Theorem ctinfom 12108

Description: A condition for a set being countably infinite. Restates ennnfone 12105 in terms of om and function image. Like ennnfone 12105 the condition can be summarized as A being countable, infinite, and having decidable equality. (Contributed by Jim Kingdon, 7-Aug-2023.)

Assertion

Ref	Expression
ctinfom	|- ( A ~~ NN <-> ( A. x e. A A. y e. A DECID x = y /\ E. f ( f : om -onto-> A /\ A. n e. om E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) ) ) )

Distinct variable groups:   A, f, n   x, A, y   f, k, n

Allowed substitution hint:   A( k)

Proof of Theorem ctinfom

Dummy variables a d i m g b c j are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ennnfone 12105	. . . 4 |- ( A ~~ NN <-> ( A. x e. A A. y e. A DECID x = y /\ E. g ( g : NN0 -onto-> A /\ A. m e. NN0 E. j e. NN0 A. i e. ( 0 ... m ) ( g ` j ) =/= ( g ` i ) ) ) )
2	1	simplbi 272	. . 3 |- ( A ~~ NN -> A. x e. A A. y e. A DECID x = y )
3		nnenom 10311	. . . . . . 7 |- NN ~~ om
4		entr 6718	. . . . . . 7 |- ( ( A ~~ NN /\ NN ~~ om ) -> A ~~ om )
5	3, 4	mpan2 422	. . . . . 6 |- ( A ~~ NN -> A ~~ om )
6	5	ensymd 6717	. . . . 5 |- ( A ~~ NN -> om ~~ A )
7		bren 6681	. . . . 5 |- ( om ~~ A <-> E. f f : om -1-1-onto-> A )
8	6, 7	sylib 121	. . . 4 |- ( A ~~ NN -> E. f f : om -1-1-onto-> A )
9		f1ofo 5414	. . . . . . . 8 |- ( f : om -1-1-onto-> A -> f : om -onto-> A )
10	9	adantl 275	. . . . . . 7 |- ( ( A ~~ NN /\ f : om -1-1-onto-> A ) -> f : om -onto-> A )
11		simpr 109	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( A ~~ NN /\ f : om -1-1-onto-> A ) /\ n e. om ) -> n e. om )
12		nnord 4565	. . . . . . . . . . . 12 |- ( n e. om -> Ord n )
13	12	adantl 275	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( A ~~ NN /\ f : om -1-1-onto-> A ) /\ n e. om ) -> Ord n )
14		ordirr 4495	. . . . . . . . . . 11 |- ( Ord n -> -. n e. n )
15	13, 14	syl 14	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( A ~~ NN /\ f : om -1-1-onto-> A ) /\ n e. om ) -> -. n e. n )
16		f1of1 5406	. . . . . . . . . . . 12 |- ( f : om -1-1-onto-> A -> f : om -1-1-> A )
17	16	ad2antlr 481	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( A ~~ NN /\ f : om -1-1-onto-> A ) /\ n e. om ) -> f : om -1-1-> A )
18		omelon 4562	. . . . . . . . . . . . 13 |- om e. On
19	18	onelssi 4384	. . . . . . . . . . . 12 |- ( n e. om -> n C_ om )
20	19	adantl 275	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( A ~~ NN /\ f : om -1-1-onto-> A ) /\ n e. om ) -> n C_ om )
21		f1elima 5714	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( f : om -1-1-> A /\ n e. om /\ n C_ om ) -> ( ( f ` n ) e. ( f " n ) <-> n e. n ) )
22	17, 11, 20, 21	syl3anc 1217	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( A ~~ NN /\ f : om -1-1-onto-> A ) /\ n e. om ) -> ( ( f ` n ) e. ( f " n ) <-> n e. n ) )
23	15, 22	mtbird 663	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( A ~~ NN /\ f : om -1-1-onto-> A ) /\ n e. om ) -> -. ( f ` n ) e. ( f " n ) )
24		fveq2 5461	. . . . . . . . . . . 12 |- ( k = n -> ( f ` k ) = ( f ` n ) )
25	24	eleq1d 2223	. . . . . . . . . . 11 |- ( k = n -> ( ( f ` k ) e. ( f " n ) <-> ( f ` n ) e. ( f " n ) ) )
26	25	notbid 657	. . . . . . . . . 10 |- ( k = n -> ( -. ( f ` k ) e. ( f " n ) <-> -. ( f ` n ) e. ( f " n ) ) )
27	26	rspcev 2813	. . . . . . . . 9 |- ( ( n e. om /\ -. ( f ` n ) e. ( f " n ) ) -> E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) )
28	11, 23, 27	syl2anc 409	. . . . . . . 8 |- ( ( ( A ~~ NN /\ f : om -1-1-onto-> A ) /\ n e. om ) -> E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) )
29	28	ralrimiva 2527	. . . . . . 7 |- ( ( A ~~ NN /\ f : om -1-1-onto-> A ) -> A. n e. om E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) )
30	10, 29	jca 304	. . . . . 6 |- ( ( A ~~ NN /\ f : om -1-1-onto-> A ) -> ( f : om -onto-> A /\ A. n e. om E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) ) )
31	30	ex 114	. . . . 5 |- ( A ~~ NN -> ( f : om -1-1-onto-> A -> ( f : om -onto-> A /\ A. n e. om E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) ) ) )
32	31	eximdv 1857	. . . 4 |- ( A ~~ NN -> ( E. f f : om -1-1-onto-> A -> E. f ( f : om -onto-> A /\ A. n e. om E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) ) ) )
33	8, 32	mpd 13	. . 3 |- ( A ~~ NN -> E. f ( f : om -onto-> A /\ A. n e. om E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) ) )
34	2, 33	jca 304	. 2 |- ( A ~~ NN -> ( A. x e. A A. y e. A DECID x = y /\ E. f ( f : om -onto-> A /\ A. n e. om E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) ) ) )
35		oveq1 5821	. . . . . . . . 9 |- ( b = a -> ( b + 1 ) = ( a + 1 ) )
36	35	cbvmptv 4056	. . . . . . . 8 |- ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) = ( a e. ZZ |-> ( a + 1 ) )
37		freceq1 6329	. . . . . . . 8 |- ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) = ( a e. ZZ |-> ( a + 1 ) ) -> frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) = frec ( ( a e. ZZ |-> ( a + 1 ) ) , 0 ) )
38	36, 37	ax-mp 5	. . . . . . 7 |- frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) = frec ( ( a e. ZZ |-> ( a + 1 ) ) , 0 )
39		eqid 2154	. . . . . . 7 |- ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) = ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) )
40		simpl 108	. . . . . . 7 |- ( ( f : om -onto-> A /\ A. n e. om E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) ) -> f : om -onto-> A )
41		fveq2 5461	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( k = d -> ( f ` k ) = ( f ` d ) )
42	41	eleq1d 2223	. . . . . . . . . . . 12 |- ( k = d -> ( ( f ` k ) e. ( f " n ) <-> ( f ` d ) e. ( f " n ) ) )
43	42	notbid 657	. . . . . . . . . . 11 |- ( k = d -> ( -. ( f ` k ) e. ( f " n ) <-> -. ( f ` d ) e. ( f " n ) ) )
44	43	cbvrexv 2678	. . . . . . . . . 10 |- ( E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) <-> E. d e. om -. ( f ` d ) e. ( f " n ) )
45	44	ralbii 2460	. . . . . . . . 9 |- ( A. n e. om E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) <-> A. n e. om E. d e. om -. ( f ` d ) e. ( f " n ) )
46		imaeq2 4917	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( n = c -> ( f " n ) = ( f " c ) )
47	46	eleq2d 2224	. . . . . . . . . . . 12 |- ( n = c -> ( ( f ` d ) e. ( f " n ) <-> ( f ` d ) e. ( f " c ) ) )
48	47	notbid 657	. . . . . . . . . . 11 |- ( n = c -> ( -. ( f ` d ) e. ( f " n ) <-> -. ( f ` d ) e. ( f " c ) ) )
49	48	rexbidv 2455	. . . . . . . . . 10 |- ( n = c -> ( E. d e. om -. ( f ` d ) e. ( f " n ) <-> E. d e. om -. ( f ` d ) e. ( f " c ) ) )
50	49	cbvralv 2677	. . . . . . . . 9 |- ( A. n e. om E. d e. om -. ( f ` d ) e. ( f " n ) <-> A. c e. om E. d e. om -. ( f ` d ) e. ( f " c ) )
51	45, 50	sylbb 122	. . . . . . . 8 |- ( A. n e. om E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) -> A. c e. om E. d e. om -. ( f ` d ) e. ( f " c ) )
52	51	adantl 275	. . . . . . 7 |- ( ( f : om -onto-> A /\ A. n e. om E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) ) -> A. c e. om E. d e. om -. ( f ` d ) e. ( f " c ) )
53	38, 39, 40, 52	ctinfomlemom 12107	. . . . . 6 |- ( ( f : om -onto-> A /\ A. n e. om E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) ) -> ( ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) : NN0 -onto-> A /\ A. m e. NN0 E. j e. NN0 A. i e. ( 0 ... m ) ( ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) ` j ) =/= ( ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) ` i ) ) )
54		vex 2712	. . . . . . . 8 |- f e. _V
55		frecex 6331	. . . . . . . . 9 |- frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) e. _V
56	55	cnvex 5117	. . . . . . . 8 |- `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) e. _V
57	54, 56	coex 5124	. . . . . . 7 |- ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) e. _V
58		foeq1 5381	. . . . . . . 8 |- ( g = ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) -> ( g : NN0 -onto-> A <-> ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) : NN0 -onto-> A ) )
59		fveq1 5460	. . . . . . . . . . . 12 |- ( g = ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) -> ( g ` j ) = ( ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) ` j ) )
60		fveq1 5460	. . . . . . . . . . . 12 |- ( g = ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) -> ( g ` i ) = ( ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) ` i ) )
61	59, 60	neeq12d 2344	. . . . . . . . . . 11 |- ( g = ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) -> ( ( g ` j ) =/= ( g ` i ) <-> ( ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) ` j ) =/= ( ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) ` i ) ) )
62	61	ralbidv 2454	. . . . . . . . . 10 |- ( g = ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) -> ( A. i e. ( 0 ... m ) ( g ` j ) =/= ( g ` i ) <-> A. i e. ( 0 ... m ) ( ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) ` j ) =/= ( ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) ` i ) ) )
63	62	rexbidv 2455	. . . . . . . . 9 |- ( g = ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) -> ( E. j e. NN0 A. i e. ( 0 ... m ) ( g ` j ) =/= ( g ` i ) <-> E. j e. NN0 A. i e. ( 0 ... m ) ( ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) ` j ) =/= ( ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) ` i ) ) )
64	63	ralbidv 2454	. . . . . . . 8 |- ( g = ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) -> ( A. m e. NN0 E. j e. NN0 A. i e. ( 0 ... m ) ( g ` j ) =/= ( g ` i ) <-> A. m e. NN0 E. j e. NN0 A. i e. ( 0 ... m ) ( ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) ` j ) =/= ( ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) ` i ) ) )
65	58, 64	anbi12d 465	. . . . . . 7 |- ( g = ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) -> ( ( g : NN0 -onto-> A /\ A. m e. NN0 E. j e. NN0 A. i e. ( 0 ... m ) ( g ` j ) =/= ( g ` i ) ) <-> ( ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) : NN0 -onto-> A /\ A. m e. NN0 E. j e. NN0 A. i e. ( 0 ... m ) ( ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) ` j ) =/= ( ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) ` i ) ) ) )
66	57, 65	spcev 2804	. . . . . 6 |- ( ( ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) : NN0 -onto-> A /\ A. m e. NN0 E. j e. NN0 A. i e. ( 0 ... m ) ( ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) ` j ) =/= ( ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) ` i ) ) -> E. g ( g : NN0 -onto-> A /\ A. m e. NN0 E. j e. NN0 A. i e. ( 0 ... m ) ( g ` j ) =/= ( g ` i ) ) )
67	53, 66	syl 14	. . . . 5 |- ( ( f : om -onto-> A /\ A. n e. om E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) ) -> E. g ( g : NN0 -onto-> A /\ A. m e. NN0 E. j e. NN0 A. i e. ( 0 ... m ) ( g ` j ) =/= ( g ` i ) ) )
68	67	exlimiv 1575	. . . 4 |- ( E. f ( f : om -onto-> A /\ A. n e. om E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) ) -> E. g ( g : NN0 -onto-> A /\ A. m e. NN0 E. j e. NN0 A. i e. ( 0 ... m ) ( g ` j ) =/= ( g ` i ) ) )
69	68	anim2i 340	. . 3 |- ( ( A. x e. A A. y e. A DECID x = y /\ E. f ( f : om -onto-> A /\ A. n e. om E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) ) ) -> ( A. x e. A A. y e. A DECID x = y /\ E. g ( g : NN0 -onto-> A /\ A. m e. NN0 E. j e. NN0 A. i e. ( 0 ... m ) ( g ` j ) =/= ( g ` i ) ) ) )
70	69, 1	sylibr 133	. 2 |- ( ( A. x e. A A. y e. A DECID x = y /\ E. f ( f : om -onto-> A /\ A. n e. om E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) ) ) -> A ~~ NN )
71	34, 70	impbii 125	1 |- ( A ~~ NN <-> ( A. x e. A A. y e. A DECID x = y /\ E. f ( f : om -onto-> A /\ A. n e. om E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) ) ) )

Syntax hints:   -. wn 3   /\ wa 103   <-> wb 104  DECID wdc 820   = wceq 1332   E.wex 1469   e. wcel 2125   =/= wne 2324   A.wral 2432   E.wrex 2433   C_ wss 3098   class class class wbr 3961   |-> cmpt 4021   Ord word 4317   omcom 4543   `'ccnv 4578   "cima 4582   o. ccom 4583   -1-1->wf1 5160   -onto->wfo 5161   -1-1-onto->wf1o 5162   ` cfv 5163  (class class class)co 5814  freccfrec 6327   ~~ cen 6672   0cc0 7711   1c1 7712   + caddc 7714   NNcn 8812   NN0cn0 9069   ZZcz 9146   ...cfz 9890

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 604  ax-in2 605  ax-io 699  ax-5 1424  ax-7 1425  ax-gen 1426  ax-ie1 1470  ax-ie2 1471  ax-8 1481  ax-10 1482  ax-11 1483  ax-i12 1484  ax-bndl 1486  ax-4 1487  ax-17 1503  ax-i9 1507  ax-ial 1511  ax-i5r 1512  ax-13 2127  ax-14 2128  ax-ext 2136  ax-coll 4075  ax-sep 4078  ax-nul 4086  ax-pow 4130  ax-pr 4164  ax-un 4388  ax-setind 4490  ax-iinf 4541  ax-cnex 7802  ax-resscn 7803  ax-1cn 7804  ax-1re 7805  ax-icn 7806  ax-addcl 7807  ax-addrcl 7808  ax-mulcl 7809  ax-addcom 7811  ax-addass 7813  ax-distr 7815  ax-i2m1 7816  ax-0lt1 7817  ax-0id 7819  ax-rnegex 7820  ax-cnre 7822  ax-pre-ltirr 7823  ax-pre-ltwlin 7824  ax-pre-lttrn 7825  ax-pre-ltadd 7827

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 821  df-3or 964  df-3an 965  df-tru 1335  df-fal 1338  df-nf 1438  df-sb 1740  df-eu 2006  df-mo 2007  df-clab 2141  df-cleq 2147  df-clel 2150  df-nfc 2285  df-ne 2325  df-nel 2420  df-ral 2437  df-rex 2438  df-reu 2439  df-rab 2441  df-v 2711  df-sbc 2934  df-csb 3028  df-dif 3100  df-un 3102  df-in 3104  df-ss 3111  df-nul 3391  df-if 3502  df-pw 3541  df-sn 3562  df-pr 3563  df-op 3565  df-uni 3769  df-int 3804  df-iun 3847  df-br 3962  df-opab 4022  df-mpt 4023  df-tr 4059  df-id 4248  df-iord 4321  df-on 4323  df-ilim 4324  df-suc 4326  df-iom 4544  df-xp 4585  df-rel 4586  df-cnv 4587  df-co 4588  df-dm 4589  df-rn 4590  df-res 4591  df-ima 4592  df-iota 5128  df-fun 5165  df-fn 5166  df-f 5167  df-f1 5168  df-fo 5169  df-f1o 5170  df-fv 5171  df-riota 5770  df-ov 5817  df-oprab 5818  df-mpo 5819  df-1st 6078  df-2nd 6079  df-recs 6242  df-frec 6328  df-er 6469  df-pm 6585  df-en 6675  df-pnf 7893  df-mnf 7894  df-xr 7895  df-ltxr 7896  df-le 7897  df-sub 8027  df-neg 8028  df-inn 8813  df-n0 9070  df-z 9147  df-uz 9419  df-fz 9891  df-seqfrec 10323

This theorem is referenced by:  ctinf  12110