Theorem dcapnconst 15705

Description: Decidability of real number apartness implies the existence of a certain non-constant function from real numbers to integers. Variation of Exercise 11.6(i) of [HoTT], p. (varies). See trilpo 15687 for more discussion of decidability of real number apartness.

This is a weaker form of dceqnconst 15704 and in fact this theorem can be proved using dceqnconst 15704 as shown at dcapnconstALT 15706. (Contributed by BJ and Jim Kingdon, 24-Jun-2024.)

Assertion

Ref	Expression
dcapnconst	⊢ (∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 → ∃𝑓(𝑓:ℝ⟶ℤ ∧ (𝑓‘0) = 0 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+ (𝑓‘𝑥) ≠ 0))

Distinct variable group:   𝑥,𝑓

Proof of Theorem dcapnconst

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		reex 8013	. . . 4 ⊢ ℝ ∈ V
2	1	mptex 5788	. . 3 ⊢ (𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0)) ∈ V
3	2	a1i 9	. 2 ⊢ (∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 → (𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0)) ∈ V)
4		1zzd 9353	. . . . 5 ⊢ ((∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → 1 ∈ ℤ)
5		0zd 9338	. . . . 5 ⊢ ((∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → 0 ∈ ℤ)
6		breq1 4036	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → (𝑥 # 0 ↔ 𝑦 # 0))
7	6	dcbid 839	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → (DECID 𝑥 # 0 ↔ DECID 𝑦 # 0))
8	7	rspccva 2867	. . . . 5 ⊢ ((∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → DECID 𝑦 # 0)
9	4, 5, 8	ifcldcd 3597	. . . 4 ⊢ ((∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → if(𝑦 # 0, 1, 0) ∈ ℤ)
10	9	fmpttd 5717	. . 3 ⊢ (∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 → (𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0)):ℝ⟶ℤ)
11		0re 8026	. . . . . 6 ⊢ 0 ∈ ℝ
12		1zzd 9353	. . . . . . . 8 ⊢ (⊤ → 1 ∈ ℤ)
13		0zd 9338	. . . . . . . 8 ⊢ (⊤ → 0 ∈ ℤ)
14		0cn 8018	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 0 ∈ ℂ
15		apirr 8632	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (0 ∈ ℂ → ¬ 0 # 0)
16	14, 15	ax-mp 5	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ¬ 0 # 0
17	16	olci 733	. . . . . . . . . 10 ⊢ (0 # 0 ∨ ¬ 0 # 0)
18		df-dc 836	. . . . . . . . . 10 ⊢ (DECID 0 # 0 ↔ (0 # 0 ∨ ¬ 0 # 0))
19	17, 18	mpbir 146	. . . . . . . . 9 ⊢ DECID 0 # 0
20	19	a1i 9	. . . . . . . 8 ⊢ (⊤ → DECID 0 # 0)
21	12, 13, 20	ifcldcd 3597	. . . . . . 7 ⊢ (⊤ → if(0 # 0, 1, 0) ∈ ℤ)
22	21	mptru 1373	. . . . . 6 ⊢ if(0 # 0, 1, 0) ∈ ℤ
23		breq1 4036	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑦 = 0 → (𝑦 # 0 ↔ 0 # 0))
24	23	ifbid 3582	. . . . . . 7 ⊢ (𝑦 = 0 → if(𝑦 # 0, 1, 0) = if(0 # 0, 1, 0))
25		eqid 2196	. . . . . . 7 ⊢ (𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0)) = (𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))
26	24, 25	fvmptg 5637	. . . . . 6 ⊢ ((0 ∈ ℝ ∧ if(0 # 0, 1, 0) ∈ ℤ) → ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘0) = if(0 # 0, 1, 0))
27	11, 22, 26	mp2an 426	. . . . 5 ⊢ ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘0) = if(0 # 0, 1, 0)
28	16	iffalsei 3570	. . . . 5 ⊢ if(0 # 0, 1, 0) = 0
29	27, 28	eqtri 2217	. . . 4 ⊢ ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘0) = 0
30	29	a1i 9	. . 3 ⊢ (∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 → ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘0) = 0)
31		1ne0 9058	. . . . . 6 ⊢ 1 ≠ 0
32		breq1 4036	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑦 = 𝑧 → (𝑦 # 0 ↔ 𝑧 # 0))
33	32	ifbid 3582	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑦 = 𝑧 → if(𝑦 # 0, 1, 0) = if(𝑧 # 0, 1, 0))
34		rpre 9735	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 ∈ ℝ+ → 𝑧 ∈ ℝ)
35	34	adantl 277	. . . . . . . . 9 ⊢ ((∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → 𝑧 ∈ ℝ)
36		1zzd 9353	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → 1 ∈ ℤ)
37		0zd 9338	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → 0 ∈ ℤ)
38		breq1 4036	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑥 = 𝑧 → (𝑥 # 0 ↔ 𝑧 # 0))
39	38	dcbid 839	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 = 𝑧 → (DECID 𝑥 # 0 ↔ DECID 𝑧 # 0))
40		simpl 109	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → ∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0)
41	39, 40, 35	rspcdva 2873	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → DECID 𝑧 # 0)
42	36, 37, 41	ifcldcd 3597	. . . . . . . . 9 ⊢ ((∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → if(𝑧 # 0, 1, 0) ∈ ℤ)
43	25, 33, 35, 42	fvmptd3 5655	. . . . . . . 8 ⊢ ((∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘𝑧) = if(𝑧 # 0, 1, 0))
44		rpap0 9745	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 ∈ ℝ+ → 𝑧 # 0)
45	44	iftrued 3568	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 ∈ ℝ+ → if(𝑧 # 0, 1, 0) = 1)
46	45	adantl 277	. . . . . . . 8 ⊢ ((∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → if(𝑧 # 0, 1, 0) = 1)
47	43, 46	eqtrd 2229	. . . . . . 7 ⊢ ((∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘𝑧) = 1)
48	47	neeq1d 2385	. . . . . 6 ⊢ ((∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → (((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘𝑧) ≠ 0 ↔ 1 ≠ 0))
49	31, 48	mpbiri 168	. . . . 5 ⊢ ((∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘𝑧) ≠ 0)
50	49	ralrimiva 2570	. . . 4 ⊢ (∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 → ∀𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘𝑧) ≠ 0)
51		fveq2 5558	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 = 𝑥 → ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘𝑧) = ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘𝑥))
52	51	neeq1d 2385	. . . . 5 ⊢ (𝑧 = 𝑥 → (((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘𝑧) ≠ 0 ↔ ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘𝑥) ≠ 0))
53	52	cbvralv 2729	. . . 4 ⊢ (∀𝑧 ∈ ℝ+ ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘𝑧) ≠ 0 ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘𝑥) ≠ 0)
54	50, 53	sylib 122	. . 3 ⊢ (∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 → ∀𝑥 ∈ ℝ+ ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘𝑥) ≠ 0)
55	10, 30, 54	3jca 1179	. 2 ⊢ (∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 → ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0)):ℝ⟶ℤ ∧ ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘0) = 0 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘𝑥) ≠ 0))
56		feq1 5390	. . 3 ⊢ (𝑓 = (𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0)) → (𝑓:ℝ⟶ℤ ↔ (𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0)):ℝ⟶ℤ))
57		fveq1 5557	. . . 4 ⊢ (𝑓 = (𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0)) → (𝑓‘0) = ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘0))
58	57	eqeq1d 2205	. . 3 ⊢ (𝑓 = (𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0)) → ((𝑓‘0) = 0 ↔ ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘0) = 0))
59		fveq1 5557	. . . . 5 ⊢ (𝑓 = (𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0)) → (𝑓‘𝑥) = ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘𝑥))
60	59	neeq1d 2385	. . . 4 ⊢ (𝑓 = (𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0)) → ((𝑓‘𝑥) ≠ 0 ↔ ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘𝑥) ≠ 0))
61	60	ralbidv 2497	. . 3 ⊢ (𝑓 = (𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0)) → (∀𝑥 ∈ ℝ+ (𝑓‘𝑥) ≠ 0 ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘𝑥) ≠ 0))
62	56, 58, 61	3anbi123d 1323	. 2 ⊢ (𝑓 = (𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0)) → ((𝑓:ℝ⟶ℤ ∧ (𝑓‘0) = 0 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+ (𝑓‘𝑥) ≠ 0) ↔ ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0)):ℝ⟶ℤ ∧ ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘0) = 0 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ((𝑦 ∈ ℝ ↦ if(𝑦 # 0, 1, 0))‘𝑥) ≠ 0)))
63	3, 55, 62	elabd 2909	1 ⊢ (∀𝑥 ∈ ℝ DECID 𝑥 # 0 → ∃𝑓(𝑓:ℝ⟶ℤ ∧ (𝑓‘0) = 0 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ+ (𝑓‘𝑥) ≠ 0))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 104   ∨ wo 709  DECID wdc 835   ∧ w3a 980   = wceq 1364  ⊤wtru 1365  ∃wex 1506   ∈ wcel 2167   ≠ wne 2367  ∀wral 2475  Vcvv 2763  ifcif 3561   class class class wbr 4033   ↦ cmpt 4094  ⟶wf 5254  ‘cfv 5258  ℂcc 7877  ℝcr 7878  0cc0 7879  1c1 7880   # cap 8608  ℤcz 9326  ℝ⁺crp 9728

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 615  ax-in2 616  ax-io 710  ax-5 1461  ax-7 1462  ax-gen 1463  ax-ie1 1507  ax-ie2 1508  ax-8 1518  ax-10 1519  ax-11 1520  ax-i12 1521  ax-bndl 1523  ax-4 1524  ax-17 1540  ax-i9 1544  ax-ial 1548  ax-i5r 1549  ax-13 2169  ax-14 2170  ax-ext 2178  ax-coll 4148  ax-sep 4151  ax-pow 4207  ax-pr 4242  ax-un 4468  ax-setind 4573  ax-cnex 7970  ax-resscn 7971  ax-1cn 7972  ax-1re 7973  ax-icn 7974  ax-addcl 7975  ax-addrcl 7976  ax-mulcl 7977  ax-mulrcl 7978  ax-addcom 7979  ax-mulcom 7980  ax-addass 7981  ax-mulass 7982  ax-distr 7983  ax-i2m1 7984  ax-0lt1 7985  ax-1rid 7986  ax-0id 7987  ax-rnegex 7988  ax-precex 7989  ax-cnre 7990  ax-pre-ltirr 7991  ax-pre-ltwlin 7992  ax-pre-lttrn 7993  ax-pre-apti 7994  ax-pre-ltadd 7995  ax-pre-mulgt0 7996

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 836  df-3or 981  df-3an 982  df-tru 1367  df-fal 1370  df-nf 1475  df-sb 1777  df-eu 2048  df-mo 2049  df-clab 2183  df-cleq 2189  df-clel 2192  df-nfc 2328  df-ne 2368  df-nel 2463  df-ral 2480  df-rex 2481  df-reu 2482  df-rab 2484  df-v 2765  df-sbc 2990  df-csb 3085  df-dif 3159  df-un 3161  df-in 3163  df-ss 3170  df-if 3562  df-pw 3607  df-sn 3628  df-pr 3629  df-op 3631  df-uni 3840  df-int 3875  df-iun 3918  df-br 4034  df-opab 4095  df-mpt 4096  df-id 4328  df-xp 4669  df-rel 4670  df-cnv 4671  df-co 4672  df-dm 4673  df-rn 4674  df-res 4675  df-ima 4676  df-iota 5219  df-fun 5260  df-fn 5261  df-f 5262  df-f1 5263  df-fo 5264  df-f1o 5265  df-fv 5266  df-riota 5877  df-ov 5925  df-oprab 5926  df-mpo 5927  df-pnf 8063  df-mnf 8064  df-xr 8065  df-ltxr 8066  df-le 8067  df-sub 8199  df-neg 8200  df-reap 8602  df-ap 8609  df-inn 8991  df-z 9327  df-rp 9729

This theorem is referenced by: (None)