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Theorem oelim2 6593
Description: Ordinal exponentiation with a limit exponent. Part of Exercise 4.36 of [Mendelson] p. 250. (Contributed by NM, 6-Jan-2005.)
Assertion
Ref Expression
oelim2  |-  ( ( A  e.  On  /\  ( B  e.  C  /\  Lim  B ) )  ->  ( A  ^o  B )  =  U_ x  e.  ( B  \  1o ) ( A  ^o  x ) )
Distinct variable groups:    x, A    x, B
Allowed substitution hint:    C( x)

Proof of Theorem oelim2
Dummy variable  y is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 limelon 4455 . . . . . 6  |-  ( ( B  e.  C  /\  Lim  B )  ->  B  e.  On )
2 0ellim 4454 . . . . . . 7  |-  ( Lim 
B  ->  (/)  e.  B
)
32adantl 452 . . . . . 6  |-  ( ( B  e.  C  /\  Lim  B )  ->  (/)  e.  B
)
4 oe0m1 6520 . . . . . . 7  |-  ( B  e.  On  ->  ( (/) 
e.  B  <->  ( (/)  ^o  B
)  =  (/) ) )
54biimpa 470 . . . . . 6  |-  ( ( B  e.  On  /\  (/) 
e.  B )  -> 
( (/)  ^o  B )  =  (/) )
61, 3, 5syl2anc 642 . . . . 5  |-  ( ( B  e.  C  /\  Lim  B )  ->  ( (/) 
^o  B )  =  (/) )
7 eldif 3162 . . . . . . . . 9  |-  ( x  e.  ( B  \  1o )  <->  ( x  e.  B  /\  -.  x  e.  1o ) )
8 limord 4451 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( Lim 
B  ->  Ord  B )
9 ordelon 4416 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( Ord  B  /\  x  e.  B )  ->  x  e.  On )
108, 9sylan 457 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( Lim  B  /\  x  e.  B )  ->  x  e.  On )
11 on0eln0 4447 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( x  e.  On  ->  ( (/) 
e.  x  <->  x  =/=  (/) ) )
12 el1o 6498 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( x  e.  1o  <->  x  =  (/) )
1312necon3bbii 2477 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( -.  x  e.  1o  <->  x  =/=  (/) )
1411, 13syl6bbr 254 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( x  e.  On  ->  ( (/) 
e.  x  <->  -.  x  e.  1o ) )
15 oe0m1 6520 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( x  e.  On  ->  ( (/) 
e.  x  <->  ( (/)  ^o  x
)  =  (/) ) )
1615biimpd 198 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( x  e.  On  ->  ( (/) 
e.  x  ->  ( (/) 
^o  x )  =  (/) ) )
1714, 16sylbird 226 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  e.  On  ->  ( -.  x  e.  1o  ->  ( (/)  ^o  x
)  =  (/) ) )
1810, 17syl 15 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( Lim  B  /\  x  e.  B )  ->  ( -.  x  e.  1o  ->  ( (/)  ^o  x
)  =  (/) ) )
1918impr 602 . . . . . . . . 9  |-  ( ( Lim  B  /\  (
x  e.  B  /\  -.  x  e.  1o ) )  ->  ( (/) 
^o  x )  =  (/) )
207, 19sylan2b 461 . . . . . . . 8  |-  ( ( Lim  B  /\  x  e.  ( B  \  1o ) )  ->  ( (/) 
^o  x )  =  (/) )
2120iuneq2dv 3926 . . . . . . 7  |-  ( Lim 
B  ->  U_ x  e.  ( B  \  1o ) ( (/)  ^o  x
)  =  U_ x  e.  ( B  \  1o ) (/) )
22 df-1o 6479 . . . . . . . . . . 11  |-  1o  =  suc  (/)
23 limsuc 4640 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( Lim 
B  ->  ( (/)  e.  B  <->  suc  (/)  e.  B ) )
242, 23mpbid 201 . . . . . . . . . . 11  |-  ( Lim 
B  ->  suc  (/)  e.  B
)
2522, 24syl5eqel 2367 . . . . . . . . . 10  |-  ( Lim 
B  ->  1o  e.  B )
26 1on 6486 . . . . . . . . . . 11  |-  1o  e.  On
2726onirri 4499 . . . . . . . . . 10  |-  -.  1o  e.  1o
2825, 27jctir 524 . . . . . . . . 9  |-  ( Lim 
B  ->  ( 1o  e.  B  /\  -.  1o  e.  1o ) )
29 eldif 3162 . . . . . . . . 9  |-  ( 1o  e.  ( B  \  1o )  <->  ( 1o  e.  B  /\  -.  1o  e.  1o ) )
3028, 29sylibr 203 . . . . . . . 8  |-  ( Lim 
B  ->  1o  e.  ( B  \  1o ) )
31 ne0i 3461 . . . . . . . 8  |-  ( 1o  e.  ( B  \  1o )  ->  ( B 
\  1o )  =/=  (/) )
32 iunconst 3913 . . . . . . . 8  |-  ( ( B  \  1o )  =/=  (/)  ->  U_ x  e.  ( B  \  1o ) (/)  =  (/) )
3330, 31, 323syl 18 . . . . . . 7  |-  ( Lim 
B  ->  U_ x  e.  ( B  \  1o ) (/)  =  (/) )
3421, 33eqtrd 2315 . . . . . 6  |-  ( Lim 
B  ->  U_ x  e.  ( B  \  1o ) ( (/)  ^o  x
)  =  (/) )
3534adantl 452 . . . . 5  |-  ( ( B  e.  C  /\  Lim  B )  ->  U_ x  e.  ( B  \  1o ) ( (/)  ^o  x
)  =  (/) )
366, 35eqtr4d 2318 . . . 4  |-  ( ( B  e.  C  /\  Lim  B )  ->  ( (/) 
^o  B )  = 
U_ x  e.  ( B  \  1o ) ( (/)  ^o  x
) )
37 oveq1 5865 . . . . 5  |-  ( A  =  (/)  ->  ( A  ^o  B )  =  ( (/)  ^o  B ) )
38 oveq1 5865 . . . . . 6  |-  ( A  =  (/)  ->  ( A  ^o  x )  =  ( (/)  ^o  x
) )
3938iuneq2d 3930 . . . . 5  |-  ( A  =  (/)  ->  U_ x  e.  ( B  \  1o ) ( A  ^o  x )  =  U_ x  e.  ( B  \  1o ) ( (/)  ^o  x ) )
4037, 39eqeq12d 2297 . . . 4  |-  ( A  =  (/)  ->  ( ( A  ^o  B )  =  U_ x  e.  ( B  \  1o ) ( A  ^o  x )  <->  ( (/)  ^o  B
)  =  U_ x  e.  ( B  \  1o ) ( (/)  ^o  x
) ) )
4136, 40syl5ibr 212 . . 3  |-  ( A  =  (/)  ->  ( ( B  e.  C  /\  Lim  B )  ->  ( A  ^o  B )  = 
U_ x  e.  ( B  \  1o ) ( A  ^o  x
) ) )
4241impcom 419 . 2  |-  ( ( ( B  e.  C  /\  Lim  B )  /\  A  =  (/) )  -> 
( A  ^o  B
)  =  U_ x  e.  ( B  \  1o ) ( A  ^o  x ) )
43 oelim 6533 . . 3  |-  ( ( ( A  e.  On  /\  ( B  e.  C  /\  Lim  B ) )  /\  (/)  e.  A )  ->  ( A  ^o  B )  =  U_ y  e.  B  ( A  ^o  y ) )
44 limsuc 4640 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( Lim 
B  ->  ( y  e.  B  <->  suc  y  e.  B
) )
4544biimpa 470 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( Lim  B  /\  y  e.  B )  ->  suc  y  e.  B )
46 nsuceq0 4472 . . . . . . . . . . . . 13  |-  suc  y  =/=  (/)
4746a1i 10 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( Lim  B  /\  y  e.  B )  ->  suc  y  =/=  (/) )
48 dif1o 6499 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( suc  y  e.  ( B 
\  1o )  <->  ( suc  y  e.  B  /\  suc  y  =/=  (/) ) )
4945, 47, 48sylanbrc 645 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( Lim  B  /\  y  e.  B )  ->  suc  y  e.  ( B  \  1o ) )
5049ex 423 . . . . . . . . . 10  |-  ( Lim 
B  ->  ( y  e.  B  ->  suc  y  e.  ( B  \  1o ) ) )
5150ad2antlr 707 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( A  e.  On  /\ 
Lim  B )  /\  (/) 
e.  A )  -> 
( y  e.  B  ->  suc  y  e.  ( B  \  1o ) ) )
52 sssucid 4469 . . . . . . . . . . 11  |-  y  C_  suc  y
53 ordelon 4416 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( Ord  B  /\  y  e.  B )  ->  y  e.  On )
548, 53sylan 457 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( Lim  B  /\  y  e.  B )  ->  y  e.  On )
55 suceloni 4604 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( y  e.  On  ->  suc  y  e.  On )
5655ancli 534 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( y  e.  On  ->  (
y  e.  On  /\  suc  y  e.  On ) )
5754, 56syl 15 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( Lim  B  /\  y  e.  B )  ->  (
y  e.  On  /\  suc  y  e.  On ) )
58 id 19 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( y  e.  On  /\  suc  y  e.  On  /\  A  e.  On )  ->  ( y  e.  On  /\  suc  y  e.  On  /\  A  e.  On ) )
59583expa 1151 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( ( y  e.  On  /\ 
suc  y  e.  On )  /\  A  e.  On )  ->  ( y  e.  On  /\  suc  y  e.  On  /\  A  e.  On ) )
6059ancoms 439 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( A  e.  On  /\  ( y  e.  On  /\ 
suc  y  e.  On ) )  ->  (
y  e.  On  /\  suc  y  e.  On  /\  A  e.  On ) )
6157, 60sylan2 460 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( A  e.  On  /\  ( Lim  B  /\  y  e.  B ) )  -> 
( y  e.  On  /\ 
suc  y  e.  On  /\  A  e.  On ) )
6261anassrs 629 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( A  e.  On  /\ 
Lim  B )  /\  y  e.  B )  ->  ( y  e.  On  /\ 
suc  y  e.  On  /\  A  e.  On ) )
63 oewordi 6589 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( y  e.  On  /\ 
suc  y  e.  On  /\  A  e.  On )  /\  (/)  e.  A )  ->  ( y  C_  suc  y  ->  ( A  ^o  y )  C_  ( A  ^o  suc  y
) ) )
6462, 63sylan 457 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( A  e.  On  /\  Lim  B
)  /\  y  e.  B )  /\  (/)  e.  A
)  ->  ( y  C_ 
suc  y  ->  ( A  ^o  y )  C_  ( A  ^o  suc  y
) ) )
6564an32s 779 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( A  e.  On  /\  Lim  B
)  /\  (/)  e.  A
)  /\  y  e.  B )  ->  (
y  C_  suc  y  -> 
( A  ^o  y
)  C_  ( A  ^o  suc  y ) ) )
6652, 65mpi 16 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( A  e.  On  /\  Lim  B
)  /\  (/)  e.  A
)  /\  y  e.  B )  ->  ( A  ^o  y )  C_  ( A  ^o  suc  y
) )
6766ex 423 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( A  e.  On  /\ 
Lim  B )  /\  (/) 
e.  A )  -> 
( y  e.  B  ->  ( A  ^o  y
)  C_  ( A  ^o  suc  y ) ) )
6851, 67jcad 519 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( A  e.  On  /\ 
Lim  B )  /\  (/) 
e.  A )  -> 
( y  e.  B  ->  ( suc  y  e.  ( B  \  1o )  /\  ( A  ^o  y )  C_  ( A  ^o  suc  y ) ) ) )
69 oveq2 5866 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  =  suc  y  -> 
( A  ^o  x
)  =  ( A  ^o  suc  y ) )
7069sseq2d 3206 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  suc  y  -> 
( ( A  ^o  y )  C_  ( A  ^o  x )  <->  ( A  ^o  y )  C_  ( A  ^o  suc  y ) ) )
7170rspcev 2884 . . . . . . . 8  |-  ( ( suc  y  e.  ( B  \  1o )  /\  ( A  ^o  y )  C_  ( A  ^o  suc  y ) )  ->  E. x  e.  ( B  \  1o ) ( A  ^o  y )  C_  ( A  ^o  x ) )
7268, 71syl6 29 . . . . . . 7  |-  ( ( ( A  e.  On  /\ 
Lim  B )  /\  (/) 
e.  A )  -> 
( y  e.  B  ->  E. x  e.  ( B  \  1o ) ( A  ^o  y
)  C_  ( A  ^o  x ) ) )
7372ralrimiv 2625 . . . . . 6  |-  ( ( ( A  e.  On  /\ 
Lim  B )  /\  (/) 
e.  A )  ->  A. y  e.  B  E. x  e.  ( B  \  1o ) ( A  ^o  y ) 
C_  ( A  ^o  x ) )
74 iunss2 3947 . . . . . 6  |-  ( A. y  e.  B  E. x  e.  ( B  \  1o ) ( A  ^o  y )  C_  ( A  ^o  x
)  ->  U_ y  e.  B  ( A  ^o  y )  C_  U_ x  e.  ( B  \  1o ) ( A  ^o  x ) )
7573, 74syl 15 . . . . 5  |-  ( ( ( A  e.  On  /\ 
Lim  B )  /\  (/) 
e.  A )  ->  U_ y  e.  B  ( A  ^o  y
)  C_  U_ x  e.  ( B  \  1o ) ( A  ^o  x ) )
76 difss 3303 . . . . . . . 8  |-  ( B 
\  1o )  C_  B
77 iunss1 3916 . . . . . . . 8  |-  ( ( B  \  1o ) 
C_  B  ->  U_ x  e.  ( B  \  1o ) ( A  ^o  x )  C_  U_ x  e.  B  ( A  ^o  x ) )
7876, 77ax-mp 8 . . . . . . 7  |-  U_ x  e.  ( B  \  1o ) ( A  ^o  x )  C_  U_ x  e.  B  ( A  ^o  x )
79 oveq2 5866 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  y  ->  ( A  ^o  x )  =  ( A  ^o  y
) )
8079cbviunv 3941 . . . . . . 7  |-  U_ x  e.  B  ( A  ^o  x )  =  U_ y  e.  B  ( A  ^o  y )
8178, 80sseqtri 3210 . . . . . 6  |-  U_ x  e.  ( B  \  1o ) ( A  ^o  x )  C_  U_ y  e.  B  ( A  ^o  y )
8281a1i 10 . . . . 5  |-  ( ( ( A  e.  On  /\ 
Lim  B )  /\  (/) 
e.  A )  ->  U_ x  e.  ( B  \  1o ) ( A  ^o  x ) 
C_  U_ y  e.  B  ( A  ^o  y
) )
8375, 82eqssd 3196 . . . 4  |-  ( ( ( A  e.  On  /\ 
Lim  B )  /\  (/) 
e.  A )  ->  U_ y  e.  B  ( A  ^o  y
)  =  U_ x  e.  ( B  \  1o ) ( A  ^o  x ) )
8483adantlrl 700 . . 3  |-  ( ( ( A  e.  On  /\  ( B  e.  C  /\  Lim  B ) )  /\  (/)  e.  A )  ->  U_ y  e.  B  ( A  ^o  y
)  =  U_ x  e.  ( B  \  1o ) ( A  ^o  x ) )
8543, 84eqtrd 2315 . 2  |-  ( ( ( A  e.  On  /\  ( B  e.  C  /\  Lim  B ) )  /\  (/)  e.  A )  ->  ( A  ^o  B )  =  U_ x  e.  ( B  \  1o ) ( A  ^o  x ) )
8642, 85oe0lem 6512 1  |-  ( ( A  e.  On  /\  ( B  e.  C  /\  Lim  B ) )  ->  ( A  ^o  B )  =  U_ x  e.  ( B  \  1o ) ( A  ^o  x ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    /\ wa 358    /\ w3a 934    = wceq 1623    e. wcel 1684    =/= wne 2446   A.wral 2543   E.wrex 2544    \ cdif 3149    C_ wss 3152   (/)c0 3455   U_ciun 3905   Ord word 4391   Oncon0 4392   Lim wlim 4393   suc csuc 4394  (class class class)co 5858   1oc1o 6472    ^o coe 6478
This theorem is referenced by:  oelimcl  6598  oaabs2  6643  omabs  6645
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1533  ax-5 1544  ax-17 1603  ax-9 1635  ax-8 1643  ax-13 1686  ax-14 1688  ax-6 1703  ax-7 1708  ax-11 1715  ax-12 1866  ax-ext 2264  ax-rep 4131  ax-sep 4141  ax-nul 4149  ax-pow 4188  ax-pr 4214  ax-un 4512
This theorem depends on definitions:  df-bi 177  df-or 359  df-an 360  df-3or 935  df-3an 936  df-tru 1310  df-ex 1529  df-nf 1532  df-sb 1630  df-eu 2147  df-mo 2148  df-clab 2270  df-cleq 2276  df-clel 2279  df-nfc 2408  df-ne 2448  df-ral 2548  df-rex 2549  df-reu 2550  df-rab 2552  df-v 2790  df-sbc 2992  df-csb 3082  df-dif 3155  df-un 3157  df-in 3159  df-ss 3166  df-pss 3168  df-nul 3456  df-if 3566  df-pw 3627  df-sn 3646  df-pr 3647  df-tp 3648  df-op 3649  df-uni 3828  df-iun 3907  df-br 4024  df-opab 4078  df-mpt 4079  df-tr 4114  df-eprel 4305  df-id 4309  df-po 4314  df-so 4315  df-fr 4352  df-we 4354  df-ord 4395  df-on 4396  df-lim 4397  df-suc 4398  df-om 4657  df-xp 4695  df-rel 4696  df-cnv 4697  df-co 4698  df-dm 4699  df-rn 4700  df-res 4701  df-ima 4702  df-iota 5219  df-fun 5257  df-fn 5258  df-f 5259  df-f1 5260  df-fo 5261  df-f1o 5262  df-fv 5263  df-ov 5861  df-oprab 5862  df-mpt2 5863  df-recs 6388  df-rdg 6423  df-1o 6479  df-2o 6480  df-oadd 6483  df-omul 6484  df-oexp 6485
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