅ} {๐ฆ} {X} {Y} {A} fe) , (TT-choice , TT-choice-unchoice {๐ค} {๐ฅ} {๐ฆ} {X} {Y} {A}) \end{code}