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Theorem infxpenc2 8416
Description: Existence form of infxpenc 8412. A "uniform" or "canonical" version of infxpen 8409, asserting the existence of a single function  g that simultaneously demonstrates product idempotence of all ordinals below a given bound. (Contributed by Mario Carneiro, 30-May-2015.)
Assertion
Ref Expression
infxpenc2  |-  ( A  e.  On  ->  E. g A. b  e.  A  ( om  C_  b  ->  ( g `  b ) : ( b  X.  b ) -1-1-onto-> b ) )
Distinct variable group:    g, b, A

Proof of Theorem infxpenc2
Dummy variables  f  n  w  x  y 
z are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 cnfcom3c 8167 . 2  |-  ( A  e.  On  ->  E. n A. x  e.  A  ( om  C_  x  ->  E. y  e.  ( On 
\  1o ) ( n `  x ) : x -1-1-onto-> ( om  ^o  y
) ) )
2 df-2o 7149 . . . . . . . 8  |-  2o  =  suc  1o
32oveq2i 6307 . . . . . . 7  |-  ( om 
^o  2o )  =  ( om  ^o  suc  1o )
4 omelon 8080 . . . . . . . 8  |-  om  e.  On
5 1on 7155 . . . . . . . 8  |-  1o  e.  On
6 oesuc 7195 . . . . . . . 8  |-  ( ( om  e.  On  /\  1o  e.  On )  -> 
( om  ^o  suc  1o )  =  ( ( om  ^o  1o )  .o  om ) )
74, 5, 6mp2an 672 . . . . . . 7  |-  ( om 
^o  suc  1o )  =  ( ( om 
^o  1o )  .o 
om )
8 oe1 7211 . . . . . . . . 9  |-  ( om  e.  On  ->  ( om  ^o  1o )  =  om )
94, 8ax-mp 5 . . . . . . . 8  |-  ( om 
^o  1o )  =  om
109oveq1i 6306 . . . . . . 7  |-  ( ( om  ^o  1o )  .o  om )  =  ( om  .o  om )
113, 7, 103eqtri 2490 . . . . . 6  |-  ( om 
^o  2o )  =  ( om  .o  om )
12 omxpen 7638 . . . . . . 7  |-  ( ( om  e.  On  /\  om  e.  On )  -> 
( om  .o  om )  ~~  ( om  X.  om ) )
134, 4, 12mp2an 672 . . . . . 6  |-  ( om 
.o  om )  ~~  ( om  X.  om )
1411, 13eqbrtri 4475 . . . . 5  |-  ( om 
^o  2o )  ~~  ( om  X.  om )
15 xpomen 8410 . . . . 5  |-  ( om 
X.  om )  ~~  om
1614, 15entri 7588 . . . 4  |-  ( om 
^o  2o )  ~~  om
1716a1i 11 . . 3  |-  ( A  e.  On  ->  ( om  ^o  2o )  ~~  om )
18 bren 7544 . . 3  |-  ( ( om  ^o  2o ) 
~~  om  <->  E. f  f : ( om  ^o  2o )
-1-1-onto-> om )
1917, 18sylib 196 . 2  |-  ( A  e.  On  ->  E. f 
f : ( om 
^o  2o ) -1-1-onto-> om )
20 eeanv 1989 . . 3  |-  ( E. n E. f ( A. x  e.  A  ( om  C_  x  ->  E. y  e.  ( On 
\  1o ) ( n `  x ) : x -1-1-onto-> ( om  ^o  y
) )  /\  f : ( om  ^o  2o ) -1-1-onto-> om )  <->  ( E. n A. x  e.  A  ( om  C_  x  ->  E. y  e.  ( On 
\  1o ) ( n `  x ) : x -1-1-onto-> ( om  ^o  y
) )  /\  E. f  f : ( om  ^o  2o ) -1-1-onto-> om ) )
21 simpl 457 . . . . . 6  |-  ( ( A  e.  On  /\  ( A. x  e.  A  ( om  C_  x  ->  E. y  e.  ( On 
\  1o ) ( n `  x ) : x -1-1-onto-> ( om  ^o  y
) )  /\  f : ( om  ^o  2o ) -1-1-onto-> om ) )  ->  A  e.  On )
22 simprl 756 . . . . . . 7  |-  ( ( A  e.  On  /\  ( A. x  e.  A  ( om  C_  x  ->  E. y  e.  ( On 
\  1o ) ( n `  x ) : x -1-1-onto-> ( om  ^o  y
) )  /\  f : ( om  ^o  2o ) -1-1-onto-> om ) )  ->  A. x  e.  A  ( om  C_  x  ->  E. y  e.  ( On 
\  1o ) ( n `  x ) : x -1-1-onto-> ( om  ^o  y
) ) )
23 sseq2 3521 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  b  ->  ( om  C_  x  <->  om  C_  b
) )
24 oveq2 6304 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( y  =  w  ->  ( om  ^o  y )  =  ( om  ^o  w
) )
25 f1oeq3 5815 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( om  ^o  y )  =  ( om  ^o  w )  ->  (
( n `  x
) : x -1-1-onto-> ( om 
^o  y )  <->  ( n `  x ) : x -1-1-onto-> ( om  ^o  w ) ) )
2624, 25syl 16 . . . . . . . . . . 11  |-  ( y  =  w  ->  (
( n `  x
) : x -1-1-onto-> ( om 
^o  y )  <->  ( n `  x ) : x -1-1-onto-> ( om  ^o  w ) ) )
2726cbvrexv 3085 . . . . . . . . . 10  |-  ( E. y  e.  ( On 
\  1o ) ( n `  x ) : x -1-1-onto-> ( om  ^o  y
)  <->  E. w  e.  ( On  \  1o ) ( n `  x
) : x -1-1-onto-> ( om 
^o  w ) )
28 fveq2 5872 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( x  =  b  ->  (
n `  x )  =  ( n `  b ) )
29 f1oeq1 5813 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( n `  x )  =  ( n `  b )  ->  (
( n `  x
) : x -1-1-onto-> ( om 
^o  w )  <->  ( n `  b ) : x -1-1-onto-> ( om  ^o  w ) ) )
3028, 29syl 16 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( x  =  b  ->  (
( n `  x
) : x -1-1-onto-> ( om 
^o  w )  <->  ( n `  b ) : x -1-1-onto-> ( om  ^o  w ) ) )
31 f1oeq2 5814 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( x  =  b  ->  (
( n `  b
) : x -1-1-onto-> ( om 
^o  w )  <->  ( n `  b ) : b -1-1-onto-> ( om  ^o  w ) ) )
3230, 31bitrd 253 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  =  b  ->  (
( n `  x
) : x -1-1-onto-> ( om 
^o  w )  <->  ( n `  b ) : b -1-1-onto-> ( om  ^o  w ) ) )
3332rexbidv 2968 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  =  b  ->  ( E. w  e.  ( On  \  1o ) ( n `  x ) : x -1-1-onto-> ( om  ^o  w
)  <->  E. w  e.  ( On  \  1o ) ( n `  b
) : b -1-1-onto-> ( om 
^o  w ) ) )
3427, 33syl5bb 257 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  b  ->  ( E. y  e.  ( On  \  1o ) ( n `  x ) : x -1-1-onto-> ( om  ^o  y
)  <->  E. w  e.  ( On  \  1o ) ( n `  b
) : b -1-1-onto-> ( om 
^o  w ) ) )
3523, 34imbi12d 320 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  b  ->  (
( om  C_  x  ->  E. y  e.  ( On  \  1o ) ( n `  x
) : x -1-1-onto-> ( om 
^o  y ) )  <-> 
( om  C_  b  ->  E. w  e.  ( On  \  1o ) ( n `  b
) : b -1-1-onto-> ( om 
^o  w ) ) ) )
3635cbvralv 3084 . . . . . . 7  |-  ( A. x  e.  A  ( om  C_  x  ->  E. y  e.  ( On  \  1o ) ( n `  x ) : x -1-1-onto-> ( om  ^o  y ) )  <->  A. b  e.  A  ( om  C_  b  ->  E. w  e.  ( On 
\  1o ) ( n `  b ) : b -1-1-onto-> ( om  ^o  w
) ) )
3722, 36sylib 196 . . . . . 6  |-  ( ( A  e.  On  /\  ( A. x  e.  A  ( om  C_  x  ->  E. y  e.  ( On 
\  1o ) ( n `  x ) : x -1-1-onto-> ( om  ^o  y
) )  /\  f : ( om  ^o  2o ) -1-1-onto-> om ) )  ->  A. b  e.  A  ( om  C_  b  ->  E. w  e.  ( On 
\  1o ) ( n `  b ) : b -1-1-onto-> ( om  ^o  w
) ) )
38 oveq2 6304 . . . . . . . . 9  |-  ( b  =  z  ->  ( om  ^o  b )  =  ( om  ^o  z
) )
3938cbvmptv 4548 . . . . . . . 8  |-  ( b  e.  ( On  \  1o )  |->  ( om 
^o  b ) )  =  ( z  e.  ( On  \  1o )  |->  ( om  ^o  z ) )
4039cnveqi 5187 . . . . . . 7  |-  `' ( b  e.  ( On 
\  1o )  |->  ( om  ^o  b ) )  =  `' ( z  e.  ( On 
\  1o )  |->  ( om  ^o  z ) )
4140fveq1i 5873 . . . . . 6  |-  ( `' ( b  e.  ( On  \  1o ) 
|->  ( om  ^o  b
) ) `  ran  ( n `  b
) )  =  ( `' ( z  e.  ( On  \  1o )  |->  ( om  ^o  z ) ) `  ran  ( n `  b
) )
42 2on 7156 . . . . . . . . . 10  |-  2o  e.  On
43 peano1 6718 . . . . . . . . . . 11  |-  (/)  e.  om
44 oen0 7253 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( om  e.  On  /\  2o  e.  On )  /\  (/)  e.  om )  -> 
(/)  e.  ( om  ^o  2o ) )
4543, 44mpan2 671 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( om  e.  On  /\  2o  e.  On )  ->  (/) 
e.  ( om  ^o  2o ) )
464, 42, 45mp2an 672 . . . . . . . . 9  |-  (/)  e.  ( om  ^o  2o )
47 eqid 2457 . . . . . . . . . 10  |-  ( f  o.  ( (  _I  |`  ( ( om  ^o  2o )  \  { (/) ,  ( `' f `  (/) ) } ) )  u.  { <. (/) ,  ( `' f `  (/) ) >. ,  <. ( `' f `
 (/) ) ,  (/) >. } ) )  =  ( f  o.  (
(  _I  |`  (
( om  ^o  2o )  \  { (/) ,  ( `' f `  (/) ) } ) )  u.  { <.
(/) ,  ( `' f `  (/) ) >. ,  <. ( `' f `
 (/) ) ,  (/) >. } ) )
4847fveqf1o 6206 . . . . . . . . 9  |-  ( ( f : ( om 
^o  2o ) -1-1-onto-> om  /\  (/) 
e.  ( om  ^o  2o )  /\  (/)  e.  om )  ->  ( ( f  o.  ( (  _I  |`  ( ( om  ^o  2o )  \  { (/) ,  ( `' f `  (/) ) } ) )  u.  { <. (/) ,  ( `' f `  (/) ) >. ,  <. ( `' f `
 (/) ) ,  (/) >. } ) ) : ( om  ^o  2o )
-1-1-onto-> om  /\  ( ( f  o.  ( (  _I  |`  ( ( om  ^o  2o )  \  { (/) ,  ( `' f `  (/) ) } ) )  u.  { <. (/) ,  ( `' f `  (/) ) >. ,  <. ( `' f `
 (/) ) ,  (/) >. } ) ) `  (/) )  =  (/) ) )
4946, 43, 48mp3an23 1316 . . . . . . . 8  |-  ( f : ( om  ^o  2o ) -1-1-onto-> om  ->  ( (
f  o.  ( (  _I  |`  ( ( om  ^o  2o )  \  { (/) ,  ( `' f `  (/) ) } ) )  u.  { <.
(/) ,  ( `' f `  (/) ) >. ,  <. ( `' f `
 (/) ) ,  (/) >. } ) ) : ( om  ^o  2o )
-1-1-onto-> om  /\  ( ( f  o.  ( (  _I  |`  ( ( om  ^o  2o )  \  { (/) ,  ( `' f `  (/) ) } ) )  u.  { <. (/) ,  ( `' f `  (/) ) >. ,  <. ( `' f `
 (/) ) ,  (/) >. } ) ) `  (/) )  =  (/) ) )
5049ad2antll 728 . . . . . . 7  |-  ( ( A  e.  On  /\  ( A. x  e.  A  ( om  C_  x  ->  E. y  e.  ( On 
\  1o ) ( n `  x ) : x -1-1-onto-> ( om  ^o  y
) )  /\  f : ( om  ^o  2o ) -1-1-onto-> om ) )  -> 
( ( f  o.  ( (  _I  |`  (
( om  ^o  2o )  \  { (/) ,  ( `' f `  (/) ) } ) )  u.  { <.
(/) ,  ( `' f `  (/) ) >. ,  <. ( `' f `
 (/) ) ,  (/) >. } ) ) : ( om  ^o  2o )
-1-1-onto-> om  /\  ( ( f  o.  ( (  _I  |`  ( ( om  ^o  2o )  \  { (/) ,  ( `' f `  (/) ) } ) )  u.  { <. (/) ,  ( `' f `  (/) ) >. ,  <. ( `' f `
 (/) ) ,  (/) >. } ) ) `  (/) )  =  (/) ) )
5150simpld 459 . . . . . 6  |-  ( ( A  e.  On  /\  ( A. x  e.  A  ( om  C_  x  ->  E. y  e.  ( On 
\  1o ) ( n `  x ) : x -1-1-onto-> ( om  ^o  y
) )  /\  f : ( om  ^o  2o ) -1-1-onto-> om ) )  -> 
( f  o.  (
(  _I  |`  (
( om  ^o  2o )  \  { (/) ,  ( `' f `  (/) ) } ) )  u.  { <.
(/) ,  ( `' f `  (/) ) >. ,  <. ( `' f `
 (/) ) ,  (/) >. } ) ) : ( om  ^o  2o )
-1-1-onto-> om )
5250simprd 463 . . . . . 6  |-  ( ( A  e.  On  /\  ( A. x  e.  A  ( om  C_  x  ->  E. y  e.  ( On 
\  1o ) ( n `  x ) : x -1-1-onto-> ( om  ^o  y
) )  /\  f : ( om  ^o  2o ) -1-1-onto-> om ) )  -> 
( ( f  o.  ( (  _I  |`  (
( om  ^o  2o )  \  { (/) ,  ( `' f `  (/) ) } ) )  u.  { <.
(/) ,  ( `' f `  (/) ) >. ,  <. ( `' f `
 (/) ) ,  (/) >. } ) ) `  (/) )  =  (/) )
5321, 37, 41, 51, 52infxpenc2lem3 8415 . . . . 5  |-  ( ( A  e.  On  /\  ( A. x  e.  A  ( om  C_  x  ->  E. y  e.  ( On 
\  1o ) ( n `  x ) : x -1-1-onto-> ( om  ^o  y
) )  /\  f : ( om  ^o  2o ) -1-1-onto-> om ) )  ->  E. g A. b  e.  A  ( om  C_  b  ->  ( g `  b
) : ( b  X.  b ) -1-1-onto-> b ) )
5453ex 434 . . . 4  |-  ( A  e.  On  ->  (
( A. x  e.  A  ( om  C_  x  ->  E. y  e.  ( On  \  1o ) ( n `  x
) : x -1-1-onto-> ( om 
^o  y ) )  /\  f : ( om  ^o  2o ) -1-1-onto-> om )  ->  E. g A. b  e.  A  ( om  C_  b  ->  ( g `  b ) : ( b  X.  b ) -1-1-onto-> b ) ) )
5554exlimdvv 1726 . . 3  |-  ( A  e.  On  ->  ( E. n E. f ( A. x  e.  A  ( om  C_  x  ->  E. y  e.  ( On 
\  1o ) ( n `  x ) : x -1-1-onto-> ( om  ^o  y
) )  /\  f : ( om  ^o  2o ) -1-1-onto-> om )  ->  E. g A. b  e.  A  ( om  C_  b  ->  ( g `  b ) : ( b  X.  b ) -1-1-onto-> b ) ) )
5620, 55syl5bir 218 . 2  |-  ( A  e.  On  ->  (
( E. n A. x  e.  A  ( om  C_  x  ->  E. y  e.  ( On  \  1o ) ( n `  x ) : x -1-1-onto-> ( om  ^o  y ) )  /\  E. f 
f : ( om 
^o  2o ) -1-1-onto-> om )  ->  E. g A. b  e.  A  ( om  C_  b  ->  ( g `  b ) : ( b  X.  b ) -1-1-onto-> b ) ) )
571, 19, 56mp2and 679 1  |-  ( A  e.  On  ->  E. g A. b  e.  A  ( om  C_  b  ->  ( g `  b ) : ( b  X.  b ) -1-1-onto-> b ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 184    /\ wa 369    = wceq 1395   E.wex 1613    e. wcel 1819   A.wral 2807   E.wrex 2808    \ cdif 3468    u. cun 3469    C_ wss 3471   (/)c0 3793   {cpr 4034   <.cop 4038   class class class wbr 4456    |-> cmpt 4515    _I cid 4799   Oncon0 4887   suc csuc 4889    X. cxp 5006   `'ccnv 5007   ran crn 5009    |` cres 5010    o. ccom 5012   -1-1-onto->wf1o 5593   ` cfv 5594  (class class class)co 6296   omcom 6699   1oc1o 7141   2oc2o 7142    .o comu 7146    ^o coe 7147    ~~ cen 7532
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1619  ax-4 1632  ax-5 1705  ax-6 1748  ax-7 1791  ax-8 1821  ax-9 1823  ax-10 1838  ax-11 1843  ax-12 1855  ax-13 2000  ax-ext 2435  ax-rep 4568  ax-sep 4578  ax-nul 4586  ax-pow 4634  ax-pr 4695  ax-un 6591  ax-inf2 8075
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3or 974  df-3an 975  df-tru 1398  df-fal 1401  df-ex 1614  df-nf 1618  df-sb 1741  df-eu 2287  df-mo 2288  df-clab 2443  df-cleq 2449  df-clel 2452  df-nfc 2607  df-ne 2654  df-ral 2812  df-rex 2813  df-reu 2814  df-rmo 2815  df-rab 2816  df-v 3111  df-sbc 3328  df-csb 3431  df-dif 3474  df-un 3476  df-in 3478  df-ss 3485  df-pss 3487  df-nul 3794  df-if 3945  df-pw 4017  df-sn 4033  df-pr 4035  df-tp 4037  df-op 4039  df-uni 4252  df-int 4289  df-iun 4334  df-br 4457  df-opab 4516  df-mpt 4517  df-tr 4551  df-eprel 4800  df-id 4804  df-po 4809  df-so 4810  df-fr 4847  df-se 4848  df-we 4849  df-ord 4890  df-on 4891  df-lim 4892  df-suc 4893  df-xp 5014  df-rel 5015  df-cnv 5016  df-co 5017  df-dm 5018  df-rn 5019  df-res 5020  df-ima 5021  df-iota 5557  df-fun 5596  df-fn 5597  df-f 5598  df-f1 5599  df-fo 5600  df-f1o 5601  df-fv 5602  df-isom 5603  df-riota 6258  df-ov 6299  df-oprab 6300  df-mpt2 6301  df-om 6700  df-1st 6799  df-2nd 6800  df-supp 6918  df-recs 7060  df-rdg 7094  df-seqom 7131  df-1o 7148  df-2o 7149  df-oadd 7152  df-omul 7153  df-oexp 7154  df-er 7329  df-map 7440  df-en 7536  df-dom 7537  df-sdom 7538  df-fin 7539  df-fsupp 7848  df-oi 7953  df-cnf 8096  df-card 8337
This theorem is referenced by:  pwfseq  9059
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