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Theorem 1arith 12365
Description: Fundamental theorem of arithmetic, where a prime factorization is represented as a sequence of prime exponents, for which only finitely many primes have nonzero exponent. The function 𝑀 maps the set of positive integers one-to-one onto the set of prime factorizations 𝑅. (Contributed by Paul Chapman, 17-Nov-2012.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 30-May-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
1arith.1 𝑀 = (𝑛 ∈ β„• ↦ (𝑝 ∈ β„™ ↦ (𝑝 pCnt 𝑛)))
1arith.2 𝑅 = {𝑒 ∈ (β„•0 β†‘π‘š β„™) ∣ (◑𝑒 β€œ β„•) ∈ Fin}
Assertion
Ref Expression
1arith 𝑀:ℕ–1-1-onto→𝑅
Distinct variable groups:   𝑒,𝑛,𝑝   𝑒,𝑀   𝑅,𝑛
Allowed substitution hints:   𝑅(𝑒,𝑝)   𝑀(𝑛,𝑝)

Proof of Theorem 1arith
Dummy variables 𝑓 𝑔 π‘˜ π‘ž π‘₯ 𝑦 𝑗 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 prmex 12113 . . . . . 6 β„™ ∈ V
21mptex 5743 . . . . 5 (𝑝 ∈ β„™ ↦ (𝑝 pCnt 𝑛)) ∈ V
3 1arith.1 . . . . 5 𝑀 = (𝑛 ∈ β„• ↦ (𝑝 ∈ β„™ ↦ (𝑝 pCnt 𝑛)))
42, 3fnmpti 5345 . . . 4 𝑀 Fn β„•
531arithlem3 12363 . . . . . . 7 (π‘₯ ∈ β„• β†’ (π‘€β€˜π‘₯):β„™βŸΆβ„•0)
6 nn0ex 9182 . . . . . . . 8 β„•0 ∈ V
76, 1elmap 6677 . . . . . . 7 ((π‘€β€˜π‘₯) ∈ (β„•0 β†‘π‘š β„™) ↔ (π‘€β€˜π‘₯):β„™βŸΆβ„•0)
85, 7sylibr 134 . . . . . 6 (π‘₯ ∈ β„• β†’ (π‘€β€˜π‘₯) ∈ (β„•0 β†‘π‘š β„™))
9 1zzd 9280 . . . . . . . 8 (π‘₯ ∈ β„• β†’ 1 ∈ β„€)
10 nnz 9272 . . . . . . . 8 (π‘₯ ∈ β„• β†’ π‘₯ ∈ β„€)
119, 10fzfigd 10431 . . . . . . 7 (π‘₯ ∈ β„• β†’ (1...π‘₯) ∈ Fin)
12 ffn 5366 . . . . . . . . . 10 ((π‘€β€˜π‘₯):β„™βŸΆβ„•0 β†’ (π‘€β€˜π‘₯) Fn β„™)
13 elpreima 5636 . . . . . . . . . 10 ((π‘€β€˜π‘₯) Fn β„™ β†’ (π‘ž ∈ (β—‘(π‘€β€˜π‘₯) β€œ β„•) ↔ (π‘ž ∈ β„™ ∧ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘ž) ∈ β„•)))
145, 12, 133syl 17 . . . . . . . . 9 (π‘₯ ∈ β„• β†’ (π‘ž ∈ (β—‘(π‘€β€˜π‘₯) β€œ β„•) ↔ (π‘ž ∈ β„™ ∧ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘ž) ∈ β„•)))
1531arithlem2 12362 . . . . . . . . . . . 12 ((π‘₯ ∈ β„• ∧ π‘ž ∈ β„™) β†’ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘ž) = (π‘ž pCnt π‘₯))
1615eleq1d 2246 . . . . . . . . . . 11 ((π‘₯ ∈ β„• ∧ π‘ž ∈ β„™) β†’ (((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘ž) ∈ β„• ↔ (π‘ž pCnt π‘₯) ∈ β„•))
17 prmz 12111 . . . . . . . . . . . . 13 (π‘ž ∈ β„™ β†’ π‘ž ∈ β„€)
18 id 19 . . . . . . . . . . . . 13 (π‘₯ ∈ β„• β†’ π‘₯ ∈ β„•)
19 dvdsle 11850 . . . . . . . . . . . . 13 ((π‘ž ∈ β„€ ∧ π‘₯ ∈ β„•) β†’ (π‘ž βˆ₯ π‘₯ β†’ π‘ž ≀ π‘₯))
2017, 18, 19syl2anr 290 . . . . . . . . . . . 12 ((π‘₯ ∈ β„• ∧ π‘ž ∈ β„™) β†’ (π‘ž βˆ₯ π‘₯ β†’ π‘ž ≀ π‘₯))
21 pcelnn 12320 . . . . . . . . . . . . 13 ((π‘ž ∈ β„™ ∧ π‘₯ ∈ β„•) β†’ ((π‘ž pCnt π‘₯) ∈ β„• ↔ π‘ž βˆ₯ π‘₯))
2221ancoms 268 . . . . . . . . . . . 12 ((π‘₯ ∈ β„• ∧ π‘ž ∈ β„™) β†’ ((π‘ž pCnt π‘₯) ∈ β„• ↔ π‘ž βˆ₯ π‘₯))
23 prmnn 12110 . . . . . . . . . . . . . 14 (π‘ž ∈ β„™ β†’ π‘ž ∈ β„•)
24 nnuz 9563 . . . . . . . . . . . . . 14 β„• = (β„€β‰₯β€˜1)
2523, 24eleqtrdi 2270 . . . . . . . . . . . . 13 (π‘ž ∈ β„™ β†’ π‘ž ∈ (β„€β‰₯β€˜1))
26 elfz5 10017 . . . . . . . . . . . . 13 ((π‘ž ∈ (β„€β‰₯β€˜1) ∧ π‘₯ ∈ β„€) β†’ (π‘ž ∈ (1...π‘₯) ↔ π‘ž ≀ π‘₯))
2725, 10, 26syl2anr 290 . . . . . . . . . . . 12 ((π‘₯ ∈ β„• ∧ π‘ž ∈ β„™) β†’ (π‘ž ∈ (1...π‘₯) ↔ π‘ž ≀ π‘₯))
2820, 22, 273imtr4d 203 . . . . . . . . . . 11 ((π‘₯ ∈ β„• ∧ π‘ž ∈ β„™) β†’ ((π‘ž pCnt π‘₯) ∈ β„• β†’ π‘ž ∈ (1...π‘₯)))
2916, 28sylbid 150 . . . . . . . . . 10 ((π‘₯ ∈ β„• ∧ π‘ž ∈ β„™) β†’ (((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘ž) ∈ β„• β†’ π‘ž ∈ (1...π‘₯)))
3029expimpd 363 . . . . . . . . 9 (π‘₯ ∈ β„• β†’ ((π‘ž ∈ β„™ ∧ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘ž) ∈ β„•) β†’ π‘ž ∈ (1...π‘₯)))
3114, 30sylbid 150 . . . . . . . 8 (π‘₯ ∈ β„• β†’ (π‘ž ∈ (β—‘(π‘€β€˜π‘₯) β€œ β„•) β†’ π‘ž ∈ (1...π‘₯)))
3231ssrdv 3162 . . . . . . 7 (π‘₯ ∈ β„• β†’ (β—‘(π‘€β€˜π‘₯) β€œ β„•) βŠ† (1...π‘₯))
33 elfznn 10054 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ (1...π‘₯) β†’ 𝑗 ∈ β„•)
3433adantl 277 . . . . . . . . . . . . 13 ((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑗 ∈ (1...π‘₯)) β†’ 𝑗 ∈ β„•)
35 prmdc 12130 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑗 ∈ β„• β†’ DECID 𝑗 ∈ β„™)
3634, 35syl 14 . . . . . . . . . . . 12 ((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑗 ∈ (1...π‘₯)) β†’ DECID 𝑗 ∈ β„™)
3736adantr 276 . . . . . . . . . . 11 (((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑗 ∈ (1...π‘₯)) ∧ 𝑗 ∈ β„™) β†’ DECID 𝑗 ∈ β„™)
385ad2antrr 488 . . . . . . . . . . . . . 14 (((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑗 ∈ (1...π‘₯)) ∧ 𝑗 ∈ β„™) β†’ (π‘€β€˜π‘₯):β„™βŸΆβ„•0)
39 simpr 110 . . . . . . . . . . . . . 14 (((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑗 ∈ (1...π‘₯)) ∧ 𝑗 ∈ β„™) β†’ 𝑗 ∈ β„™)
4038, 39ffvelcdmd 5653 . . . . . . . . . . . . 13 (((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑗 ∈ (1...π‘₯)) ∧ 𝑗 ∈ β„™) β†’ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘—) ∈ β„•0)
4140nn0zd 9373 . . . . . . . . . . . 12 (((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑗 ∈ (1...π‘₯)) ∧ 𝑗 ∈ β„™) β†’ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘—) ∈ β„€)
42 elnndc 9612 . . . . . . . . . . . 12 (((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘—) ∈ β„€ β†’ DECID ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘—) ∈ β„•)
4341, 42syl 14 . . . . . . . . . . 11 (((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑗 ∈ (1...π‘₯)) ∧ 𝑗 ∈ β„™) β†’ DECID ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘—) ∈ β„•)
44 dcan2 934 . . . . . . . . . . 11 (DECID 𝑗 ∈ β„™ β†’ (DECID ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘—) ∈ β„• β†’ DECID (𝑗 ∈ β„™ ∧ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘—) ∈ β„•)))
4537, 43, 44sylc 62 . . . . . . . . . 10 (((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑗 ∈ (1...π‘₯)) ∧ 𝑗 ∈ β„™) β†’ DECID (𝑗 ∈ β„™ ∧ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘—) ∈ β„•))
46 simpr 110 . . . . . . . . . . . . 13 (((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑗 ∈ (1...π‘₯)) ∧ Β¬ 𝑗 ∈ β„™) β†’ Β¬ 𝑗 ∈ β„™)
4746intnanrd 932 . . . . . . . . . . . 12 (((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑗 ∈ (1...π‘₯)) ∧ Β¬ 𝑗 ∈ β„™) β†’ Β¬ (𝑗 ∈ β„™ ∧ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘—) ∈ β„•))
4847olcd 734 . . . . . . . . . . 11 (((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑗 ∈ (1...π‘₯)) ∧ Β¬ 𝑗 ∈ β„™) β†’ ((𝑗 ∈ β„™ ∧ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘—) ∈ β„•) ∨ Β¬ (𝑗 ∈ β„™ ∧ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘—) ∈ β„•)))
49 df-dc 835 . . . . . . . . . . 11 (DECID (𝑗 ∈ β„™ ∧ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘—) ∈ β„•) ↔ ((𝑗 ∈ β„™ ∧ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘—) ∈ β„•) ∨ Β¬ (𝑗 ∈ β„™ ∧ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘—) ∈ β„•)))
5048, 49sylibr 134 . . . . . . . . . 10 (((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑗 ∈ (1...π‘₯)) ∧ Β¬ 𝑗 ∈ β„™) β†’ DECID (𝑗 ∈ β„™ ∧ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘—) ∈ β„•))
51 exmiddc 836 . . . . . . . . . . 11 (DECID 𝑗 ∈ β„™ β†’ (𝑗 ∈ β„™ ∨ Β¬ 𝑗 ∈ β„™))
5236, 51syl 14 . . . . . . . . . 10 ((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑗 ∈ (1...π‘₯)) β†’ (𝑗 ∈ β„™ ∨ Β¬ 𝑗 ∈ β„™))
5345, 50, 52mpjaodan 798 . . . . . . . . 9 ((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑗 ∈ (1...π‘₯)) β†’ DECID (𝑗 ∈ β„™ ∧ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘—) ∈ β„•))
54 elpreima 5636 . . . . . . . . . . . 12 ((π‘€β€˜π‘₯) Fn β„™ β†’ (𝑗 ∈ (β—‘(π‘€β€˜π‘₯) β€œ β„•) ↔ (𝑗 ∈ β„™ ∧ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘—) ∈ β„•)))
555, 12, 543syl 17 . . . . . . . . . . 11 (π‘₯ ∈ β„• β†’ (𝑗 ∈ (β—‘(π‘€β€˜π‘₯) β€œ β„•) ↔ (𝑗 ∈ β„™ ∧ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘—) ∈ β„•)))
5655dcbid 838 . . . . . . . . . 10 (π‘₯ ∈ β„• β†’ (DECID 𝑗 ∈ (β—‘(π‘€β€˜π‘₯) β€œ β„•) ↔ DECID (𝑗 ∈ β„™ ∧ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘—) ∈ β„•)))
5756adantr 276 . . . . . . . . 9 ((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑗 ∈ (1...π‘₯)) β†’ (DECID 𝑗 ∈ (β—‘(π‘€β€˜π‘₯) β€œ β„•) ↔ DECID (𝑗 ∈ β„™ ∧ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘—) ∈ β„•)))
5853, 57mpbird 167 . . . . . . . 8 ((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑗 ∈ (1...π‘₯)) β†’ DECID 𝑗 ∈ (β—‘(π‘€β€˜π‘₯) β€œ β„•))
5958ralrimiva 2550 . . . . . . 7 (π‘₯ ∈ β„• β†’ βˆ€π‘— ∈ (1...π‘₯)DECID 𝑗 ∈ (β—‘(π‘€β€˜π‘₯) β€œ β„•))
60 ssfidc 6934 . . . . . . 7 (((1...π‘₯) ∈ Fin ∧ (β—‘(π‘€β€˜π‘₯) β€œ β„•) βŠ† (1...π‘₯) ∧ βˆ€π‘— ∈ (1...π‘₯)DECID 𝑗 ∈ (β—‘(π‘€β€˜π‘₯) β€œ β„•)) β†’ (β—‘(π‘€β€˜π‘₯) β€œ β„•) ∈ Fin)
6111, 32, 59, 60syl3anc 1238 . . . . . 6 (π‘₯ ∈ β„• β†’ (β—‘(π‘€β€˜π‘₯) β€œ β„•) ∈ Fin)
62 cnveq 4802 . . . . . . . . 9 (𝑒 = (π‘€β€˜π‘₯) β†’ ◑𝑒 = β—‘(π‘€β€˜π‘₯))
6362imaeq1d 4970 . . . . . . . 8 (𝑒 = (π‘€β€˜π‘₯) β†’ (◑𝑒 β€œ β„•) = (β—‘(π‘€β€˜π‘₯) β€œ β„•))
6463eleq1d 2246 . . . . . . 7 (𝑒 = (π‘€β€˜π‘₯) β†’ ((◑𝑒 β€œ β„•) ∈ Fin ↔ (β—‘(π‘€β€˜π‘₯) β€œ β„•) ∈ Fin))
65 1arith.2 . . . . . . 7 𝑅 = {𝑒 ∈ (β„•0 β†‘π‘š β„™) ∣ (◑𝑒 β€œ β„•) ∈ Fin}
6664, 65elrab2 2897 . . . . . 6 ((π‘€β€˜π‘₯) ∈ 𝑅 ↔ ((π‘€β€˜π‘₯) ∈ (β„•0 β†‘π‘š β„™) ∧ (β—‘(π‘€β€˜π‘₯) β€œ β„•) ∈ Fin))
678, 61, 66sylanbrc 417 . . . . 5 (π‘₯ ∈ β„• β†’ (π‘€β€˜π‘₯) ∈ 𝑅)
6867rgen 2530 . . . 4 βˆ€π‘₯ ∈ β„• (π‘€β€˜π‘₯) ∈ 𝑅
69 ffnfv 5675 . . . 4 (𝑀:β„•βŸΆπ‘… ↔ (𝑀 Fn β„• ∧ βˆ€π‘₯ ∈ β„• (π‘€β€˜π‘₯) ∈ 𝑅))
704, 68, 69mpbir2an 942 . . 3 𝑀:β„•βŸΆπ‘…
7115adantlr 477 . . . . . . . 8 (((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ π‘ž ∈ β„™) β†’ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘ž) = (π‘ž pCnt π‘₯))
7231arithlem2 12362 . . . . . . . . 9 ((𝑦 ∈ β„• ∧ π‘ž ∈ β„™) β†’ ((π‘€β€˜π‘¦)β€˜π‘ž) = (π‘ž pCnt 𝑦))
7372adantll 476 . . . . . . . 8 (((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ π‘ž ∈ β„™) β†’ ((π‘€β€˜π‘¦)β€˜π‘ž) = (π‘ž pCnt 𝑦))
7471, 73eqeq12d 2192 . . . . . . 7 (((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ π‘ž ∈ β„™) β†’ (((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘ž) = ((π‘€β€˜π‘¦)β€˜π‘ž) ↔ (π‘ž pCnt π‘₯) = (π‘ž pCnt 𝑦)))
7574ralbidva 2473 . . . . . 6 ((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑦 ∈ β„•) β†’ (βˆ€π‘ž ∈ β„™ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘ž) = ((π‘€β€˜π‘¦)β€˜π‘ž) ↔ βˆ€π‘ž ∈ β„™ (π‘ž pCnt π‘₯) = (π‘ž pCnt 𝑦)))
7631arithlem3 12363 . . . . . . 7 (𝑦 ∈ β„• β†’ (π‘€β€˜π‘¦):β„™βŸΆβ„•0)
77 ffn 5366 . . . . . . . 8 ((π‘€β€˜π‘¦):β„™βŸΆβ„•0 β†’ (π‘€β€˜π‘¦) Fn β„™)
78 eqfnfv 5614 . . . . . . . 8 (((π‘€β€˜π‘₯) Fn β„™ ∧ (π‘€β€˜π‘¦) Fn β„™) β†’ ((π‘€β€˜π‘₯) = (π‘€β€˜π‘¦) ↔ βˆ€π‘ž ∈ β„™ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘ž) = ((π‘€β€˜π‘¦)β€˜π‘ž)))
7912, 77, 78syl2an 289 . . . . . . 7 (((π‘€β€˜π‘₯):β„™βŸΆβ„•0 ∧ (π‘€β€˜π‘¦):β„™βŸΆβ„•0) β†’ ((π‘€β€˜π‘₯) = (π‘€β€˜π‘¦) ↔ βˆ€π‘ž ∈ β„™ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘ž) = ((π‘€β€˜π‘¦)β€˜π‘ž)))
805, 76, 79syl2an 289 . . . . . 6 ((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑦 ∈ β„•) β†’ ((π‘€β€˜π‘₯) = (π‘€β€˜π‘¦) ↔ βˆ€π‘ž ∈ β„™ ((π‘€β€˜π‘₯)β€˜π‘ž) = ((π‘€β€˜π‘¦)β€˜π‘ž)))
81 nnnn0 9183 . . . . . . 7 (π‘₯ ∈ β„• β†’ π‘₯ ∈ β„•0)
82 nnnn0 9183 . . . . . . 7 (𝑦 ∈ β„• β†’ 𝑦 ∈ β„•0)
83 pc11 12330 . . . . . . 7 ((π‘₯ ∈ β„•0 ∧ 𝑦 ∈ β„•0) β†’ (π‘₯ = 𝑦 ↔ βˆ€π‘ž ∈ β„™ (π‘ž pCnt π‘₯) = (π‘ž pCnt 𝑦)))
8481, 82, 83syl2an 289 . . . . . 6 ((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑦 ∈ β„•) β†’ (π‘₯ = 𝑦 ↔ βˆ€π‘ž ∈ β„™ (π‘ž pCnt π‘₯) = (π‘ž pCnt 𝑦)))
8575, 80, 843bitr4d 220 . . . . 5 ((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑦 ∈ β„•) β†’ ((π‘€β€˜π‘₯) = (π‘€β€˜π‘¦) ↔ π‘₯ = 𝑦))
8685biimpd 144 . . . 4 ((π‘₯ ∈ β„• ∧ 𝑦 ∈ β„•) β†’ ((π‘€β€˜π‘₯) = (π‘€β€˜π‘¦) β†’ π‘₯ = 𝑦))
8786rgen2 2563 . . 3 βˆ€π‘₯ ∈ β„• βˆ€π‘¦ ∈ β„• ((π‘€β€˜π‘₯) = (π‘€β€˜π‘¦) β†’ π‘₯ = 𝑦)
88 dff13 5769 . . 3 (𝑀:ℕ–1-1→𝑅 ↔ (𝑀:β„•βŸΆπ‘… ∧ βˆ€π‘₯ ∈ β„• βˆ€π‘¦ ∈ β„• ((π‘€β€˜π‘₯) = (π‘€β€˜π‘¦) β†’ π‘₯ = 𝑦)))
8970, 87, 88mpbir2an 942 . 2 𝑀:ℕ–1-1→𝑅
90 eqid 2177 . . . . . 6 (𝑔 ∈ β„• ↦ if(𝑔 ∈ β„™, (𝑔↑(π‘“β€˜π‘”)), 1)) = (𝑔 ∈ β„• ↦ if(𝑔 ∈ β„™, (𝑔↑(π‘“β€˜π‘”)), 1))
91 cnveq 4802 . . . . . . . . . . . 12 (𝑒 = 𝑓 β†’ ◑𝑒 = ◑𝑓)
9291imaeq1d 4970 . . . . . . . . . . 11 (𝑒 = 𝑓 β†’ (◑𝑒 β€œ β„•) = (◑𝑓 β€œ β„•))
9392eleq1d 2246 . . . . . . . . . 10 (𝑒 = 𝑓 β†’ ((◑𝑒 β€œ β„•) ∈ Fin ↔ (◑𝑓 β€œ β„•) ∈ Fin))
9493, 65elrab2 2897 . . . . . . . . 9 (𝑓 ∈ 𝑅 ↔ (𝑓 ∈ (β„•0 β†‘π‘š β„™) ∧ (◑𝑓 β€œ β„•) ∈ Fin))
9594simplbi 274 . . . . . . . 8 (𝑓 ∈ 𝑅 β†’ 𝑓 ∈ (β„•0 β†‘π‘š β„™))
966, 1elmap 6677 . . . . . . . 8 (𝑓 ∈ (β„•0 β†‘π‘š β„™) ↔ 𝑓:β„™βŸΆβ„•0)
9795, 96sylib 122 . . . . . . 7 (𝑓 ∈ 𝑅 β†’ 𝑓:β„™βŸΆβ„•0)
9897ad2antrr 488 . . . . . 6 (((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) β†’ 𝑓:β„™βŸΆβ„•0)
99 simplr 528 . . . . . . 7 (((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) β†’ 𝑦 ∈ β„•)
10099peano2nnd 8934 . . . . . 6 (((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) β†’ (𝑦 + 1) ∈ β„•)
10199adantr 276 . . . . . . . . . . 11 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ 𝑦 ∈ β„•)
102101nnred 8932 . . . . . . . . . 10 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ 𝑦 ∈ ℝ)
103 peano2re 8093 . . . . . . . . . . 11 (𝑦 ∈ ℝ β†’ (𝑦 + 1) ∈ ℝ)
104102, 103syl 14 . . . . . . . . . 10 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ (𝑦 + 1) ∈ ℝ)
10523ad2antrl 490 . . . . . . . . . . 11 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ π‘ž ∈ β„•)
106105nnred 8932 . . . . . . . . . 10 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ π‘ž ∈ ℝ)
107102ltp1d 8887 . . . . . . . . . 10 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ 𝑦 < (𝑦 + 1))
108 simprr 531 . . . . . . . . . 10 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)
109102, 104, 106, 107, 108ltletrd 8380 . . . . . . . . 9 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ 𝑦 < π‘ž)
110101nnzd 9374 . . . . . . . . . 10 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ 𝑦 ∈ β„€)
11117ad2antrl 490 . . . . . . . . . 10 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ π‘ž ∈ β„€)
112 zltnle 9299 . . . . . . . . . 10 ((𝑦 ∈ β„€ ∧ π‘ž ∈ β„€) β†’ (𝑦 < π‘ž ↔ Β¬ π‘ž ≀ 𝑦))
113110, 111, 112syl2anc 411 . . . . . . . . 9 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ (𝑦 < π‘ž ↔ Β¬ π‘ž ≀ 𝑦))
114109, 113mpbid 147 . . . . . . . 8 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ Β¬ π‘ž ≀ 𝑦)
115 simprl 529 . . . . . . . . . . 11 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ π‘ž ∈ β„™)
116115biantrurd 305 . . . . . . . . . 10 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ ((π‘“β€˜π‘ž) ∈ β„• ↔ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (π‘“β€˜π‘ž) ∈ β„•)))
11797ad3antrrr 492 . . . . . . . . . . 11 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ 𝑓:β„™βŸΆβ„•0)
118 ffn 5366 . . . . . . . . . . 11 (𝑓:β„™βŸΆβ„•0 β†’ 𝑓 Fn β„™)
119 elpreima 5636 . . . . . . . . . . 11 (𝑓 Fn β„™ β†’ (π‘ž ∈ (◑𝑓 β€œ β„•) ↔ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (π‘“β€˜π‘ž) ∈ β„•)))
120117, 118, 1193syl 17 . . . . . . . . . 10 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ (π‘ž ∈ (◑𝑓 β€œ β„•) ↔ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (π‘“β€˜π‘ž) ∈ β„•)))
121116, 120bitr4d 191 . . . . . . . . 9 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ ((π‘“β€˜π‘ž) ∈ β„• ↔ π‘ž ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)))
122 breq1 4007 . . . . . . . . . . 11 (π‘˜ = π‘ž β†’ (π‘˜ ≀ 𝑦 ↔ π‘ž ≀ 𝑦))
123122rspccv 2839 . . . . . . . . . 10 (βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦 β†’ (π‘ž ∈ (◑𝑓 β€œ β„•) β†’ π‘ž ≀ 𝑦))
124123ad2antlr 489 . . . . . . . . 9 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ (π‘ž ∈ (◑𝑓 β€œ β„•) β†’ π‘ž ≀ 𝑦))
125121, 124sylbid 150 . . . . . . . 8 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ ((π‘“β€˜π‘ž) ∈ β„• β†’ π‘ž ≀ 𝑦))
126114, 125mtod 663 . . . . . . 7 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ Β¬ (π‘“β€˜π‘ž) ∈ β„•)
127117, 115ffvelcdmd 5653 . . . . . . . . 9 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ (π‘“β€˜π‘ž) ∈ β„•0)
128 elnn0 9178 . . . . . . . . 9 ((π‘“β€˜π‘ž) ∈ β„•0 ↔ ((π‘“β€˜π‘ž) ∈ β„• ∨ (π‘“β€˜π‘ž) = 0))
129127, 128sylib 122 . . . . . . . 8 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ ((π‘“β€˜π‘ž) ∈ β„• ∨ (π‘“β€˜π‘ž) = 0))
130129ord 724 . . . . . . 7 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ (Β¬ (π‘“β€˜π‘ž) ∈ β„• β†’ (π‘“β€˜π‘ž) = 0))
131126, 130mpd 13 . . . . . 6 ((((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) ∧ (π‘ž ∈ β„™ ∧ (𝑦 + 1) ≀ π‘ž)) β†’ (π‘“β€˜π‘ž) = 0)
1323, 90, 98, 100, 1311arithlem4 12364 . . . . 5 (((𝑓 ∈ 𝑅 ∧ 𝑦 ∈ β„•) ∧ βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦) β†’ βˆƒπ‘₯ ∈ β„• 𝑓 = (π‘€β€˜π‘₯))
133 cnvimass 4992 . . . . . . 7 (◑𝑓 β€œ β„•) βŠ† dom 𝑓
13497fdmd 5373 . . . . . . . 8 (𝑓 ∈ 𝑅 β†’ dom 𝑓 = β„™)
135 prmssnn 12112 . . . . . . . 8 β„™ βŠ† β„•
136134, 135eqsstrdi 3208 . . . . . . 7 (𝑓 ∈ 𝑅 β†’ dom 𝑓 βŠ† β„•)
137133, 136sstrid 3167 . . . . . 6 (𝑓 ∈ 𝑅 β†’ (◑𝑓 β€œ β„•) βŠ† β„•)
13894simprbi 275 . . . . . 6 (𝑓 ∈ 𝑅 β†’ (◑𝑓 β€œ β„•) ∈ Fin)
139 fiubnn 10810 . . . . . 6 (((◑𝑓 β€œ β„•) βŠ† β„• ∧ (◑𝑓 β€œ β„•) ∈ Fin) β†’ βˆƒπ‘¦ ∈ β„• βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦)
140137, 138, 139syl2anc 411 . . . . 5 (𝑓 ∈ 𝑅 β†’ βˆƒπ‘¦ ∈ β„• βˆ€π‘˜ ∈ (◑𝑓 β€œ β„•)π‘˜ ≀ 𝑦)
141132, 140r19.29a 2620 . . . 4 (𝑓 ∈ 𝑅 β†’ βˆƒπ‘₯ ∈ β„• 𝑓 = (π‘€β€˜π‘₯))
142141rgen 2530 . . 3 βˆ€π‘“ ∈ 𝑅 βˆƒπ‘₯ ∈ β„• 𝑓 = (π‘€β€˜π‘₯)
143 dffo3 5664 . . 3 (𝑀:ℕ–onto→𝑅 ↔ (𝑀:β„•βŸΆπ‘… ∧ βˆ€π‘“ ∈ 𝑅 βˆƒπ‘₯ ∈ β„• 𝑓 = (π‘€β€˜π‘₯)))
14470, 142, 143mpbir2an 942 . 2 𝑀:ℕ–onto→𝑅
145 df-f1o 5224 . 2 (𝑀:ℕ–1-1-onto→𝑅 ↔ (𝑀:ℕ–1-1→𝑅 ∧ 𝑀:ℕ–onto→𝑅))
14689, 144, 145mpbir2an 942 1 𝑀:ℕ–1-1-onto→𝑅
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:  Β¬ wn 3   β†’ wi 4   ∧ wa 104   ↔ wb 105   ∨ wo 708  DECID wdc 834   = wceq 1353   ∈ wcel 2148  βˆ€wral 2455  βˆƒwrex 2456  {crab 2459   βŠ† wss 3130  ifcif 3535   class class class wbr 4004   ↦ cmpt 4065  β—‘ccnv 4626  dom cdm 4627   β€œ cima 4630   Fn wfn 5212  βŸΆwf 5213  β€“1-1β†’wf1 5214  β€“ontoβ†’wfo 5215  β€“1-1-ontoβ†’wf1o 5216  β€˜cfv 5217  (class class class)co 5875   β†‘π‘š cmap 6648  Fincfn 6740  β„cr 7810  0cc0 7811  1c1 7812   + caddc 7814   < clt 7992   ≀ cle 7993  β„•cn 8919  β„•0cn0 9176  β„€cz 9253  β„€β‰₯cuz 9528  ...cfz 10008  β†‘cexp 10519   βˆ₯ cdvds 11794  β„™cprime 12107   pCnt cpc 12284
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-coll 4119  ax-sep 4122  ax-nul 4130  ax-pow 4175  ax-pr 4210  ax-un 4434  ax-setind 4537  ax-iinf 4588  ax-cnex 7902  ax-resscn 7903  ax-1cn 7904  ax-1re 7905  ax-icn 7906  ax-addcl 7907  ax-addrcl 7908  ax-mulcl 7909  ax-mulrcl 7910  ax-addcom 7911  ax-mulcom 7912  ax-addass 7913  ax-mulass 7914  ax-distr 7915  ax-i2m1 7916  ax-0lt1 7917  ax-1rid 7918  ax-0id 7919  ax-rnegex 7920  ax-precex 7921  ax-cnre 7922  ax-pre-ltirr 7923  ax-pre-ltwlin 7924  ax-pre-lttrn 7925  ax-pre-apti 7926  ax-pre-ltadd 7927  ax-pre-mulgt0 7928  ax-pre-mulext 7929  ax-arch 7930  ax-caucvg 7931
This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-stab 831  df-dc 835  df-3or 979  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-nel 2443  df-ral 2460  df-rex 2461  df-reu 2462  df-rmo 2463  df-rab 2464  df-v 2740  df-sbc 2964  df-csb 3059  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-iun 3889  df-br 4005  df-opab 4066  df-mpt 4067  df-tr 4103  df-id 4294  df-po 4297  df-iso 4298  df-iord 4367  df-on 4369  df-ilim 4370  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-f1 5222  df-fo 5223  df-f1o 5224  df-fv 5225  df-isom 5226  df-riota 5831  df-ov 5878  df-oprab 5879  df-mpo 5880  df-1st 6141  df-2nd 6142  df-recs 6306  df-frec 6392  df-1o 6417  df-2o 6418  df-er 6535  df-map 6650  df-en 6741  df-fin 6743  df-sup 6983  df-inf 6984  df-pnf 7994  df-mnf 7995  df-xr 7996  df-ltxr 7997  df-le 7998  df-sub 8130  df-neg 8131  df-reap 8532  df-ap 8539  df-div 8630  df-inn 8920  df-2 8978  df-3 8979  df-4 8980  df-n0 9177  df-xnn0 9240  df-z 9254  df-uz 9529  df-q 9620  df-rp 9654  df-fz 10009  df-fzo 10143  df-fl 10270  df-mod 10323  df-seqfrec 10446  df-exp 10520  df-cj 10851  df-re 10852  df-im 10853  df-rsqrt 11007  df-abs 11008  df-dvds 11795  df-gcd 11944  df-prm 12108  df-pc 12285
This theorem is referenced by:  1arith2  12366
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