Theorem nnsf 14757

Description: Domain and range of S. Part of Definition 3.3 of [PradicBrown2022], p. 5. (Contributed by Jim Kingdon, 30-Jul-2022.)

Hypothesis

Ref	Expression
nns.s	|- S = ( p e. ℕ∞ |-> ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) )

Assertion

Ref	Expression
nnsf	|- S :ℕ∞ -->ℕ∞

Distinct variable group:   i, p

Allowed substitution hints:   S( i, p)

Proof of Theorem nnsf

Dummy variables f j k are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nns.s	. 2 |- S = ( p e. ℕ∞ |-> ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) )
2		1lt2o 6443	. . . . . . 7 |- 1o e. 2o
3	2	a1i 9	. . . . . 6 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ i e. om ) -> 1o e. 2o )
4		nninff 7121	. . . . . . . 8 |- ( p e. ℕ∞ -> p : om --> 2o )
5	4	adantr 276	. . . . . . 7 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ i e. om ) -> p : om --> 2o )
6		nnpredcl 4623	. . . . . . . 8 |- ( i e. om -> U. i e. om )
7	6	adantl 277	. . . . . . 7 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ i e. om ) -> U. i e. om )
8	5, 7	ffvelcdmd 5653	. . . . . 6 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ i e. om ) -> ( p ` U. i ) e. 2o )
9		nndceq0 4618	. . . . . . 7 |- ( i e. om -> DECID i = (/) )
10	9	adantl 277	. . . . . 6 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ i e. om ) -> DECID i = (/) )
11	3, 8, 10	ifcldcd 3571	. . . . 5 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ i e. om ) -> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) e. 2o )
12		eqid 2177	. . . . 5 |- ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) = ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) )
13	11, 12	fmptd 5671	. . . 4 |- ( p e. ℕ∞ -> ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) : om --> 2o )
14		2onn 6522	. . . . 5 |- 2o e. om
15		omex 4593	. . . . 5 |- om e. _V
16		elmapg 6661	. . . . 5 |- ( ( 2o e. om /\ om e. _V ) -> ( ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) e. ( 2o ^m om ) <-> ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) : om --> 2o ) )
17	14, 15, 16	mp2an 426	. . . 4 |- ( ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) e. ( 2o ^m om ) <-> ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) : om --> 2o )
18	13, 17	sylibr 134	. . 3 |- ( p e. ℕ∞ -> ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) e. ( 2o ^m om ) )
19		1on 6424	. . . . . . . . 9 |- 1o e. On
20	19	ontrci 4428	. . . . . . . 8 |- Tr 1o
21	2	a1i 9	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) -> 1o e. 2o )
22	4	adantr 276	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) -> p : om --> 2o )
23		peano2 4595	. . . . . . . . . . . . . 14 |- ( j e. om -> suc j e. om )
24	23	adantl 277	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) -> suc j e. om )
25		nnpredcl 4623	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( suc j e. om -> U. suc j e. om )
26	24, 25	syl 14	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) -> U. suc j e. om )
27	22, 26	ffvelcdmd 5653	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) -> ( p ` U. suc j ) e. 2o )
28		nndceq0 4618	. . . . . . . . . . . 12 |- ( suc j e. om -> DECID suc j = (/) )
29	24, 28	syl 14	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) -> DECID suc j = (/) )
30	21, 27, 29	ifcldcd 3571	. . . . . . . . . 10 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) -> if ( suc j = (/) , 1o , ( p ` U. suc j ) ) e. 2o )
31	30	adantr 276	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ j = (/) ) -> if ( suc j = (/) , 1o , ( p ` U. suc j ) ) e. 2o )
32		df-2o 6418	. . . . . . . . 9 |- 2o = suc 1o
33	31, 32	eleqtrdi 2270	. . . . . . . 8 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ j = (/) ) -> if ( suc j = (/) , 1o , ( p ` U. suc j ) ) e. suc 1o )
34		trsucss 4424	. . . . . . . 8 |- ( Tr 1o -> ( if ( suc j = (/) , 1o , ( p ` U. suc j ) ) e. suc 1o -> if ( suc j = (/) , 1o , ( p ` U. suc j ) ) C_ 1o ) )
35	20, 33, 34	mpsyl 65	. . . . . . 7 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ j = (/) ) -> if ( suc j = (/) , 1o , ( p ` U. suc j ) ) C_ 1o )
36		iftrue 3540	. . . . . . . 8 |- ( j = (/) -> if ( j = (/) , 1o , ( p ` U. j ) ) = 1o )
37	36	adantl 277	. . . . . . 7 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ j = (/) ) -> if ( j = (/) , 1o , ( p ` U. j ) ) = 1o )
38	35, 37	sseqtrrd 3195	. . . . . 6 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ j = (/) ) -> if ( suc j = (/) , 1o , ( p ` U. suc j ) ) C_ if ( j = (/) , 1o , ( p ` U. j ) ) )
39		simpr 110	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) -> j e. om )
40	39	adantr 276	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ -. j = (/) ) -> j e. om )
41		nnord 4612	. . . . . . . . . . 11 |- ( j e. om -> Ord j )
42		ordtr 4379	. . . . . . . . . . 11 |- ( Ord j -> Tr j )
43	40, 41, 42	3syl 17	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ -. j = (/) ) -> Tr j )
44		unisucg 4415	. . . . . . . . . . 11 |- ( j e. om -> ( Tr j <-> U. suc j = j ) )
45	40, 44	syl 14	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ -. j = (/) ) -> ( Tr j <-> U. suc j = j ) )
46	43, 45	mpbid 147	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ -. j = (/) ) -> U. suc j = j )
47	46	fveq2d 5520	. . . . . . . 8 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ -. j = (/) ) -> ( p ` U. suc j ) = ( p ` j ) )
48		simpr 110	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ -. j = (/) ) -> -. j = (/) )
49	48	neqned 2354	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ -. j = (/) ) -> j =/= (/) )
50		nnsucpred 4617	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( j e. om /\ j =/= (/) ) -> suc U. j = j )
51	40, 49, 50	syl2anc 411	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ -. j = (/) ) -> suc U. j = j )
52	51	fveq2d 5520	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ -. j = (/) ) -> ( p ` suc U. j ) = ( p ` j ) )
53		suceq 4403	. . . . . . . . . . . 12 |- ( k = U. j -> suc k = suc U. j )
54	53	fveq2d 5520	. . . . . . . . . . 11 |- ( k = U. j -> ( p ` suc k ) = ( p ` suc U. j ) )
55		fveq2 5516	. . . . . . . . . . 11 |- ( k = U. j -> ( p ` k ) = ( p ` U. j ) )
56	54, 55	sseq12d 3187	. . . . . . . . . 10 |- ( k = U. j -> ( ( p ` suc k ) C_ ( p ` k ) <-> ( p ` suc U. j ) C_ ( p ` U. j ) ) )
57		fveq1 5515	. . . . . . . . . . . . . . . 16 |- ( f = p -> ( f ` suc j ) = ( p ` suc j ) )
58		fveq1 5515	. . . . . . . . . . . . . . . 16 |- ( f = p -> ( f ` j ) = ( p ` j ) )
59	57, 58	sseq12d 3187	. . . . . . . . . . . . . . 15 |- ( f = p -> ( ( f ` suc j ) C_ ( f ` j ) <-> ( p ` suc j ) C_ ( p ` j ) ) )
60	59	ralbidv 2477	. . . . . . . . . . . . . 14 |- ( f = p -> ( A. j e. om ( f ` suc j ) C_ ( f ` j ) <-> A. j e. om ( p ` suc j ) C_ ( p ` j ) ) )
61		df-nninf 7119	. . . . . . . . . . . . . 14 |- ℕ∞ = { f e. ( 2o ^m om ) | A. j e. om ( f ` suc j ) C_ ( f ` j ) }
62	60, 61	elrab2 2897	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( p e. ℕ∞ <-> ( p e. ( 2o ^m om ) /\ A. j e. om ( p ` suc j ) C_ ( p ` j ) ) )
63	62	simprbi 275	. . . . . . . . . . . 12 |- ( p e. ℕ∞ -> A. j e. om ( p ` suc j ) C_ ( p ` j ) )
64		suceq 4403	. . . . . . . . . . . . . . 15 |- ( j = k -> suc j = suc k )
65	64	fveq2d 5520	. . . . . . . . . . . . . 14 |- ( j = k -> ( p ` suc j ) = ( p ` suc k ) )
66		fveq2 5516	. . . . . . . . . . . . . 14 |- ( j = k -> ( p ` j ) = ( p ` k ) )
67	65, 66	sseq12d 3187	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( j = k -> ( ( p ` suc j ) C_ ( p ` j ) <-> ( p ` suc k ) C_ ( p ` k ) ) )
68	67	cbvralv 2704	. . . . . . . . . . . 12 |- ( A. j e. om ( p ` suc j ) C_ ( p ` j ) <-> A. k e. om ( p ` suc k ) C_ ( p ` k ) )
69	63, 68	sylib 122	. . . . . . . . . . 11 |- ( p e. ℕ∞ -> A. k e. om ( p ` suc k ) C_ ( p ` k ) )
70	69	ad2antrr 488	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ -. j = (/) ) -> A. k e. om ( p ` suc k ) C_ ( p ` k ) )
71		nnpredcl 4623	. . . . . . . . . . . 12 |- ( j e. om -> U. j e. om )
72	71	adantl 277	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) -> U. j e. om )
73	72	adantr 276	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ -. j = (/) ) -> U. j e. om )
74	56, 70, 73	rspcdva 2847	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ -. j = (/) ) -> ( p ` suc U. j ) C_ ( p ` U. j ) )
75	52, 74	eqsstrrd 3193	. . . . . . . 8 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ -. j = (/) ) -> ( p ` j ) C_ ( p ` U. j ) )
76	47, 75	eqsstrd 3192	. . . . . . 7 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ -. j = (/) ) -> ( p ` U. suc j ) C_ ( p ` U. j ) )
77		peano3 4596	. . . . . . . . . 10 |- ( j e. om -> suc j =/= (/) )
78	77	neneqd 2368	. . . . . . . . 9 |- ( j e. om -> -. suc j = (/) )
79	78	ad2antlr 489	. . . . . . . 8 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ -. j = (/) ) -> -. suc j = (/) )
80	79	iffalsed 3545	. . . . . . 7 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ -. j = (/) ) -> if ( suc j = (/) , 1o , ( p ` U. suc j ) ) = ( p ` U. suc j ) )
81	48	iffalsed 3545	. . . . . . 7 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ -. j = (/) ) -> if ( j = (/) , 1o , ( p ` U. j ) ) = ( p ` U. j ) )
82	76, 80, 81	3sstr4d 3201	. . . . . 6 |- ( ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) /\ -. j = (/) ) -> if ( suc j = (/) , 1o , ( p ` U. suc j ) ) C_ if ( j = (/) , 1o , ( p ` U. j ) ) )
83		nndceq0 4618	. . . . . . . 8 |- ( j e. om -> DECID j = (/) )
84	83	adantl 277	. . . . . . 7 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) -> DECID j = (/) )
85		exmiddc 836	. . . . . . 7 |- (DECID j = (/) -> ( j = (/) \/ -. j = (/) ) )
86	84, 85	syl 14	. . . . . 6 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) -> ( j = (/) \/ -. j = (/) ) )
87	38, 82, 86	mpjaodan 798	. . . . 5 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) -> if ( suc j = (/) , 1o , ( p ` U. suc j ) ) C_ if ( j = (/) , 1o , ( p ` U. j ) ) )
88		eqeq1 2184	. . . . . . . 8 |- ( i = suc j -> ( i = (/) <-> suc j = (/) ) )
89		unieq 3819	. . . . . . . . 9 |- ( i = suc j -> U. i = U. suc j )
90	89	fveq2d 5520	. . . . . . . 8 |- ( i = suc j -> ( p ` U. i ) = ( p ` U. suc j ) )
91	88, 90	ifbieq2d 3559	. . . . . . 7 |- ( i = suc j -> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) = if ( suc j = (/) , 1o , ( p ` U. suc j ) ) )
92	91, 12	fvmptg 5593	. . . . . 6 |- ( ( suc j e. om /\ if ( suc j = (/) , 1o , ( p ` U. suc j ) ) e. 2o ) -> ( ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) ` suc j ) = if ( suc j = (/) , 1o , ( p ` U. suc j ) ) )
93	24, 30, 92	syl2anc 411	. . . . 5 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) -> ( ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) ` suc j ) = if ( suc j = (/) , 1o , ( p ` U. suc j ) ) )
94	22, 72	ffvelcdmd 5653	. . . . . . 7 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) -> ( p ` U. j ) e. 2o )
95	21, 94, 84	ifcldcd 3571	. . . . . 6 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) -> if ( j = (/) , 1o , ( p ` U. j ) ) e. 2o )
96		eqeq1 2184	. . . . . . . 8 |- ( i = j -> ( i = (/) <-> j = (/) ) )
97		unieq 3819	. . . . . . . . 9 |- ( i = j -> U. i = U. j )
98	97	fveq2d 5520	. . . . . . . 8 |- ( i = j -> ( p ` U. i ) = ( p ` U. j ) )
99	96, 98	ifbieq2d 3559	. . . . . . 7 |- ( i = j -> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) = if ( j = (/) , 1o , ( p ` U. j ) ) )
100	99, 12	fvmptg 5593	. . . . . 6 |- ( ( j e. om /\ if ( j = (/) , 1o , ( p ` U. j ) ) e. 2o ) -> ( ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) ` j ) = if ( j = (/) , 1o , ( p ` U. j ) ) )
101	39, 95, 100	syl2anc 411	. . . . 5 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) -> ( ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) ` j ) = if ( j = (/) , 1o , ( p ` U. j ) ) )
102	87, 93, 101	3sstr4d 3201	. . . 4 |- ( ( p e. ℕ∞ /\ j e. om ) -> ( ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) ` suc j ) C_ ( ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) ` j ) )
103	102	ralrimiva 2550	. . 3 |- ( p e. ℕ∞ -> A. j e. om ( ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) ` suc j ) C_ ( ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) ` j ) )
104		fveq1 5515	. . . . . 6 |- ( f = ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) -> ( f ` suc j ) = ( ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) ` suc j ) )
105		fveq1 5515	. . . . . 6 |- ( f = ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) -> ( f ` j ) = ( ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) ` j ) )
106	104, 105	sseq12d 3187	. . . . 5 |- ( f = ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) -> ( ( f ` suc j ) C_ ( f ` j ) <-> ( ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) ` suc j ) C_ ( ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) ` j ) ) )
107	106	ralbidv 2477	. . . 4 |- ( f = ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) -> ( A. j e. om ( f ` suc j ) C_ ( f ` j ) <-> A. j e. om ( ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) ` suc j ) C_ ( ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) ` j ) ) )
108	107, 61	elrab2 2897	. . 3 |- ( ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) e. ℕ∞ <-> ( ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) e. ( 2o ^m om ) /\ A. j e. om ( ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) ` suc j ) C_ ( ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) ` j ) ) )
109	18, 103, 108	sylanbrc 417	. 2 |- ( p e. ℕ∞ -> ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) e. ℕ∞ )
110	1, 109	fmpti 5669	1 |- S :ℕ∞ -->ℕ∞

Syntax hints:   -. wn 3   /\ wa 104   <-> wb 105   \/ wo 708  DECID wdc 834   = wceq 1353   e. wcel 2148   =/= wne 2347   A.wral 2455   _Vcvv 2738   C_ wss 3130   (/)c0 3423   ifcif 3535   U.cuni 3810   |-> cmpt 4065   Tr wtr 4102   Ord word 4363   suc csuc 4366   omcom 4590   -->wf 5213   ` cfv 5217  (class class class)co 5875   1oc1o 6410   2oc2o 6411   ^m cmap 6648  ℕ_∞xnninf 7118

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 614  ax-in2 615  ax-io 709  ax-5 1447  ax-7 1448  ax-gen 1449  ax-ie1 1493  ax-ie2 1494  ax-8 1504  ax-10 1505  ax-11 1506  ax-i12 1507  ax-bndl 1509  ax-4 1510  ax-17 1526  ax-i9 1530  ax-ial 1534  ax-i5r 1535  ax-13 2150  ax-14 2151  ax-ext 2159  ax-sep 4122  ax-nul 4130  ax-pow 4175  ax-pr 4210  ax-un 4434  ax-setind 4537  ax-iinf 4588

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 835  df-3an 980  df-tru 1356  df-fal 1359  df-nf 1461  df-sb 1763  df-eu 2029  df-mo 2030  df-clab 2164  df-cleq 2170  df-clel 2173  df-nfc 2308  df-ne 2348  df-ral 2460  df-rex 2461  df-rab 2464  df-v 2740  df-sbc 2964  df-dif 3132  df-un 3134  df-in 3136  df-ss 3143  df-nul 3424  df-if 3536  df-pw 3578  df-sn 3599  df-pr 3600  df-op 3602  df-uni 3811  df-int 3846  df-br 4005  df-opab 4066  df-mpt 4067  df-tr 4103  df-id 4294  df-iord 4367  df-on 4369  df-suc 4372  df-iom 4591  df-xp 4633  df-rel 4634  df-cnv 4635  df-co 4636  df-dm 4637  df-rn 4638  df-res 4639  df-ima 4640  df-iota 5179  df-fun 5219  df-fn 5220  df-f 5221  df-fv 5225  df-ov 5878  df-oprab 5879  df-mpo 5880  df-1o 6417  df-2o 6418  df-map 6650  df-nninf 7119

This theorem is referenced by:  peano4nninf  14758