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Theorem inf0 7317
Description: Our Axiom of Infinity derived from existence of omega. The proof shows that the especially contrived class " ran  ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) " exists, is a subset of its union, and contains a given set  x (and thus is non-empty). Thus it provides an example demonstrating that a set  y exists with the necessary properties demanded by ax-inf 7334. (Contributed by NM, 15-Oct-1996.)
Hypothesis
Ref Expression
inf0.1  |-  om  e.  _V
Assertion
Ref Expression
inf0  |-  E. y
( x  e.  y  /\  A. z ( z  e.  y  ->  E. w ( z  e.  w  /\  w  e.  y ) ) )
Distinct variable group:    x, y, z, w
Dummy variables  v 
f are mutually distinct and distinct from all other variables.

Proof of Theorem inf0
StepHypRef Expression
1 vex 2792 . . . 4  |-  x  e. 
_V
2 fr0g 6443 . . . 4  |-  ( x  e.  _V  ->  (
( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  (/) )  =  x )
31, 2ax-mp 10 . . 3  |-  ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om ) `  (/) )  =  x
4 frfnom 6442 . . . 4  |-  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )  Fn  om
5 peano1 4674 . . . 4  |-  (/)  e.  om
6 fnfvelrn 5623 . . . 4  |-  ( ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om )  Fn 
om  /\  (/)  e.  om )  ->  ( ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om ) `  (/) )  e.  ran  ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om ) )
74, 5, 6mp2an 655 . . 3  |-  ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om ) `  (/) )  e. 
ran  ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om )
83, 7eqeltrri 2355 . 2  |-  x  e. 
ran  ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om )
9 fvelrnb 5531 . . . . 5  |-  ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om )  Fn  om  ->  ( z  e.  ran  ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om )  <->  E. f  e.  om  ( ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om ) `  f )  =  z ) )
104, 9ax-mp 10 . . . 4  |-  ( z  e.  ran  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )  <->  E. f  e.  om  (
( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  f )  =  z )
11 fvex 5499 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om ) `  f
)  e.  _V
1211sucid 4470 . . . . . . . . 9  |-  ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om ) `  f
)  e.  suc  (
( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  f )
1311sucex 4601 . . . . . . . . . 10  |-  suc  (
( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  f )  e.  _V
14 eqid 2284 . . . . . . . . . . 11  |-  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )  =  ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om )
15 suceq 4456 . . . . . . . . . . 11  |-  ( z  =  v  ->  suc  z  =  suc  v )
16 suceq 4456 . . . . . . . . . . 11  |-  ( z  =  ( ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om ) `  f )  ->  suc  z  =  suc  ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om ) `  f
) )
1714, 15, 16frsucmpt2 6447 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( f  e.  om  /\  suc  ( ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  f )  e.  _V )  ->  ( ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om ) `  suc  f )  =  suc  ( ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om ) `  f ) )
1813, 17mpan2 654 . . . . . . . . 9  |-  ( f  e.  om  ->  (
( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  suc  f )  =  suc  ( ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  f ) )
1912, 18syl5eleqr 2371 . . . . . . . 8  |-  ( f  e.  om  ->  (
( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  f )  e.  ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  suc  f ) )
20 eleq1 2344 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  f )  =  z  ->  ( ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om ) `  f
)  e.  ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om ) `  suc  f )  <->  z  e.  ( ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  suc  f ) ) )
2119, 20syl5ib 212 . . . . . . 7  |-  ( ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  f )  =  z  ->  ( f  e. 
om  ->  z  e.  ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  suc  f ) ) )
22 peano2b 4671 . . . . . . . . 9  |-  ( f  e.  om  <->  suc  f  e. 
om )
23 fnfvelrn 5623 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om )  Fn 
om  /\  suc  f  e. 
om )  ->  (
( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  suc  f )  e.  ran  ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om ) )
244, 23mpan 653 . . . . . . . . 9  |-  ( suc  f  e.  om  ->  ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  suc  f )  e.  ran  ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om ) )
2522, 24sylbi 189 . . . . . . . 8  |-  ( f  e.  om  ->  (
( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  suc  f )  e.  ran  ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om ) )
2625a1i 12 . . . . . . 7  |-  ( ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  f )  =  z  ->  ( f  e. 
om  ->  ( ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om ) `  suc  f )  e. 
ran  ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) ) )
2721, 26jcad 521 . . . . . 6  |-  ( ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  f )  =  z  ->  ( f  e. 
om  ->  ( z  e.  ( ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  suc  f )  /\  (
( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  suc  f )  e.  ran  ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om ) ) ) )
28 fvex 5499 . . . . . . 7  |-  ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om ) `  suc  f )  e.  _V
29 eleq2 2345 . . . . . . . 8  |-  ( w  =  ( ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om ) `  suc  f )  -> 
( z  e.  w  <->  z  e.  ( ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om ) `  suc  f ) ) )
30 eleq1 2344 . . . . . . . 8  |-  ( w  =  ( ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om ) `  suc  f )  -> 
( w  e.  ran  ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om )  <->  ( ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om ) `  suc  f )  e. 
ran  ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) ) )
3129, 30anbi12d 693 . . . . . . 7  |-  ( w  =  ( ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om ) `  suc  f )  -> 
( ( z  e.  w  /\  w  e. 
ran  ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) )  <-> 
( z  e.  ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  suc  f )  /\  (
( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  suc  f )  e.  ran  ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om ) ) ) )
3228, 31spcev 2876 . . . . . 6  |-  ( ( z  e.  ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om ) `  suc  f )  /\  (
( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  suc  f )  e.  ran  ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om ) )  ->  E. w ( z  e.  w  /\  w  e. 
ran  ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) ) )
3327, 32syl6com 33 . . . . 5  |-  ( f  e.  om  ->  (
( ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  f )  =  z  ->  E. w ( z  e.  w  /\  w  e.  ran  ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) ) ) )
3433rexlimiv 2662 . . . 4  |-  ( E. f  e.  om  (
( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) `  f )  =  z  ->  E. w ( z  e.  w  /\  w  e.  ran  ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) ) )
3510, 34sylbi 189 . . 3  |-  ( z  e.  ran  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )  ->  E. w ( z  e.  w  /\  w  e.  ran  ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) ) )
3635ax-gen 1534 . 2  |-  A. z
( z  e.  ran  ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om )  ->  E. w
( z  e.  w  /\  w  e.  ran  ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om ) ) )
37 fndm 5308 . . . . . 6  |-  ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om )  Fn  om  ->  dom  ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om )  =  om )
384, 37ax-mp 10 . . . . 5  |-  dom  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )  =  om
39 inf0.1 . . . . 5  |-  om  e.  _V
4038, 39eqeltri 2354 . . . 4  |-  dom  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )  e.  _V
41 fnfun 5306 . . . . 5  |-  ( ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om )  Fn  om  ->  Fun  ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) )
424, 41ax-mp 10 . . . 4  |-  Fun  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )
43 funrnex 5708 . . . 4  |-  ( dom  ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om )  e. 
_V  ->  ( Fun  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )  ->  ran  ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om )  e. 
_V ) )
4440, 42, 43mp2 19 . . 3  |-  ran  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )  e.  _V
45 eleq2 2345 . . . 4  |-  ( y  =  ran  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )  ->  ( x  e.  y  <-> 
x  e.  ran  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )
) )
46 eleq2 2345 . . . . . 6  |-  ( y  =  ran  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )  ->  ( z  e.  y  <-> 
z  e.  ran  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )
) )
47 eleq2 2345 . . . . . . . 8  |-  ( y  =  ran  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )  ->  ( w  e.  y  <-> 
w  e.  ran  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )
) )
4847anbi2d 686 . . . . . . 7  |-  ( y  =  ran  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )  ->  ( ( z  e.  w  /\  w  e.  y )  <->  ( z  e.  w  /\  w  e.  ran  ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) ) ) )
4948exbidv 1613 . . . . . 6  |-  ( y  =  ran  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )  ->  ( E. w ( z  e.  w  /\  w  e.  y )  <->  E. w ( z  e.  w  /\  w  e. 
ran  ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) ) ) )
5046, 49imbi12d 313 . . . . 5  |-  ( y  =  ran  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )  ->  ( ( z  e.  y  ->  E. w
( z  e.  w  /\  w  e.  y
) )  <->  ( z  e.  ran  ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om )  ->  E. w ( z  e.  w  /\  w  e. 
ran  ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) ) ) ) )
5150albidv 1612 . . . 4  |-  ( y  =  ran  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )  ->  ( A. z ( z  e.  y  ->  E. w ( z  e.  w  /\  w  e.  y ) )  <->  A. z
( z  e.  ran  ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om )  ->  E. w
( z  e.  w  /\  w  e.  ran  ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om ) ) ) ) )
5245, 51anbi12d 693 . . 3  |-  ( y  =  ran  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )  ->  ( ( x  e.  y  /\  A. z
( z  e.  y  ->  E. w ( z  e.  w  /\  w  e.  y ) ) )  <-> 
( x  e.  ran  ( rec ( ( v  e.  _V  |->  suc  v
) ,  x )  |`  om )  /\  A. z ( z  e. 
ran  ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om )  ->  E. w ( z  e.  w  /\  w  e. 
ran  ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) ) ) ) ) )
5344, 52spcev 2876 . 2  |-  ( ( x  e.  ran  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )  /\  A. z ( z  e.  ran  ( rec ( ( v  e. 
_V  |->  suc  v ) ,  x )  |`  om )  ->  E. w ( z  e.  w  /\  w  e.  ran  ( rec (
( v  e.  _V  |->  suc  v ) ,  x
)  |`  om ) ) ) )  ->  E. y
( x  e.  y  /\  A. z ( z  e.  y  ->  E. w ( z  e.  w  /\  w  e.  y ) ) ) )
548, 36, 53mp2an 655 1  |-  E. y
( x  e.  y  /\  A. z ( z  e.  y  ->  E. w ( z  e.  w  /\  w  e.  y ) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 6    <-> wb 178    /\ wa 360   A.wal 1528   E.wex 1529    = wceq 1624    e. wcel 1685   E.wrex 2545   _Vcvv 2789   (/)c0 3456    e. cmpt 4078   suc csuc 4393   omcom 4655   dom cdm 4688   ran crn 4689    |` cres 4690   Fun wfun 5215    Fn wfn 5216   ` cfv 5221   reccrdg 6417
This theorem is referenced by:  axinf  7340
This theorem was proved from axioms:  ax-1 7  ax-2 8  ax-3 9  ax-mp 10  ax-gen 1534  ax-5 1545  ax-17 1604  ax-9 1637  ax-8 1645  ax-13 1687  ax-14 1689  ax-6 1704  ax-7 1709  ax-11 1716  ax-12 1867  ax-ext 2265  ax-rep 4132  ax-sep 4142  ax-nul 4150  ax-pr 4213  ax-un 4511
This theorem depends on definitions:  df-bi 179  df-or 361  df-an 362  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1312  df-ex 1530  df-nf 1533  df-sb 1632  df-eu 2148  df-mo 2149  df-clab 2271  df-cleq 2277  df-clel 2280  df-nfc 2409  df-ne 2449  df-ral 2549  df-rex 2550  df-reu 2551  df-rab 2553  df-v 2791  df-sbc 2993  df-csb 3083  df-dif 3156  df-un 3158  df-in 3160  df-ss 3167  df-pss 3169  df-nul 3457  df-if 3567  df-pw 3628  df-sn 3647  df-pr 3648  df-tp 3649  df-op 3650  df-uni 3829  df-iun 3908  df-br 4025  df-opab 4079  df-mpt 4080  df-tr 4115  df-eprel 4304  df-id 4308  df-po 4313  df-so 4314  df-fr 4351  df-we 4353  df-ord 4394  df-on 4395  df-lim 4396  df-suc 4397  df-om 4656  df-xp 4694  df-rel 4695  df-cnv 4696  df-co 4697  df-dm 4698  df-rn 4699  df-res 4700  df-ima 4701  df-fun 5223  df-fn 5224  df-f 5225  df-f1 5226  df-fo 5227  df-f1o 5228  df-fv 5229  df-recs 6383  df-rdg 6418
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