Theorem ctinfom 13263

Description: A condition for a set being countably infinite. Restates ennnfone 13260 in terms of om and function image. Like ennnfone 13260 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 13260	. . . 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 274	. . 3 |- ( A ~~ NN -> A. x e. A A. y e. A DECID x = y )
3		nnenom 10820	. . . . . . 7 |- NN ~~ om
4		entr 7037	. . . . . . 7 |- ( ( A ~~ NN /\ NN ~~ om ) -> A ~~ om )
5	3, 4	mpan2 425	. . . . . 6 |- ( A ~~ NN -> A ~~ om )
6	5	ensymd 7036	. . . . 5 |- ( A ~~ NN -> om ~~ A )
7		bren 6996	. . . . 5 |- ( om ~~ A <-> E. f f : om -1-1-onto-> A )
8	6, 7	sylib 122	. . . 4 |- ( A ~~ NN -> E. f f : om -1-1-onto-> A )
9		f1ofo 5626	. . . . . . . 8 |- ( f : om -1-1-onto-> A -> f : om -onto-> A )
10	9	adantl 277	. . . . . . 7 |- ( ( A ~~ NN /\ f : om -1-1-onto-> A ) -> f : om -onto-> A )
11		simpr 110	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( A ~~ NN /\ f : om -1-1-onto-> A ) /\ n e. om ) -> n e. om )
12		nnord 4739	. . . . . . . . . . . 12 |- ( n e. om -> Ord n )
13	12	adantl 277	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( A ~~ NN /\ f : om -1-1-onto-> A ) /\ n e. om ) -> Ord n )
14		ordirr 4669	. . . . . . . . . . 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 5618	. . . . . . . . . . . 12 |- ( f : om -1-1-onto-> A -> f : om -1-1-> A )
17	16	ad2antlr 489	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( A ~~ NN /\ f : om -1-1-onto-> A ) /\ n e. om ) -> f : om -1-1-> A )
18		omelon 4736	. . . . . . . . . . . . 13 |- om e. On
19	18	onelssi 4555	. . . . . . . . . . . 12 |- ( n e. om -> n C_ om )
20	19	adantl 277	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( A ~~ NN /\ f : om -1-1-onto-> A ) /\ n e. om ) -> n C_ om )
21		f1elima 5952	. . . . . . . . . . 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 1274	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( A ~~ NN /\ f : om -1-1-onto-> A ) /\ n e. om ) -> ( ( f ` n ) e. ( f " n ) <-> n e. n ) )
23	15, 22	mtbird 680	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( A ~~ NN /\ f : om -1-1-onto-> A ) /\ n e. om ) -> -. ( f ` n ) e. ( f " n ) )
24		fveq2 5675	. . . . . . . . . . . 12 |- ( k = n -> ( f ` k ) = ( f ` n ) )
25	24	eleq1d 2303	. . . . . . . . . . 11 |- ( k = n -> ( ( f ` k ) e. ( f " n ) <-> ( f ` n ) e. ( f " n ) ) )
26	25	notbid 673	. . . . . . . . . 10 |- ( k = n -> ( -. ( f ` k ) e. ( f " n ) <-> -. ( f ` n ) e. ( f " n ) ) )
27	26	rspcev 2923	. . . . . . . . 9 |- ( ( n e. om /\ -. ( f ` n ) e. ( f " n ) ) -> E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) )
28	11, 23, 27	syl2anc 411	. . . . . . . 8 |- ( ( ( A ~~ NN /\ f : om -1-1-onto-> A ) /\ n e. om ) -> E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) )
29	28	ralrimiva 2617	. . . . . . 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 306	. . . . . 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 115	. . . . 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 1929	. . . 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 306	. 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 6065	. . . . . . . . 9 |- ( b = a -> ( b + 1 ) = ( a + 1 ) )
36	35	cbvmptv 4211	. . . . . . . 8 |- ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) = ( a e. ZZ |-> ( a + 1 ) )
37		freceq1 6636	. . . . . . . 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 2234	. . . . . . 7 |- ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) = ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) )
40		simpl 109	. . . . . . 7 |- ( ( f : om -onto-> A /\ A. n e. om E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) ) -> f : om -onto-> A )
41		fveq2 5675	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( k = d -> ( f ` k ) = ( f ` d ) )
42	41	eleq1d 2303	. . . . . . . . . . . 12 |- ( k = d -> ( ( f ` k ) e. ( f " n ) <-> ( f ` d ) e. ( f " n ) ) )
43	42	notbid 673	. . . . . . . . . . 11 |- ( k = d -> ( -. ( f ` k ) e. ( f " n ) <-> -. ( f ` d ) e. ( f " n ) ) )
44	43	cbvrexv 2781	. . . . . . . . . 10 |- ( E. k e. om -. ( f ` k ) e. ( f " n ) <-> E. d e. om -. ( f ` d ) e. ( f " n ) )
45	44	ralbii 2550	. . . . . . . . 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 5102	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( n = c -> ( f " n ) = ( f " c ) )
47	46	eleq2d 2304	. . . . . . . . . . . 12 |- ( n = c -> ( ( f ` d ) e. ( f " n ) <-> ( f ` d ) e. ( f " c ) ) )
48	47	notbid 673	. . . . . . . . . . 11 |- ( n = c -> ( -. ( f ` d ) e. ( f " n ) <-> -. ( f ` d ) e. ( f " c ) ) )
49	48	rexbidv 2545	. . . . . . . . . 10 |- ( n = c -> ( E. d e. om -. ( f ` d ) e. ( f " n ) <-> E. d e. om -. ( f ` d ) e. ( f " c ) ) )
50	49	cbvralv 2780	. . . . . . . . 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 123	. . . . . . . 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 277	. . . . . . 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 13262	. . . . . 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 2818	. . . . . . . 8 |- f e. _V
55		frecex 6638	. . . . . . . . 9 |- frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) e. _V
56	55	cnvex 5306	. . . . . . . 8 |- `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) e. _V
57	54, 56	coex 5313	. . . . . . 7 |- ( f o. `'frec ( ( b e. ZZ |-> ( b + 1 ) ) , 0 ) ) e. _V
58		foeq1 5591	. . . . . . . 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 5674	. . . . . . . . . . . 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 5674	. . . . . . . . . . . 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 2434	. . . . . . . . . . 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 2544	. . . . . . . . . 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 2545	. . . . . . . . 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 2544	. . . . . . . 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 473	. . . . . . 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 2914	. . . . . 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 1647	. . . 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 342	. . 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 134	. 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 126	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 104   <-> wb 105  DECID wdc 842   = wceq 1398   E.wex 1541   e. wcel 2205   =/= wne 2414   A.wral 2522   E.wrex 2523   C_ wss 3214   class class class wbr 4114   |-> cmpt 4176   Ord word 4488   omcom 4717   `'ccnv 4753   "cima 4757   o. ccom 4758   -1-1->wf1 5354   -onto->wfo 5355   -1-1-onto->wf1o 5356   ` cfv 5357  (class class class)co 6058  freccfrec 6634   ~~ cen 6986   0cc0 8143   1c1 8144   + caddc 8146   NNcn 9254   NN0cn0 9513   ZZcz 9594   ...cfz 10361

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 619  ax-in2 620  ax-io 717  ax-5 1496  ax-7 1497  ax-gen 1498  ax-ie1 1542  ax-ie2 1543  ax-8 1553  ax-10 1554  ax-11 1555  ax-i12 1556  ax-bndl 1558  ax-4 1559  ax-17 1575  ax-i9 1579  ax-ial 1583  ax-i5r 1584  ax-13 2207  ax-14 2208  ax-ext 2216  ax-coll 4230  ax-sep 4233  ax-nul 4241  ax-pow 4292  ax-pr 4327  ax-un 4559  ax-setind 4664  ax-iinf 4715  ax-cnex 8234  ax-resscn 8235  ax-1cn 8236  ax-1re 8237  ax-icn 8238  ax-addcl 8239  ax-addrcl 8240  ax-mulcl 8241  ax-addcom 8243  ax-addass 8245  ax-distr 8247  ax-i2m1 8248  ax-0lt1 8249  ax-0id 8251  ax-rnegex 8252  ax-cnre 8254  ax-pre-ltirr 8255  ax-pre-ltwlin 8256  ax-pre-lttrn 8257  ax-pre-ltadd 8259

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 843  df-3or 1006  df-3an 1007  df-tru 1401  df-fal 1404  df-nf 1510  df-sb 1812  df-eu 2085  df-mo 2086  df-clab 2221  df-cleq 2227  df-clel 2230  df-nfc 2375  df-ne 2415  df-nel 2510  df-ral 2527  df-rex 2528  df-reu 2529  df-rab 2531  df-v 2817  df-sbc 3046  df-csb 3142  df-dif 3216  df-un 3218  df-in 3220  df-ss 3227  df-nul 3513  df-if 3625  df-pw 3676  df-sn 3700  df-pr 3701  df-op 3703  df-uni 3920  df-int 3955  df-iun 3998  df-br 4115  df-opab 4177  df-mpt 4178  df-tr 4214  df-id 4419  df-iord 4492  df-on 4494  df-ilim 4495  df-suc 4497  df-iom 4718  df-xp 4760  df-rel 4761  df-cnv 4762  df-co 4763  df-dm 4764  df-rn 4765  df-res 4766  df-ima 4767  df-iota 5317  df-fun 5359  df-fn 5360  df-f 5361  df-f1 5362  df-fo 5363  df-f1o 5364  df-fv 5365  df-riota 6011  df-ov 6061  df-oprab 6062  df-mpo 6063  df-1st 6347  df-2nd 6348  df-recs 6549  df-frec 6635  df-er 6780  df-pm 6898  df-en 6989  df-pnf 8326  df-mnf 8327  df-xr 8328  df-ltxr 8329  df-le 8330  df-sub 8462  df-neg 8463  df-inn 9255  df-n0 9514  df-z 9595  df-uz 9872  df-fz 10362  df-seqfrec 10834

This theorem is referenced by:  ctinf  13265