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Theorem ufinffr 20515
Description: An infinite subset is contained in a free ultrafilter. (Contributed by Jeff Hankins, 6-Dec-2009.) (Revised by Mario Carneiro, 4-Dec-2013.)
Assertion
Ref Expression
ufinffr  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  om  ~<_  A )  ->  E. f  e.  ( UFil `  X
) ( A  e.  f  /\  |^| f  =  (/) ) )
Distinct variable groups:    A, f    B, f    f, X

Proof of Theorem ufinffr
Dummy variables  x  y are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 ominf 7648 . . . . 5  |-  -.  om  e.  Fin
2 domfi 7657 . . . . . 6  |-  ( ( A  e.  Fin  /\  om  ~<_  A )  ->  om  e.  Fin )
32expcom 433 . . . . 5  |-  ( om  ~<_  A  ->  ( A  e.  Fin  ->  om  e.  Fin ) )
41, 3mtoi 178 . . . 4  |-  ( om  ~<_  A  ->  -.  A  e.  Fin )
5 cfinfil 20479 . . . 4  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  -.  A  e.  Fin )  ->  { x  e.  ~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin }  e.  ( Fil `  X
) )
64, 5syl3an3 1261 . . 3  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  om  ~<_  A )  ->  { x  e.  ~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin }  e.  ( Fil `  X ) )
7 filssufil 20498 . . 3  |-  ( { x  e.  ~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin }  e.  ( Fil `  X
)  ->  E. f  e.  ( UFil `  X
) { x  e. 
~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin }  C_  f )
86, 7syl 16 . 2  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  om  ~<_  A )  ->  E. f  e.  ( UFil `  X
) { x  e. 
~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin }  C_  f )
9 elpw2g 4528 . . . . . . . 8  |-  ( X  e.  B  ->  ( A  e.  ~P X  <->  A 
C_  X ) )
109biimpar 483 . . . . . . 7  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X )  ->  A  e.  ~P X
)
11103adant3 1014 . . . . . 6  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  om  ~<_  A )  ->  A  e.  ~P X )
12 0fin 7663 . . . . . . 7  |-  (/)  e.  Fin
1312a1i 11 . . . . . 6  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  om  ~<_  A )  ->  (/)  e.  Fin )
14 difeq2 3530 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  A  ->  ( A  \  x )  =  ( A  \  A
) )
15 difid 3812 . . . . . . . . 9  |-  ( A 
\  A )  =  (/)
1614, 15syl6eq 2439 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  A  ->  ( A  \  x )  =  (/) )
1716eleq1d 2451 . . . . . . 7  |-  ( x  =  A  ->  (
( A  \  x
)  e.  Fin  <->  (/)  e.  Fin ) )
1817elrab 3182 . . . . . 6  |-  ( A  e.  { x  e. 
~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin }  <->  ( A  e.  ~P X  /\  (/)  e.  Fin ) )
1911, 13, 18sylanbrc 662 . . . . 5  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  om  ~<_  A )  ->  A  e.  { x  e.  ~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin } )
20 ssel 3411 . . . . 5  |-  ( { x  e.  ~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin } 
C_  f  ->  ( A  e.  { x  e.  ~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin }  ->  A  e.  f ) )
2119, 20syl5com 30 . . . 4  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  om  ~<_  A )  ->  ( { x  e.  ~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin } 
C_  f  ->  A  e.  f ) )
22 intss 4220 . . . . . 6  |-  ( { x  e.  ~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin } 
C_  f  ->  |^| f  C_ 
|^| { x  e.  ~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin } )
23 neldifsn 4071 . . . . . . . . . 10  |-  -.  y  e.  ( A  \  {
y } )
24 elinti 4208 . . . . . . . . . 10  |-  ( y  e.  |^| { x  e. 
~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin }  ->  ( ( A  \  {
y } )  e. 
{ x  e.  ~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin }  ->  y  e.  ( A  \  { y } ) ) )
2523, 24mtoi 178 . . . . . . . . 9  |-  ( y  e.  |^| { x  e. 
~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin }  ->  -.  ( A  \  {
y } )  e. 
{ x  e.  ~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin } )
26 simp2 995 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  om  ~<_  A )  ->  A  C_  X )
2726ssdifssd 3556 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  om  ~<_  A )  ->  ( A  \  { y } )  C_  X )
28 elpw2g 4528 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( X  e.  B  ->  (
( A  \  {
y } )  e. 
~P X  <->  ( A  \  { y } ) 
C_  X ) )
29283ad2ant1 1015 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  om  ~<_  A )  ->  (
( A  \  {
y } )  e. 
~P X  <->  ( A  \  { y } ) 
C_  X ) )
3027, 29mpbird 232 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  om  ~<_  A )  ->  ( A  \  { y } )  e.  ~P X
)
31 snfi 7515 . . . . . . . . . . . 12  |-  { y }  e.  Fin
32 eldif 3399 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( x  e.  ( A  \ 
( A  \  {
y } ) )  <-> 
( x  e.  A  /\  -.  x  e.  ( A  \  { y } ) ) )
33 eldif 3399 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( x  e.  ( A  \  { y } )  <-> 
( x  e.  A  /\  -.  x  e.  {
y } ) )
3433notbii 294 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( -.  x  e.  ( A 
\  { y } )  <->  -.  ( x  e.  A  /\  -.  x  e.  { y } ) )
35 iman 422 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( x  e.  A  ->  x  e.  { y } )  <->  -.  (
x  e.  A  /\  -.  x  e.  { y } ) )
3634, 35bitr4i 252 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( -.  x  e.  ( A 
\  { y } )  <->  ( x  e.  A  ->  x  e.  { y } ) )
3736anbi2i 692 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( x  e.  A  /\  -.  x  e.  ( A  \  { y } ) )  <->  ( x  e.  A  /\  (
x  e.  A  ->  x  e.  { y } ) ) )
3832, 37bitri 249 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( x  e.  ( A  \ 
( A  \  {
y } ) )  <-> 
( x  e.  A  /\  ( x  e.  A  ->  x  e.  { y } ) ) )
39 pm3.35 585 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( x  e.  A  /\  ( x  e.  A  ->  x  e.  { y } ) )  ->  x  e.  { y } )
4038, 39sylbi 195 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( x  e.  ( A  \ 
( A  \  {
y } ) )  ->  x  e.  {
y } )
4140ssriv 3421 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( A 
\  ( A  \  { y } ) )  C_  { y }
42 ssfi 7656 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( { y }  e.  Fin  /\  ( A  \ 
( A  \  {
y } ) ) 
C_  { y } )  ->  ( A  \  ( A  \  {
y } ) )  e.  Fin )
4331, 41, 42mp2an 670 . . . . . . . . . . 11  |-  ( A 
\  ( A  \  { y } ) )  e.  Fin
4443a1i 11 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  om  ~<_  A )  ->  ( A  \  ( A  \  { y } ) )  e.  Fin )
45 difeq2 3530 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( x  =  ( A  \  { y } )  ->  ( A  \  x )  =  ( A  \  ( A 
\  { y } ) ) )
4645eleq1d 2451 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  =  ( A  \  { y } )  ->  ( ( A 
\  x )  e. 
Fin 
<->  ( A  \  ( A  \  { y } ) )  e.  Fin ) )
4746elrab 3182 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( A  \  { y } )  e.  {
x  e.  ~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin }  <-> 
( ( A  \  { y } )  e.  ~P X  /\  ( A  \  ( A  \  { y } ) )  e.  Fin ) )
4830, 44, 47sylanbrc 662 . . . . . . . . 9  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  om  ~<_  A )  ->  ( A  \  { y } )  e.  { x  e.  ~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin } )
4925, 48nsyl3 119 . . . . . . . 8  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  om  ~<_  A )  ->  -.  y  e.  |^| { x  e.  ~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin } )
5049eq0rdv 3747 . . . . . . 7  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  om  ~<_  A )  ->  |^| { x  e.  ~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin }  =  (/) )
5150sseq2d 3445 . . . . . 6  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  om  ~<_  A )  ->  ( |^| f  C_  |^| { x  e.  ~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin }  <->  |^| f  C_  (/) ) )
5222, 51syl5ib 219 . . . . 5  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  om  ~<_  A )  ->  ( { x  e.  ~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin } 
C_  f  ->  |^| f  C_  (/) ) )
53 ss0 3743 . . . . 5  |-  ( |^| f  C_  (/)  ->  |^| f  =  (/) )
5452, 53syl6 33 . . . 4  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  om  ~<_  A )  ->  ( { x  e.  ~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin } 
C_  f  ->  |^| f  =  (/) ) )
5521, 54jcad 531 . . 3  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  om  ~<_  A )  ->  ( { x  e.  ~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin } 
C_  f  ->  ( A  e.  f  /\  |^| f  =  (/) ) ) )
5655reximdv 2856 . 2  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  om  ~<_  A )  ->  ( E. f  e.  ( UFil `  X ) { x  e.  ~P X  |  ( A  \  x )  e.  Fin } 
C_  f  ->  E. f  e.  ( UFil `  X
) ( A  e.  f  /\  |^| f  =  (/) ) ) )
578, 56mpd 15 1  |-  ( ( X  e.  B  /\  A  C_  X  /\  om  ~<_  A )  ->  E. f  e.  ( UFil `  X
) ( A  e.  f  /\  |^| f  =  (/) ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 184    /\ wa 367    /\ w3a 971    = wceq 1399    e. wcel 1826   E.wrex 2733   {crab 2736    \ cdif 3386    C_ wss 3389   (/)c0 3711   ~Pcpw 3927   {csn 3944   |^|cint 4199   class class class wbr 4367   ` cfv 5496   omcom 6599    ~<_ cdom 7433   Fincfn 7435   Filcfil 20431   UFilcufil 20485
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1626  ax-4 1639  ax-5 1712  ax-6 1755  ax-7 1798  ax-8 1828  ax-9 1830  ax-10 1845  ax-11 1850  ax-12 1862  ax-13 2006  ax-ext 2360  ax-rep 4478  ax-sep 4488  ax-nul 4496  ax-pow 4543  ax-pr 4601  ax-un 6491  ax-ac2 8756
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 368  df-an 369  df-3or 972  df-3an 973  df-tru 1402  df-ex 1621  df-nf 1625  df-sb 1748  df-eu 2222  df-mo 2223  df-clab 2368  df-cleq 2374  df-clel 2377  df-nfc 2532  df-ne 2579  df-nel 2580  df-ral 2737  df-rex 2738  df-reu 2739  df-rmo 2740  df-rab 2741  df-v 3036  df-sbc 3253  df-csb 3349  df-dif 3392  df-un 3394  df-in 3396  df-ss 3403  df-pss 3405  df-nul 3712  df-if 3858  df-pw 3929  df-sn 3945  df-pr 3947  df-tp 3949  df-op 3951  df-uni 4164  df-int 4200  df-iun 4245  df-br 4368  df-opab 4426  df-mpt 4427  df-tr 4461  df-eprel 4705  df-id 4709  df-po 4714  df-so 4715  df-fr 4752  df-se 4753  df-we 4754  df-ord 4795  df-on 4796  df-lim 4797  df-suc 4798  df-xp 4919  df-rel 4920  df-cnv 4921  df-co 4922  df-dm 4923  df-rn 4924  df-res 4925  df-ima 4926  df-iota 5460  df-fun 5498  df-fn 5499  df-f 5500  df-f1 5501  df-fo 5502  df-f1o 5503  df-fv 5504  df-isom 5505  df-riota 6158  df-ov 6199  df-oprab 6200  df-mpt2 6201  df-rpss 6479  df-om 6600  df-recs 6960  df-rdg 6994  df-1o 7048  df-oadd 7052  df-er 7229  df-en 7436  df-dom 7437  df-sdom 7438  df-fin 7439  df-fi 7786  df-card 8233  df-ac 8410  df-cda 8461  df-fbas 18529  df-fg 18530  df-fil 20432  df-ufil 20487
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