quox/stdlib/misc.quox

namespace true {
  def0 True : ★ = {true}

  def drop : 0.(A : ★) → True → A → A =
    λ A t x ⇒ case t return A of { 'true ⇒ x }

  def0 eta : (s : True) → s ≡ 'true : True =
    λ s ⇒ case s return s' ⇒ s' ≡ 'true : True of { 'true ⇒ δ 𝑖 ⇒ 'true }

  def0 irr : (s t : True) → s ≡ t : True =
    λ s t ⇒
      coe (𝑖 ⇒ eta s @𝑖 ≡ t : True) @1 @0
        (coe (𝑖 ⇒ 'true ≡ eta t @𝑖 : True) @1 @0 (δ _ ⇒ 'true))

  def revive : 0.True → True = λ _ ⇒ 'true
}
def0 True = true.True

namespace false {
  def0 False : ★ = {}

  def void : 0.(A : ★) → 0.False → A =
    λ A v ⇒ case0 v return A of { }

  def0 irr : (u v : False) → u ≡ v : False =
    λ u v ⇒ void (u ≡ v : False) u

  def revive : 0.False → False = void False
}
def0 False = false.False
def void = false.void


def0 Not : ★ → ★ = λ A ⇒ ω.A → False

def0 Iff : ★ → ★ → ★ = λ A B ⇒ (A → B) × (B → A)

def0 All : (A : ★) → (A → ★) → ★ =
  λ A P ⇒ (x : A) → P x

def cong :
    0.(A : ★) → 0.(P : A → ★) → 1.(p : All A P) →
    0.(x y : A) → 1.(xy : x ≡ y : A) → Eq (𝑖 ⇒ P (xy @𝑖)) (p x) (p y) =
  λ A P p x y xy ⇒ δ 𝑖 ⇒ p (xy @𝑖)

def cong' :
    0.(A B : ★) → 1.(f : A → B) →
    0.(x y : A) → 1.(xy : x ≡ y : A) → f x ≡ f y : B =
  λ A B ⇒ cong A (λ _ ⇒ B)

def coherence :
    0.(A B : ★) → 0.(AB : A ≡ B : ★) → 1.(x : A) →
    Eq (𝑖 ⇒ AB @𝑖) x (coe (𝑖 ⇒ AB @𝑖) x) =
  λ A B AB x ⇒
    δ 𝑗 ⇒ coe (𝑖 ⇒ AB @𝑖) @0 @𝑗 x


def0 EqF : (A : ★) → (P : A → ★) → (p : All A P) → (q : All A P) → A → ★ =
  λ A P p q x ⇒ p x ≡ q x : P x

def funext :
    0.(A : ★) → 0.(P : A → ★) → 0.(p q : All A P) →
    1.(All A (EqF A P p q)) → p ≡ q : All A P =
  λ A P p q eq ⇒ δ 𝑖 ⇒ λ x ⇒ eq x @𝑖

def refl : 0.(A : ★) → 1.(x : A) → x ≡ x : A = λ A x ⇒ δ _ ⇒ x

def sym : 0.(A : ★) → 0.(x y : A) → 1.(x ≡ y : A) → y ≡ x : A =
  λ A x y eq ⇒ coe (𝑗 ⇒ eq @𝑗 ≡ x : A) (δ _ ⇒ eq @0)
    -- btw this uses eq @0 instead of just x because of the quantities

def sym-c : 0.(A : ★) → 0.(x y : A) → 1.(x ≡ y : A) → y ≡ x : A =
  λ A x y eq ⇒ δ 𝑖 ⇒
    comp A (eq @0) @𝑖 { 0 𝑗 ⇒ eq @𝑗; 1 _ ⇒ eq @0 }

{-
def sym-het : 0.(A B : ★) → 0.(AB : A ≡ B : ★) →
              0.(x : A) → 0.(y : B) →
              1.(Eq (𝑖 ⇒ AB @𝑖) x y) →
              Eq (𝑖 ⇒ sym¹ ★ A B AB @𝑖) y x =
  λ A B AB x y xy ⇒
    let0 BA  = sym¹ ★ A B AB;
         y'  : A = coe (𝑖 ⇒ BA @𝑖) y;
         yy' : Eq (𝑖 ⇒ BA @𝑖) y y' =
           δ 𝑗 ⇒ coe (𝑖 ⇒ BA @𝑖) @0 @𝑗 y;
    in
    0
-}

{-
  δ 𝑖 ⇒
    comp (𝑗 ⇒ sym¹ ★ A B AB @𝑗) @0 @𝑖 y @𝑖 {
      0 𝑗 ⇒ xy @𝑗;
      1 𝑗 ⇒ xy @𝑗
    }
-}

def trans10 : 0.(A : ★) → 0.(x y z : A) →
              1.(x ≡ y : A) → 0.(y ≡ z : A) → x ≡ z : A =
  λ A x y z eq1 eq2 ⇒ coe (𝑗 ⇒ x ≡ eq2 @𝑗 : A) eq1

def trans01 : 0.(A : ★) → 0.(x y z : A) →
              0.(x ≡ y : A) → 1.(y ≡ z : A) → x ≡ z : A =
  λ A x y z eq1 eq2 ⇒ coe (𝑗 ⇒ eq1 @𝑗 ≡ z : A) @1 @0 eq2

def trans : 0.(A : ★) → 0.(x y z : A) →
            ω.(x ≡ y : A) → ω.(y ≡ z : A) → x ≡ z : A =
  λ A x y z eq1 eq2 ⇒ trans01 A x y z eq1 eq2

{-
def trans-het : 0.(A B C : ★) → 0.(AB : A ≡ B : ★) → 0.(BC : B ≡ C : ★) →
                0.(x : A) → 0.(y : B) → 0.(z : C) →
                ω.(Eq (𝑖 ⇒ AB @𝑖) x y) →
                ω.(Eq (𝑖 ⇒ BC @𝑖) y z) →
                Eq (𝑖 ⇒ trans¹ ★ A B C AB BC @𝑖) x z
=
  λ A B C AB BC x y z xy yz ⇒
    let 0.AC = trans¹ ★ A B C AB BC;
        0.y' : A = coe (𝑗 ⇒ AB @𝑗) @1 @0 y;
    in
    δ 𝑖 ⇒
    trans (AC @𝑖) (coe (𝑗 ⇒ AC @𝑗) @0 @𝑖 x)
                  (coe (𝑗 ⇒ AC @𝑗) @0 @𝑖 y')
                  (coe (𝑗 ⇒ AC @𝑗) @1 @𝑖 z)
                  0
                  0
                  @𝑖

def0 trans-trans-het :
    (A : ★) → (x y z : A) →
    (xy : x ≡ y : A) → (yz : y ≡ z : A) →
    Eq (_ ⇒ x ≡ z : A)
       (trans A x y z xy yz)
       (trans-het A A A (δ _ ⇒ A) (δ _ ⇒ A) x y z xy yz) =
  λ A x y z xy yz ⇒ δ _ ⇒ trans A x y z xy yz
-}

def appω : 0.(A B : ★) → ω.(f : ω.A → B) → [ω.A] → [ω.B] =
  λ A B f x ⇒ case x return [ω.B] of { [x'] ⇒ [f x'] }
def app# = appω

def app2ω : 0.(A B C : ★) → ω.(f : ω.A → ω.B → C) → [ω.A] → [ω.B] → [ω.C] =
  λ A B C f x y ⇒
  case x return [ω.C] of { [x'] ⇒
    case y return [ω.C] of { [y'] ⇒ [f x' y'] }
  }
def app2# = app2ω

def getω : 0.(A : ★) → [ω.A] → A =
  λ A x ⇒ case x return A of { [x] ⇒ x }
def get# = getω

def0 get0 : (A : ★) → [0.A] → A =
  λ A x ⇒ case x return A of { [x] ⇒ x }

def0 get0-box : (A : ★) → (b : [0.A]) →
                [get0 A b] ≡ b : [0.A] =
  λ A b ⇒ case b return b' ⇒ [get0 A b'] ≡ b' : [0.A] of { [x] ⇒ δ _ ⇒ [x] }

def drop0 : 0.(A B : ★) → [0.A] → B → B =
  λ A B x y ⇒ case x return B of { [_] ⇒ y }

def0 drop0-eq : (A B : ★) → (x : [0.A]) → (y : B) → drop0 A B x y ≡ y : B =
  λ A B x y ⇒
  case x return x' ⇒ drop0 A B x' y ≡ y : B of { [_] ⇒ δ 𝑖 ⇒ y }

def0 HEq : (A B : ★) → A → B → ★¹ =
  λ A B x y ⇒ (AB : A ≡ B : ★) × Eq (𝑖 ⇒ AB @𝑖) x y

def0 boxω-inj : (A : ★) → (x y : A) → [x] ≡ [y] : [ω.A] → x ≡ y : A =
  λ A x y xy ⇒ δ 𝑖 ⇒ getω A (xy @𝑖)
-- [todo] change lexical syntax to allow "box#-inj"

def revive0 : 0.(A : ★) → 0.[0.A] → [0.A] =
  λ A s ⇒ [get0 A s]


namespace sing {

def0 Sing : (A : ★) → A → ★ =
  λ A x ⇒ (val : A) × [0. val ≡ x : A]

def sing : 0.(A : ★) → (x : A) → Sing A x =
  λ A x ⇒ (x, [δ _ ⇒ x])

def val : 0.(A : ★) → 0.(x : A) → Sing A x → A =
  λ A x sg ⇒
  case sg return A of { (x', eq) ⇒ drop0 (x' ≡ x : A) A eq x' }

def0 val-fst : (A : ★) → (x : A) → (sg : Sing A x) → val A x sg ≡ fst sg : A =
  λ A x sg ⇒ drop0-eq (fst sg ≡ x : A) A (snd sg) (fst sg)

def0 proof : (A : ★) → (x : A) → (sg : Sing A x) → val A x sg ≡ x : A =
  λ A x sg ⇒
  trans A (val A x sg) (fst sg) x
    (val-fst A x sg) (get0 (fst sg ≡ x : A) (snd sg))

def app : 0.(A B : ★) → 0.(x : A) →
          (f : A → B) → Sing A x → Sing B (f x) =
  λ A B x f sg ⇒
    let 1.x' = val A x sg;
        0.xx = proof A x sg in
    (f x', [δ 𝑖 ⇒ f (xx @𝑖)])

}

def0 Sing = sing.Sing
def  sing = sing.sing


namespace dup {

def0 Dup : (A : ★) → A → ★ =
  λ A x ⇒ Sing [ω.A] [x]

def from-parts :
    0.(A : ★) →
    (dup : A → [ω.A]) →
    0.(prf : (x : A) → dup x ≡ [x] : [ω.A]) →
    (x : A) → Dup A x =
  λ A dup prf x ⇒ (dup x, [prf x])

def to-drop : 0.(A : ★) → (A → [ω.A]) → 0.(B : ★) → A → B → B =
  λ A dup B x y ⇒ case dup x return B of { [_] ⇒ y }

def erased : 0.(A : ★) → (x : [0.A]) → Dup [0.A] x =
  λ A x ⇒ case x return x' ⇒ Dup [0.A] x' of { [x] ⇒ sing [ω.[0.A]] [[x]] }

def valω : 0.(A : ★) → 0.(x : A) → Dup A x → [ω.A] =
  λ A x ⇒ sing.val [ω.A] [x]
def val# = valω

def val : 0.(A : ★) → 0.(x : A) → Dup A x → A =
  λ A x x! ⇒ getω A (valω A x x!)

def0 proofω : (A : ★) → (x : A) → (x! : Dup A x) → valω A x x! ≡ [x] : [ω.A] =
  λ A x x! ⇒ sing.proof [ω.A] [x] x!
def0 proof# : (A : ★) → (x : A) → (x! : Dup A x) → val# A x x! ≡ [x] : [ω.A] =
  proofω

def0 proof : (A : ★) → (x : A) → (x! : Dup A x) → val A x x! ≡ x : A =
  λ A x x! ⇒ δ 𝑖 ⇒ getω A (proofω A x x! @𝑖)

def elim' : 0.(A : ★) → 0.(x : A) → 0.(P : A → ★) →
            (ω.(x' : A) → 0.(x' ≡ x : A) → P x) → Dup A x → P x =
  λ A x P f x! ⇒
    let xω : [ω.A] = sing.val [ω.A] [x] x! in
    case xω return xω' ⇒ 0.(xω' ≡ xω : [ω.A]) → P x of { [x'] ⇒ λ eq1 ⇒
      let0 eq2 = sing.proof [ω.A] [x] x!;
           eq  = boxω-inj A x' x (trans [ω.A] [x'] xω [x] eq1 eq2) in
      f x' eq
    } (δ _ ⇒ xω)

def elim : 0.(A : ★) → 0.(x : A) → 0.(P : A → ★) →
           (ω.(x' : A) → P x') → Dup A x → P x =
  λ A x P f ⇒ elim' A x P (λ x' xx ⇒ coe (𝑖 ⇒ P (xx @𝑖)) (f x'))


}

def0 Dup = dup.Dup