Theorem peano4nninf 13886

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 13885	. 2 |- S :ℕ∞ -->ℕ∞
3		fveq1 5485	. . . . . . . . . . 11 |- ( f = x -> ( f ` suc j ) = ( x ` suc j ) )
4		fveq1 5485	. . . . . . . . . . 11 |- ( f = x -> ( f ` j ) = ( x ` j ) )
5	3, 4	sseq12d 3173	. . . . . . . . . 10 |- ( f = x -> ( ( f ` suc j ) C_ ( f ` j ) <-> ( x ` suc j ) C_ ( x ` j ) ) )
6	5	ralbidv 2466	. . . . . . . . 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 7085	. . . . . . . . 9 |- ℕ∞ = { f e. ( 2o ^m om ) | A. j e. om ( f ` suc j ) C_ ( f ` j ) }
8	6, 7	elrab2 2885	. . . . . . . 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 6637	. . . . . . 7 |- ( x e. ( 2o ^m om ) -> x Fn om )
11	9, 10	syl 14	. . . . . 6 |- ( x e. ℕ∞ -> x Fn om )
12	11	ad2antrr 480	. . . . 5 |- ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) -> x Fn om )
13		fveq1 5485	. . . . . . . . . . 11 |- ( f = y -> ( f ` suc j ) = ( y ` suc j ) )
14		fveq1 5485	. . . . . . . . . . 11 |- ( f = y -> ( f ` j ) = ( y ` j ) )
15	13, 14	sseq12d 3173	. . . . . . . . . 10 |- ( f = y -> ( ( f ` suc j ) C_ ( f ` j ) <-> ( y ` suc j ) C_ ( y ` j ) ) )
16	15	ralbidv 2466	. . . . . . . . 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 2885	. . . . . . . 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 6637	. . . . . . 7 |- ( y e. ( 2o ^m om ) -> y Fn om )
20	18, 19	syl 14	. . . . . 6 |- ( y e. ℕ∞ -> y Fn om )
21	20	ad2antlr 481	. . . . 5 |- ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) -> y Fn om )
22		simplr 520	. . . . . . 7 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> ( S ` x ) = ( S ` y ) )
23	22	fveq1d 5488	. . . . . 6 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> ( ( S ` x ) ` suc k ) = ( ( S ` y ) ` suc k ) )
24		fveq1 5485	. . . . . . . . . . . 12 |- ( p = x -> ( p ` U. i ) = ( x ` U. i ) )
25	24	ifeq2d 3538	. . . . . . . . . . 11 |- ( p = x -> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) = if ( i = (/) , 1o , ( x ` U. i ) ) )
26	25	mpteq2dv 4073	. . . . . . . . . 10 |- ( p = x -> ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) = ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( x ` U. i ) ) ) )
27		omex 4570	. . . . . . . . . . 11 |- om e. _V
28	27	mptex 5711	. . . . . . . . . 10 |- ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( x ` U. i ) ) ) e. _V
29	26, 1, 28	fvmpt 5563	. . . . . . . . 9 |- ( x e. ℕ∞ -> ( S ` x ) = ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( x ` U. i ) ) ) )
30	29	ad3antrrr 484	. . . . . . . 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 2174	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) /\ i = suc k ) -> ( i = (/) <-> suc k = (/) ) )
33	31	unieqd 3800	. . . . . . . . . 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 5490	. . . . . . . . 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 3544	. . . . . . . 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 4572	. . . . . . . . 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 6410	. . . . . . . . . 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 7087	. . . . . . . . . . 11 |- ( x e. ℕ∞ -> x : om --> 2o )
41	40	ad3antrrr 484	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> x : om --> 2o )
42		nnpredcl 4600	. . . . . . . . . . 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 5621	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> ( x ` U. suc k ) e. 2o )
45		nndceq0 4595	. . . . . . . . . 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 3555	. . . . . . . 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 5567	. . . . . . 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 4573	. . . . . . . . . 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 2357	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> -. suc k = (/) )
52	51	iffalsed 3530	. . . . . . 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 4589	. . . . . . . . . . 11 |- ( k e. om -> Ord k )
54		ordtr 4356	. . . . . . . . . . 11 |- ( Ord k -> Tr k )
55	53, 54	syl 14	. . . . . . . . . 10 |- ( k e. om -> Tr k )
56		unisucg 4392	. . . . . . . . . 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 5490	. . . . . . . 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 2202	. . . . . 6 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> ( ( S ` x ) ` suc k ) = ( x ` k ) )
61		fveq1 5485	. . . . . . . . . . . 12 |- ( p = y -> ( p ` U. i ) = ( y ` U. i ) )
62	61	ifeq2d 3538	. . . . . . . . . . 11 |- ( p = y -> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) = if ( i = (/) , 1o , ( y ` U. i ) ) )
63	62	mpteq2dv 4073	. . . . . . . . . 10 |- ( p = y -> ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( p ` U. i ) ) ) = ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( y ` U. i ) ) ) )
64	27	mptex 5711	. . . . . . . . . 10 |- ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( y ` U. i ) ) ) e. _V
65	63, 1, 64	fvmpt 5563	. . . . . . . . 9 |- ( y e. ℕ∞ -> ( S ` y ) = ( i e. om |-> if ( i = (/) , 1o , ( y ` U. i ) ) ) )
66	65	ad3antlr 485	. . . . . . . 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 5490	. . . . . . . . 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 3544	. . . . . . . 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 7087	. . . . . . . . . . 11 |- ( y e. ℕ∞ -> y : om --> 2o )
70	69	ad3antlr 485	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> y : om --> 2o )
71	70, 43	ffvelrnd 5621	. . . . . . . . 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 3555	. . . . . . . 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 5567	. . . . . . 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 3530	. . . . . . 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 5490	. . . . . . . 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 2202	. . . . . 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 2206	. . . . 5 |- ( ( ( ( x e. ℕ∞ /\ y e. ℕ∞ ) /\ ( S ` x ) = ( S ` y ) ) /\ k e. om ) -> ( x ` k ) = ( y ` k ) )
79	12, 21, 78	eqfnfvd 5586	. . . 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 2520	. 2 |- A. x e. ℕ∞ A. y e. ℕ∞ ( ( S ` x ) = ( S ` y ) -> x = y )
82		dff13 5736	. 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 932	1 |- S :ℕ∞ -1-1->ℕ∞

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 103  DECID wdc 824   = wceq 1343   e. wcel 2136   =/= wne 2336   A.wral 2444   C_ wss 3116   (/)c0 3409   ifcif 3520   U.cuni 3789   |-> cmpt 4043   Tr wtr 4080   Ord word 4340   suc csuc 4343   omcom 4567   Fn wfn 5183   -->wf 5184   -1-1->wf1 5185   ` cfv 5188  (class class class)co 5842   1oc1o 6377   2oc2o 6378   ^m cmap 6614  ℕ_∞xnninf 7084

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 1435  ax-7 1436  ax-gen 1437  ax-ie1 1481  ax-ie2 1482  ax-8 1492  ax-10 1493  ax-11 1494  ax-i12 1495  ax-bndl 1497  ax-4 1498  ax-17 1514  ax-i9 1518  ax-ial 1522  ax-i5r 1523  ax-13 2138  ax-14 2139  ax-ext 2147  ax-coll 4097  ax-sep 4100  ax-nul 4108  ax-pow 4153  ax-pr 4187  ax-un 4411  ax-setind 4514  ax-iinf 4565

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 825  df-3an 970  df-tru 1346  df-fal 1349  df-nf 1449  df-sb 1751  df-eu 2017  df-mo 2018  df-clab 2152  df-cleq 2158  df-clel 2161  df-nfc 2297  df-ne 2337  df-ral 2449  df-rex 2450  df-reu 2451  df-rab 2453  df-v 2728  df-sbc 2952  df-csb 3046  df-dif 3118  df-un 3120  df-in 3122  df-ss 3129  df-nul 3410  df-if 3521  df-pw 3561  df-sn 3582  df-pr 3583  df-op 3585  df-uni 3790  df-int 3825  df-iun 3868  df-br 3983  df-opab 4044  df-mpt 4045  df-tr 4081  df-id 4271  df-iord 4344  df-on 4346  df-suc 4349  df-iom 4568  df-xp 4610  df-rel 4611  df-cnv 4612  df-co 4613  df-dm 4614  df-rn 4615  df-res 4616  df-ima 4617  df-iota 5153  df-fun 5190  df-fn 5191  df-f 5192  df-f1 5193  df-fo 5194  df-f1o 5195  df-fv 5196  df-ov 5845  df-oprab 5846  df-mpo 5847  df-1o 6384  df-2o 6385  df-map 6616  df-nninf 7085

This theorem is referenced by:  exmidsbthrlem  13901