Theorem peano4nninf 13189

Description: The successor function on ℕ_∞ is one to one. Half of Lemma 3.4 of [PradicBrown2022], p. 5. (Contributed by Jim Kingdon, 31-Jul-2022.)

Hypothesis

Ref	Expression
peano4nninf.s	|- S = ( p e. ℕ∞ |-> ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) )

Assertion

Ref	Expression
peano4nninf	|- S :ℕ∞ -1-1->ℕ∞

Distinct variable groups:   S, i   i, p

Allowed substitution hint:   S( p)

Proof of Theorem peano4nninf

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		peano4nninf.s	. . 3 |- S = ( p e. ℕ∞ |-> ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) )
2	1	nnsf 13188	. 2 |- S :ℕ∞ -->ℕ∞
3		fveq1 5413	. . . . . . . . . . 11 |- ( f = x -> ( f ` suc j ) = ( x ` suc j ) )
4		fveq1 5413	. . . . . . . . . . 11 |- ( f = x -> ( f ` j ) = ( x ` j ) )
5	3, 4	sseq12d 3123	. . . . . . . . . 10 |- ( f = x -> ( ( f ` suc j ) C_ ( f ` j ) <-> ( x ` suc j ) C_ ( x ` j ) ) )
6	5	ralbidv 2435	. . . . . . . . 9 |- ( f = x -> ( A. j e. om ( f ` suc j ) C_ ( f ` j ) <-> A. j e. om ( x ` suc j ) C_ ( x ` j ) ) )
7		df-nninf 7000	. . . . . . . . 9 |- ℕ∞ = { f e. ( 2o ^m om ) | A. j e. om ( f ` suc j ) C_ ( f ` j ) }
8	6, 7	elrab2 2838	. . . . . . . 8 |- ( x e. ℕ∞ <-> ( x e. ( 2o ^m om ) /\ A. j e. om ( x ` suc j ) C_ ( x ` j ) ) )
9	8	simplbi 272	. . . . . . 7 |- ( x e. ℕ∞ -> x e. ( 2o ^m om ) )
10		elmapfn 6558	. . . . . . 7 |- ( x e. ( 2o ^m om ) -> x Fn om )
11	9, 10	syl 14	. . . . . 6 |- ( x e. ℕ∞ -> x Fn om )
12	11	ad2antrr 479	. . . . 5 |- ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) -> x Fn om )
13		fveq1 5413	. . . . . . . . . . 11 |- ( f = y -> ( f ` suc j ) = ( y ` suc j ) )
14		fveq1 5413	. . . . . . . . . . 11 |- ( f = y -> ( f ` j ) = ( y ` j ) )
15	13, 14	sseq12d 3123	. . . . . . . . . 10 |- ( f = y -> ( ( f ` suc j ) C_ ( f ` j ) <-> ( y ` suc j ) C_ ( y ` j ) ) )
16	15	ralbidv 2435	. . . . . . . . 9 |- ( f = y -> ( A. j e. om ( f ` suc j ) C_ ( f ` j ) <-> A. j e. om ( y ` suc j ) C_ ( y ` j ) ) )
17	16, 7	elrab2 2838	. . . . . . . 8 |- ( y e. ℕ∞ <-> ( y e. ( 2o ^m om ) /\ A. j e. om ( y ` suc j ) C_ ( y ` j ) ) )
18	17	simplbi 272	. . . . . . 7 |- ( y e. ℕ∞ -> y e. ( 2o ^m om ) )
19		elmapfn 6558	. . . . . . 7 |- ( y e. ( 2o ^m om ) -> y Fn om )
20	18, 19	syl 14	. . . . . 6 |- ( y e. ℕ∞ -> y Fn om )
21	20	ad2antlr 480	. . . . 5 |- ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) -> y Fn om )
22		simplr 519	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> ( S ` x ) = ( S ` y ) )
23	22	fveq1d 5416	. . . . . 6 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> ( ( S ` x ) ` suc k ) = ( ( S ` y ) ` suc k ) )
24		fveq1 5413	. . . . . . . . . . . 12 |- ( p = x -> ( p ` U. i ) = ( x ` U. i ) )
25	24	ifeq2d 3485	. . . . . . . . . . 11 |- ( p = x -> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) = if ( i = (/) , 1o , ( x ` U. i ) ) )
26	25	mpteq2dv 4014	. . . . . . . . . 10 |- ( p = x -> ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) = ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( x ` U. i ) ) ) )
27		omex 4502	. . . . . . . . . . 11 |- om e. _V
28	27	mptex 5639	. . . . . . . . . 10 |- ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( x ` U. i ) ) ) e. _V
29	26, 1, 28	fvmpt 5491	. . . . . . . . 9 |- ( x e. ℕ∞ -> ( S ` x ) = ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( x ` U. i ) ) ) )
30	29	ad3antrrr 483	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> ( S ` x ) = ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( x ` U. i ) ) ) )
31		simpr 109	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) /\ i = suc k ) -> i = suc k )
32	31	eqeq1d 2146	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) /\ i = suc k ) -> ( i = (/) <-> suc k = (/) ) )
33	31	unieqd 3742	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) /\ i = suc k ) -> U. i = U. suc k )
34	33	fveq2d 5418	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) /\ i = suc k ) -> ( x ` U. i ) = ( x ` U. suc k ) )
35	32, 34	ifbieq2d 3491	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) /\ i = suc k ) -> if ( i = (/) , 1o , ( x ` U. i ) ) = if ( suc k = (/) , 1o , ( x ` U. suc k ) ) )
36		peano2 4504	. . . . . . . . 9 |- ( k e. om -> suc k e. om )
37	36	adantl 275	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> suc k e. om )
38		1lt2o 6332	. . . . . . . . . 10 |- 1o e. 2o
39	38	a1i 9	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> 1o e. 2o )
40		nninff 13187	. . . . . . . . . . 11 |- ( x e. ℕ∞ -> x : om --> 2o )
41	40	ad3antrrr 483	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> x : om --> 2o )
42		nnpredcl 4531	. . . . . . . . . . 11 |- ( suc k e. om -> U. suc k e. om )
43	37, 42	syl 14	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> U. suc k e. om )
44	41, 43	ffvelrnd 5549	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> ( x ` U. suc k ) e. 2o )
45		nndceq0 4526	. . . . . . . . . 10 |- ( suc k e. om -> DECID suc k = (/) )
46	37, 45	syl 14	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> DECID suc k = (/) )
47	39, 44, 46	ifcldcd 3502	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> if ( suc k = (/) , 1o , ( x ` U. suc k ) ) e. 2o )
48	30, 35, 37, 47	fvmptd 5495	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> ( ( S ` x ) ` suc k ) = if ( suc k = (/) , 1o , ( x ` U. suc k ) ) )
49		peano3 4505	. . . . . . . . . 10 |- ( k e. om -> suc k =/= (/) )
50	49	adantl 275	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> suc k =/= (/) )
51	50	neneqd 2327	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> -. suc k = (/) )
52	51	iffalsed 3479	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> if ( suc k = (/) , 1o , ( x ` U. suc k ) ) = ( x ` U. suc k ) )
53		nnord 4520	. . . . . . . . . . 11 |- ( k e. om -> Ord k )
54		ordtr 4295	. . . . . . . . . . 11 |- ( Ord k -> Tr k )
55	53, 54	syl 14	. . . . . . . . . 10 |- ( k e. om -> Tr k )
56		unisucg 4331	. . . . . . . . . 10 |- ( k e. om -> ( Tr k <-> U. suc k = k ) )
57	55, 56	mpbid 146	. . . . . . . . 9 |- ( k e. om -> U. suc k = k )
58	57	fveq2d 5418	. . . . . . . 8 |- ( k e. om -> ( x ` U. suc k ) = ( x ` k ) )
59	58	adantl 275	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> ( x ` U. suc k ) = ( x ` k ) )
60	48, 52, 59	3eqtrd 2174	. . . . . 6 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> ( ( S ` x ) ` suc k ) = ( x ` k ) )
61		fveq1 5413	. . . . . . . . . . . 12 |- ( p = y -> ( p ` U. i ) = ( y ` U. i ) )
62	61	ifeq2d 3485	. . . . . . . . . . 11 |- ( p = y -> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) = if ( i = (/) , 1o , ( y ` U. i ) ) )
63	62	mpteq2dv 4014	. . . . . . . . . 10 |- ( p = y -> ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) = ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( y ` U. i ) ) ) )
64	27	mptex 5639	. . . . . . . . . 10 |- ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( y ` U. i ) ) ) e. _V
65	63, 1, 64	fvmpt 5491	. . . . . . . . 9 |- ( y e. ℕ∞ -> ( S ` y ) = ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( y ` U. i ) ) ) )
66	65	ad3antlr 484	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> ( S ` y ) = ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( y ` U. i ) ) ) )
67	33	fveq2d 5418	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) /\ i = suc k ) -> ( y ` U. i ) = ( y ` U. suc k ) )
68	32, 67	ifbieq2d 3491	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) /\ i = suc k ) -> if ( i = (/) , 1o , ( y ` U. i ) ) = if ( suc k = (/) , 1o , ( y ` U. suc k ) ) )
69		nninff 13187	. . . . . . . . . . 11 |- ( y e. ℕ∞ -> y : om --> 2o )
70	69	ad3antlr 484	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> y : om --> 2o )
71	70, 43	ffvelrnd 5549	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> ( y ` U. suc k ) e. 2o )
72	39, 71, 46	ifcldcd 3502	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> if ( suc k = (/) , 1o , ( y ` U. suc k ) ) e. 2o )
73	66, 68, 37, 72	fvmptd 5495	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> ( ( S ` y ) ` suc k ) = if ( suc k = (/) , 1o , ( y ` U. suc k ) ) )
74	51	iffalsed 3479	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> if ( suc k = (/) , 1o , ( y ` U. suc k ) ) = ( y ` U. suc k ) )
75	57	fveq2d 5418	. . . . . . . 8 |- ( k e. om -> ( y ` U. suc k ) = ( y ` k ) )
76	75	adantl 275	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> ( y ` U. suc k ) = ( y ` k ) )
77	73, 74, 76	3eqtrd 2174	. . . . . 6 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> ( ( S ` y ) ` suc k ) = ( y ` k ) )
78	23, 60, 77	3eqtr3d 2178	. . . . 5 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> ( x ` k ) = ( y ` k ) )
79	12, 21, 78	eqfnfvd 5514	. . . 4 |- ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) -> x = y )
80	79	ex 114	. . 3 |- ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) -> ( ( S ` x ) = ( S ` y ) -> x = y ) )
81	80	rgen2a 2484	. 2 |- A. x e. ℕ∞ A. y e. ℕ∞ ( ( S ` x ) = ( S ` y ) -> x = y )
82		dff13 5662	. 2 |- ( S :ℕ∞ -1-1->ℕ∞ <-> ( S :ℕ∞ -->ℕ∞ /\ A. x e. ℕ∞ A. y e. ℕ∞ ( ( S ` x ) = ( S ` y ) -> x = y ) ) )
83	2, 81, 82	mpbir2an 926	1 |- S :ℕ∞ -1-1->ℕ∞

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 103  DECID wdc 819   = wceq 1331   e. wcel 1480   =/= wne 2306   A.wral 2414   C_ wss 3066   (/)c0 3358   ifcif 3469   U.cuni 3731   |-> cmpt 3984   Tr wtr 4021   Ord word 4279   suc csuc 4282   omcom 4499   Fn wfn 5113   -->wf 5114   -1-1->wf1 5115   ` cfv 5118  (class class class)co 5767   1oc1o 6299   2oc2o 6300   ^m cmap 6535  ℕ_∞xnninf 6998

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 603  ax-in2 604  ax-io 698  ax-5 1423  ax-7 1424  ax-gen 1425  ax-ie1 1469  ax-ie2 1470  ax-8 1482  ax-10 1483  ax-11 1484  ax-i12 1485  ax-bndl 1486  ax-4 1487  ax-13 1491  ax-14 1492  ax-17 1506  ax-i9 1510  ax-ial 1514  ax-i5r 1515  ax-ext 2119  ax-coll 4038  ax-sep 4041  ax-nul 4049  ax-pow 4093  ax-pr 4126  ax-un 4350  ax-setind 4447  ax-iinf 4497

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 820  df-3an 964  df-tru 1334  df-fal 1337  df-nf 1437  df-sb 1736  df-eu 2000  df-mo 2001  df-clab 2124  df-cleq 2130  df-clel 2133  df-nfc 2268  df-ne 2307  df-ral 2419  df-rex 2420  df-reu 2421  df-rab 2423  df-v 2683  df-sbc 2905  df-csb 2999  df-dif 3068  df-un 3070  df-in 3072  df-ss 3079  df-nul 3359  df-if 3470  df-pw 3507  df-sn 3528  df-pr 3529  df-op 3531  df-uni 3732  df-int 3767  df-iun 3810  df-br 3925  df-opab 3985  df-mpt 3986  df-tr 4022  df-id 4210  df-iord 4283  df-on 4285  df-suc 4288  df-iom 4500  df-xp 4540  df-rel 4541  df-cnv 4542  df-co 4543  df-dm 4544  df-rn 4545  df-res 4546  df-ima 4547  df-iota 5083  df-fun 5120  df-fn 5121  df-f 5122  df-f1 5123  df-fo 5124  df-f1o 5125  df-fv 5126  df-ov 5770  df-oprab 5771  df-mpo 5772  df-1o 6306  df-2o 6307  df-map 6537  df-nninf 7000

This theorem is referenced by:  exmidsbthrlem  13206