Theorem bj-charfun 13842

Description: Properties of the characteristic function on the class 𝑋 of the class 𝐴. (Contributed by BJ, 15-Aug-2024.)

Hypothesis

Ref	Expression
bj-charfun.1	⊢ (𝜑 → 𝐹 = (𝑥 ∈ 𝑋 ↦ if(𝑥 ∈ 𝐴, 1o, ∅)))

Assertion

Ref	Expression
bj-charfun	⊢ (𝜑 → ((𝐹:𝑋⟶𝒫 1o ∧ (𝐹 ↾ ((𝑋 ∩ 𝐴) ∪ (𝑋 ∖ 𝐴))):((𝑋 ∩ 𝐴) ∪ (𝑋 ∖ 𝐴))⟶2o) ∧ (∀𝑥 ∈ (𝑋 ∩ 𝐴)(𝐹‘𝑥) = 1o ∧ ∀𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)(𝐹‘𝑥) = ∅)))

Distinct variable groups:   𝜑,𝑥   𝑥,𝑋   𝑥,𝐴   𝑥,𝐹

Proof of Theorem bj-charfun

Step	Hyp	Ref	Expression
1		bj-charfun.1	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐹 = (𝑥 ∈ 𝑋 ↦ if(𝑥 ∈ 𝐴, 1o, ∅)))
2		fmelpw1o 13841	. . . 4 ⊢ if(𝑥 ∈ 𝐴, 1o, ∅) ∈ 𝒫 1o
3	2	a1i 9	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → if(𝑥 ∈ 𝐴, 1o, ∅) ∈ 𝒫 1o)
4	1, 3	fmpt3d 5652	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑋⟶𝒫 1o)
5		inss1 3347	. . . . 5 ⊢ (𝑋 ∩ 𝐴) ⊆ 𝑋
6	5	a1i 9	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑋 ∩ 𝐴) ⊆ 𝑋)
7		difssd 3254	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑋 ∖ 𝐴) ⊆ 𝑋)
8	6, 7	unssd 3303	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝑋 ∩ 𝐴) ∪ (𝑋 ∖ 𝐴)) ⊆ 𝑋)
9		elun 3268	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ ((𝑋 ∩ 𝐴) ∪ (𝑋 ∖ 𝐴)) ↔ (𝑥 ∈ (𝑋 ∩ 𝐴) ∨ 𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)))
10		simpr 109	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝑋 ∩ 𝐴)) → 𝑥 ∈ (𝑋 ∩ 𝐴))
11	10	elin1d 3316	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝑋 ∩ 𝐴)) → 𝑥 ∈ 𝑋)
12	1	adantr 274	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝑋 ∩ 𝐴)) → 𝐹 = (𝑥 ∈ 𝑋 ↦ if(𝑥 ∈ 𝐴, 1o, ∅)))
13		1oex 6403	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 1o ∈ V
14		0ex 4116	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ∅ ∈ V
15	13, 14	ifelpwun 4468	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ if(𝑥 ∈ 𝐴, 1o, ∅) ∈ 𝒫 (1o ∪ ∅)
16	15	a1i 9	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝑋 ∩ 𝐴)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → if(𝑥 ∈ 𝐴, 1o, ∅) ∈ 𝒫 (1o ∪ ∅))
17	12, 16	fvmpt2d 5582	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝑋 ∩ 𝐴)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → (𝐹‘𝑥) = if(𝑥 ∈ 𝐴, 1o, ∅))
18	11, 17	mpdan 419	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝑋 ∩ 𝐴)) → (𝐹‘𝑥) = if(𝑥 ∈ 𝐴, 1o, ∅))
19	10	elin2d 3317	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝑋 ∩ 𝐴)) → 𝑥 ∈ 𝐴)
20	19	iftrued 3533	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝑋 ∩ 𝐴)) → if(𝑥 ∈ 𝐴, 1o, ∅) = 1o)
21	18, 20	eqtrd 2203	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝑋 ∩ 𝐴)) → (𝐹‘𝑥) = 1o)
22		1lt2o 6421	. . . . . . . 8 ⊢ 1o ∈ 2o
23	21, 22	eqeltrdi 2261	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝑋 ∩ 𝐴)) → (𝐹‘𝑥) ∈ 2o)
24	23	ex 114	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑥 ∈ (𝑋 ∩ 𝐴) → (𝐹‘𝑥) ∈ 2o))
25		simpr 109	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)) → 𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴))
26	25	eldifad 3132	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)) → 𝑥 ∈ 𝑋)
27	1	adantr 274	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)) → 𝐹 = (𝑥 ∈ 𝑋 ↦ if(𝑥 ∈ 𝐴, 1o, ∅)))
28	15	a1i 9	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → if(𝑥 ∈ 𝐴, 1o, ∅) ∈ 𝒫 (1o ∪ ∅))
29	27, 28	fvmpt2d 5582	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)) ∧ 𝑥 ∈ 𝑋) → (𝐹‘𝑥) = if(𝑥 ∈ 𝐴, 1o, ∅))
30	26, 29	mpdan 419	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)) → (𝐹‘𝑥) = if(𝑥 ∈ 𝐴, 1o, ∅))
31	25	eldifbd 3133	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)) → ¬ 𝑥 ∈ 𝐴)
32	31	iffalsed 3536	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)) → if(𝑥 ∈ 𝐴, 1o, ∅) = ∅)
33	30, 32	eqtrd 2203	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)) → (𝐹‘𝑥) = ∅)
34		0lt2o 6420	. . . . . . . 8 ⊢ ∅ ∈ 2o
35	33, 34	eqeltrdi 2261	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)) → (𝐹‘𝑥) ∈ 2o)
36	35	ex 114	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴) → (𝐹‘𝑥) ∈ 2o))
37	24, 36	jaod 712	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝑥 ∈ (𝑋 ∩ 𝐴) ∨ 𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)) → (𝐹‘𝑥) ∈ 2o))
38	9, 37	syl5bi 151	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑥 ∈ ((𝑋 ∩ 𝐴) ∪ (𝑋 ∖ 𝐴)) → (𝐹‘𝑥) ∈ 2o))
39	38	imp 123	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ((𝑋 ∩ 𝐴) ∪ (𝑋 ∖ 𝐴))) → (𝐹‘𝑥) ∈ 2o)
40	4, 8, 39	resflem 5660	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐹 ↾ ((𝑋 ∩ 𝐴) ∪ (𝑋 ∖ 𝐴))):((𝑋 ∩ 𝐴) ∪ (𝑋 ∖ 𝐴))⟶2o)
41	21	ralrimiva 2543	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ (𝑋 ∩ 𝐴)(𝐹‘𝑥) = 1o)
42	33	ralrimiva 2543	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)(𝐹‘𝑥) = ∅)
43	41, 42	jca 304	. 2 ⊢ (𝜑 → (∀𝑥 ∈ (𝑋 ∩ 𝐴)(𝐹‘𝑥) = 1o ∧ ∀𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)(𝐹‘𝑥) = ∅))
44	4, 40, 43	jca31 307	1 ⊢ (𝜑 → ((𝐹:𝑋⟶𝒫 1o ∧ (𝐹 ↾ ((𝑋 ∩ 𝐴) ∪ (𝑋 ∖ 𝐴))):((𝑋 ∩ 𝐴) ∪ (𝑋 ∖ 𝐴))⟶2o) ∧ (∀𝑥 ∈ (𝑋 ∩ 𝐴)(𝐹‘𝑥) = 1o ∧ ∀𝑥 ∈ (𝑋 ∖ 𝐴)(𝐹‘𝑥) = ∅)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 103   ∨ wo 703   = wceq 1348   ∈ wcel 2141  ∀wral 2448   ∖ cdif 3118   ∪ cun 3119   ∩ cin 3120   ⊆ wss 3121  ∅c0 3414  ifcif 3526  𝒫 cpw 3566   ↦ cmpt 4050   ↾ cres 4613  ⟶wf 5194  ‘cfv 5198  1_oc1o 6388  2_oc2o 6389

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 609  ax-in2 610  ax-io 704  ax-5 1440  ax-7 1441  ax-gen 1442  ax-ie1 1486  ax-ie2 1487  ax-8 1497  ax-10 1498  ax-11 1499  ax-i12 1500  ax-bndl 1502  ax-4 1503  ax-17 1519  ax-i9 1523  ax-ial 1527  ax-i5r 1528  ax-13 2143  ax-14 2144  ax-ext 2152  ax-sep 4107  ax-nul 4115  ax-pow 4160  ax-pr 4194  ax-un 4418

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-3an 975  df-tru 1351  df-nf 1454  df-sb 1756  df-eu 2022  df-mo 2023  df-clab 2157  df-cleq 2163  df-clel 2166  df-nfc 2301  df-ral 2453  df-rex 2454  df-rab 2457  df-v 2732  df-sbc 2956  df-csb 3050  df-dif 3123  df-un 3125  df-in 3127  df-ss 3134  df-nul 3415  df-if 3527  df-pw 3568  df-sn 3589  df-pr 3590  df-op 3592  df-uni 3797  df-br 3990  df-opab 4051  df-mpt 4052  df-tr 4088  df-id 4278  df-iord 4351  df-on 4353  df-suc 4356  df-xp 4617  df-rel 4618  df-cnv 4619  df-co 4620  df-dm 4621  df-rn 4622  df-res 4623  df-ima 4624  df-iota 5160  df-fun 5200  df-fn 5201  df-f 5202  df-fv 5206  df-1o 6395  df-2o 6396

This theorem is referenced by:  bj-charfundcALT  13844