Theorem alginv 11958

Description: If 𝐼 is an invariant of 𝐹, then its value is unchanged after any number of iterations of 𝐹. (Contributed by Paul Chapman, 31-Mar-2011.)

Hypotheses

Ref	Expression
alginv.1	⊢ 𝑅 = seq0((𝐹 ∘ 1st ), (ℕ0 × {𝐴}))
alginv.2	⊢ 𝐹:𝑆⟶𝑆
alginv.3	⊢ (𝑥 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝐹‘𝑥)) = (𝐼‘𝑥))

Assertion

Ref	Expression
alginv	⊢ ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) → (𝐼‘(𝑅‘𝐾)) = (𝐼‘(𝑅‘0)))

Distinct variable groups:   𝑥,𝐹   𝑥,𝐼   𝑥,𝑅   𝑥,𝑆

Allowed substitution hints:   𝐴(𝑥)   𝐾(𝑥)

Proof of Theorem alginv

Dummy variables 𝑧 𝑘 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		2fveq3 5485	. . . . 5 ⊢ (𝑧 = 0 → (𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘0)))
2	1	eqeq1d 2173	. . . 4 ⊢ (𝑧 = 0 → ((𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘0)) ↔ (𝐼‘(𝑅‘0)) = (𝐼‘(𝑅‘0))))
3	2	imbi2d 229	. . 3 ⊢ (𝑧 = 0 → ((𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘0))) ↔ (𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘0)) = (𝐼‘(𝑅‘0)))))
4		2fveq3 5485	. . . . 5 ⊢ (𝑧 = 𝑘 → (𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘𝑘)))
5	4	eqeq1d 2173	. . . 4 ⊢ (𝑧 = 𝑘 → ((𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘0)) ↔ (𝐼‘(𝑅‘𝑘)) = (𝐼‘(𝑅‘0))))
6	5	imbi2d 229	. . 3 ⊢ (𝑧 = 𝑘 → ((𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘0))) ↔ (𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘𝑘)) = (𝐼‘(𝑅‘0)))))
7		2fveq3 5485	. . . . 5 ⊢ (𝑧 = (𝑘 + 1) → (𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘(𝑘 + 1))))
8	7	eqeq1d 2173	. . . 4 ⊢ (𝑧 = (𝑘 + 1) → ((𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘0)) ↔ (𝐼‘(𝑅‘(𝑘 + 1))) = (𝐼‘(𝑅‘0))))
9	8	imbi2d 229	. . 3 ⊢ (𝑧 = (𝑘 + 1) → ((𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘0))) ↔ (𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘(𝑘 + 1))) = (𝐼‘(𝑅‘0)))))
10		2fveq3 5485	. . . . 5 ⊢ (𝑧 = 𝐾 → (𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘𝐾)))
11	10	eqeq1d 2173	. . . 4 ⊢ (𝑧 = 𝐾 → ((𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘0)) ↔ (𝐼‘(𝑅‘𝐾)) = (𝐼‘(𝑅‘0))))
12	11	imbi2d 229	. . 3 ⊢ (𝑧 = 𝐾 → ((𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘0))) ↔ (𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘𝐾)) = (𝐼‘(𝑅‘0)))))
13		eqidd 2165	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘0)) = (𝐼‘(𝑅‘0)))
14		nn0uz 9491	. . . . . . . . . 10 ⊢ ℕ0 = (ℤ≥‘0)
15		alginv.1	. . . . . . . . . 10 ⊢ 𝑅 = seq0((𝐹 ∘ 1st ), (ℕ0 × {𝐴}))
16		0zd 9194	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑆 → 0 ∈ ℤ)
17		id 19	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑆 → 𝐴 ∈ 𝑆)
18		alginv.2	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 𝐹:𝑆⟶𝑆
19	18	a1i 9	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑆 → 𝐹:𝑆⟶𝑆)
20	14, 15, 16, 17, 19	algrp1 11957	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑅‘(𝑘 + 1)) = (𝐹‘(𝑅‘𝑘)))
21	20	fveq2d 5484	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐼‘(𝑅‘(𝑘 + 1))) = (𝐼‘(𝐹‘(𝑅‘𝑘))))
22	14, 15, 16, 17, 19	algrf 11956	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑆 → 𝑅:ℕ0⟶𝑆)
23	22	ffvelrnda 5614	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑅‘𝑘) ∈ 𝑆)
24		2fveq3 5485	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 = (𝑅‘𝑘) → (𝐼‘(𝐹‘𝑥)) = (𝐼‘(𝐹‘(𝑅‘𝑘))))
25		fveq2 5480	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 = (𝑅‘𝑘) → (𝐼‘𝑥) = (𝐼‘(𝑅‘𝑘)))
26	24, 25	eqeq12d 2179	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 = (𝑅‘𝑘) → ((𝐼‘(𝐹‘𝑥)) = (𝐼‘𝑥) ↔ (𝐼‘(𝐹‘(𝑅‘𝑘))) = (𝐼‘(𝑅‘𝑘))))
27		alginv.3	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝐹‘𝑥)) = (𝐼‘𝑥))
28	26, 27	vtoclga 2787	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑅‘𝑘) ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝐹‘(𝑅‘𝑘))) = (𝐼‘(𝑅‘𝑘)))
29	23, 28	syl 14	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐼‘(𝐹‘(𝑅‘𝑘))) = (𝐼‘(𝑅‘𝑘)))
30	21, 29	eqtrd 2197	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐼‘(𝑅‘(𝑘 + 1))) = (𝐼‘(𝑅‘𝑘)))
31	30	eqeq1d 2173	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐼‘(𝑅‘(𝑘 + 1))) = (𝐼‘(𝑅‘0)) ↔ (𝐼‘(𝑅‘𝑘)) = (𝐼‘(𝑅‘0))))
32	31	biimprd 157	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐼‘(𝑅‘𝑘)) = (𝐼‘(𝑅‘0)) → (𝐼‘(𝑅‘(𝑘 + 1))) = (𝐼‘(𝑅‘0))))
33	32	expcom 115	. . . 4 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝐴 ∈ 𝑆 → ((𝐼‘(𝑅‘𝑘)) = (𝐼‘(𝑅‘0)) → (𝐼‘(𝑅‘(𝑘 + 1))) = (𝐼‘(𝑅‘0)))))
34	33	a2d 26	. . 3 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → ((𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘𝑘)) = (𝐼‘(𝑅‘0))) → (𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘(𝑘 + 1))) = (𝐼‘(𝑅‘0)))))
35	3, 6, 9, 12, 13, 34	nn0ind 9296	. 2 ⊢ (𝐾 ∈ ℕ0 → (𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘𝐾)) = (𝐼‘(𝑅‘0))))
36	35	impcom 124	1 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) → (𝐼‘(𝑅‘𝐾)) = (𝐼‘(𝑅‘0)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 103   = wceq 1342   ∈ wcel 2135  {csn 3570   × cxp 4596   ∘ ccom 4602  ⟶wf 5178  ‘cfv 5182  (class class class)co 5836  1^st c1st 6098  0cc0 7744  1c1 7745   + caddc 7747  ℕ₀cn0 9105  seqcseq 10370

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 1434  ax-7 1435  ax-gen 1436  ax-ie1 1480  ax-ie2 1481  ax-8 1491  ax-10 1492  ax-11 1493  ax-i12 1494  ax-bndl 1496  ax-4 1497  ax-17 1513  ax-i9 1517  ax-ial 1521  ax-i5r 1522  ax-13 2137  ax-14 2138  ax-ext 2146  ax-coll 4091  ax-sep 4094  ax-nul 4102  ax-pow 4147  ax-pr 4181  ax-un 4405  ax-setind 4508  ax-iinf 4559  ax-cnex 7835  ax-resscn 7836  ax-1cn 7837  ax-1re 7838  ax-icn 7839  ax-addcl 7840  ax-addrcl 7841  ax-mulcl 7842  ax-addcom 7844  ax-addass 7846  ax-distr 7848  ax-i2m1 7849  ax-0lt1 7850  ax-0id 7852  ax-rnegex 7853  ax-cnre 7855  ax-pre-ltirr 7856  ax-pre-ltwlin 7857  ax-pre-lttrn 7858  ax-pre-ltadd 7860

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-3or 968  df-3an 969  df-tru 1345  df-fal 1348  df-nf 1448  df-sb 1750  df-eu 2016  df-mo 2017  df-clab 2151  df-cleq 2157  df-clel 2160  df-nfc 2295  df-ne 2335  df-nel 2430  df-ral 2447  df-rex 2448  df-reu 2449  df-rab 2451  df-v 2723  df-sbc 2947  df-csb 3041  df-dif 3113  df-un 3115  df-in 3117  df-ss 3124  df-nul 3405  df-pw 3555  df-sn 3576  df-pr 3577  df-op 3579  df-uni 3784  df-int 3819  df-iun 3862  df-br 3977  df-opab 4038  df-mpt 4039  df-tr 4075  df-id 4265  df-iord 4338  df-on 4340  df-ilim 4341  df-suc 4343  df-iom 4562  df-xp 4604  df-rel 4605  df-cnv 4606  df-co 4607  df-dm 4608  df-rn 4609  df-res 4610  df-ima 4611  df-iota 5147  df-fun 5184  df-fn 5185  df-f 5186  df-f1 5187  df-fo 5188  df-f1o 5189  df-fv 5190  df-riota 5792  df-ov 5839  df-oprab 5840  df-mpo 5841  df-1st 6100  df-2nd 6101  df-recs 6264  df-frec 6350  df-pnf 7926  df-mnf 7927  df-xr 7928  df-ltxr 7929  df-le 7930  df-sub 8062  df-neg 8063  df-inn 8849  df-n0 9106  df-z 9183  df-uz 9458  df-seqfrec 10371

This theorem is referenced by:  eucalg  11970