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Theorem findcard2 6538
Description: Schema for induction on the cardinality of a finite set. The inductive step shows that the result is true if one more element is added to the set. The result is then proven to be true for all finite sets. (Contributed by Jeff Madsen, 8-Jul-2010.)
Hypotheses
Ref Expression
findcard2.1 (𝑥 = ∅ → (𝜑𝜓))
findcard2.2 (𝑥 = 𝑦 → (𝜑𝜒))
findcard2.3 (𝑥 = (𝑦 ∪ {𝑧}) → (𝜑𝜃))
findcard2.4 (𝑥 = 𝐴 → (𝜑𝜏))
findcard2.5 𝜓
findcard2.6 (𝑦 ∈ Fin → (𝜒𝜃))
Assertion
Ref Expression
findcard2 (𝐴 ∈ Fin → 𝜏)
Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝑧,𝐴   𝜓,𝑥   𝜒,𝑥   𝜃,𝑥   𝜏,𝑥   𝜑,𝑦,𝑧
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥)   𝜓(𝑦,𝑧)   𝜒(𝑦,𝑧)   𝜃(𝑦,𝑧)   𝜏(𝑦,𝑧)

Proof of Theorem findcard2
Dummy variables 𝑤 𝑣 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 findcard2.4 . 2 (𝑥 = 𝐴 → (𝜑𝜏))
2 isfi 6411 . . 3 (𝑥 ∈ Fin ↔ ∃𝑤 ∈ ω 𝑥𝑤)
3 breq2 3818 . . . . . . . 8 (𝑤 = ∅ → (𝑥𝑤𝑥 ≈ ∅))
43imbi1d 229 . . . . . . 7 (𝑤 = ∅ → ((𝑥𝑤𝜑) ↔ (𝑥 ≈ ∅ → 𝜑)))
54albidv 1749 . . . . . 6 (𝑤 = ∅ → (∀𝑥(𝑥𝑤𝜑) ↔ ∀𝑥(𝑥 ≈ ∅ → 𝜑)))
6 breq2 3818 . . . . . . . 8 (𝑤 = 𝑣 → (𝑥𝑤𝑥𝑣))
76imbi1d 229 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝑣 → ((𝑥𝑤𝜑) ↔ (𝑥𝑣𝜑)))
87albidv 1749 . . . . . 6 (𝑤 = 𝑣 → (∀𝑥(𝑥𝑤𝜑) ↔ ∀𝑥(𝑥𝑣𝜑)))
9 breq2 3818 . . . . . . . 8 (𝑤 = suc 𝑣 → (𝑥𝑤𝑥 ≈ suc 𝑣))
109imbi1d 229 . . . . . . 7 (𝑤 = suc 𝑣 → ((𝑥𝑤𝜑) ↔ (𝑥 ≈ suc 𝑣𝜑)))
1110albidv 1749 . . . . . 6 (𝑤 = suc 𝑣 → (∀𝑥(𝑥𝑤𝜑) ↔ ∀𝑥(𝑥 ≈ suc 𝑣𝜑)))
12 en0 6445 . . . . . . . 8 (𝑥 ≈ ∅ ↔ 𝑥 = ∅)
13 findcard2.5 . . . . . . . . 9 𝜓
14 findcard2.1 . . . . . . . . 9 (𝑥 = ∅ → (𝜑𝜓))
1513, 14mpbiri 166 . . . . . . . 8 (𝑥 = ∅ → 𝜑)
1612, 15sylbi 119 . . . . . . 7 (𝑥 ≈ ∅ → 𝜑)
1716ax-gen 1381 . . . . . 6 𝑥(𝑥 ≈ ∅ → 𝜑)
18 peano3 4377 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑣 ∈ ω → suc 𝑣 ≠ ∅)
1918adantr 270 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑤 ≈ suc 𝑣) → suc 𝑣 ≠ ∅)
20 breq1 3817 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑤 = ∅ → (𝑤 ≈ suc 𝑣 ↔ ∅ ≈ suc 𝑣))
2120anbi2d 452 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑤 = ∅ → ((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑤 ≈ suc 𝑣) ↔ (𝑣 ∈ ω ∧ ∅ ≈ suc 𝑣)))
22 peano1 4375 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ∅ ∈ ω
23 peano2 4376 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑣 ∈ ω → suc 𝑣 ∈ ω)
24 nneneq 6506 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((∅ ∈ ω ∧ suc 𝑣 ∈ ω) → (∅ ≈ suc 𝑣 ↔ ∅ = suc 𝑣))
2522, 23, 24sylancr 405 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑣 ∈ ω → (∅ ≈ suc 𝑣 ↔ ∅ = suc 𝑣))
2625biimpa 290 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑣 ∈ ω ∧ ∅ ≈ suc 𝑣) → ∅ = suc 𝑣)
2726eqcomd 2090 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑣 ∈ ω ∧ ∅ ≈ suc 𝑣) → suc 𝑣 = ∅)
2821, 27syl6bi 161 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑤 = ∅ → ((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑤 ≈ suc 𝑣) → suc 𝑣 = ∅))
2928com12 30 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑤 ≈ suc 𝑣) → (𝑤 = ∅ → suc 𝑣 = ∅))
3029necon3d 2295 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑤 ≈ suc 𝑣) → (suc 𝑣 ≠ ∅ → 𝑤 ≠ ∅))
3119, 30mpd 13 . . . . . . . . . . 11 ((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑤 ≈ suc 𝑣) → 𝑤 ≠ ∅)
3231ex 113 . . . . . . . . . 10 (𝑣 ∈ ω → (𝑤 ≈ suc 𝑣𝑤 ≠ ∅))
33 nnfi 6521 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (suc 𝑣 ∈ ω → suc 𝑣 ∈ Fin)
3423, 33syl 14 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑣 ∈ ω → suc 𝑣 ∈ Fin)
3534adantr 270 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑤 ≈ suc 𝑣) → suc 𝑣 ∈ Fin)
36 enfi 6522 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑤 ≈ suc 𝑣 → (𝑤 ∈ Fin ↔ suc 𝑣 ∈ Fin))
3736adantl 271 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑤 ≈ suc 𝑣) → (𝑤 ∈ Fin ↔ suc 𝑣 ∈ Fin))
3835, 37mpbird 165 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑤 ≈ suc 𝑣) → 𝑤 ∈ Fin)
39 fin0 6534 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑤 ∈ Fin → (𝑤 ≠ ∅ ↔ ∃𝑧 𝑧𝑤))
4038, 39syl 14 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑤 ≈ suc 𝑣) → (𝑤 ≠ ∅ ↔ ∃𝑧 𝑧𝑤))
41 simpll 496 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑤 ≈ suc 𝑣) ∧ 𝑧𝑤) → 𝑣 ∈ ω)
42 dif1en 6528 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑤 ≈ suc 𝑣𝑧𝑤) → (𝑤 ∖ {𝑧}) ≈ 𝑣)
43423expa 1141 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑤 ≈ suc 𝑣) ∧ 𝑧𝑤) → (𝑤 ∖ {𝑧}) ≈ 𝑣)
44 fidifsnid 6520 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑤 ∈ Fin ∧ 𝑧𝑤) → ((𝑤 ∖ {𝑧}) ∪ {𝑧}) = 𝑤)
4538, 44sylan 277 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑤 ≈ suc 𝑣) ∧ 𝑧𝑤) → ((𝑤 ∖ {𝑧}) ∪ {𝑧}) = 𝑤)
46 vex 2617 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 𝑤 ∈ V
47 difexg 3948 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑤 ∈ V → (𝑤 ∖ {𝑧}) ∈ V)
4846, 47ax-mp 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑤 ∖ {𝑧}) ∈ V
49 breq1 3817 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑦 = (𝑤 ∖ {𝑧}) → (𝑦𝑣 ↔ (𝑤 ∖ {𝑧}) ≈ 𝑣))
5049anbi2d 452 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑦 = (𝑤 ∖ {𝑧}) → ((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑦𝑣) ↔ (𝑣 ∈ ω ∧ (𝑤 ∖ {𝑧}) ≈ 𝑣)))
51 uneq1 3133 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑦 = (𝑤 ∖ {𝑧}) → (𝑦 ∪ {𝑧}) = ((𝑤 ∖ {𝑧}) ∪ {𝑧}))
5251sbceq1d 2833 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑦 = (𝑤 ∖ {𝑧}) → ([(𝑦 ∪ {𝑧}) / 𝑥]𝜑[((𝑤 ∖ {𝑧}) ∪ {𝑧}) / 𝑥]𝜑))
5352imbi2d 228 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑦 = (𝑤 ∖ {𝑧}) → ((∀𝑥(𝑥𝑣𝜑) → [(𝑦 ∪ {𝑧}) / 𝑥]𝜑) ↔ (∀𝑥(𝑥𝑣𝜑) → [((𝑤 ∖ {𝑧}) ∪ {𝑧}) / 𝑥]𝜑)))
5450, 53imbi12d 232 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑦 = (𝑤 ∖ {𝑧}) → (((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑦𝑣) → (∀𝑥(𝑥𝑣𝜑) → [(𝑦 ∪ {𝑧}) / 𝑥]𝜑)) ↔ ((𝑣 ∈ ω ∧ (𝑤 ∖ {𝑧}) ≈ 𝑣) → (∀𝑥(𝑥𝑣𝜑) → [((𝑤 ∖ {𝑧}) ∪ {𝑧}) / 𝑥]𝜑))))
55 breq1 3817 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑥 = 𝑦 → (𝑥𝑣𝑦𝑣))
56 findcard2.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑥 = 𝑦 → (𝜑𝜒))
5755, 56imbi12d 232 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑥 = 𝑦 → ((𝑥𝑣𝜑) ↔ (𝑦𝑣𝜒)))
5857spv 1785 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (∀𝑥(𝑥𝑣𝜑) → (𝑦𝑣𝜒))
59 rspe 2420 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑦𝑣) → ∃𝑣 ∈ ω 𝑦𝑣)
60 isfi 6411 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑦 ∈ Fin ↔ ∃𝑣 ∈ ω 𝑦𝑣)
6159, 60sylibr 132 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑦𝑣) → 𝑦 ∈ Fin)
62 pm2.27 39 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑦𝑣 → ((𝑦𝑣𝜒) → 𝜒))
6362adantl 271 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑦𝑣) → ((𝑦𝑣𝜒) → 𝜒))
64 findcard2.6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑦 ∈ Fin → (𝜒𝜃))
6561, 63, 64sylsyld 57 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑦𝑣) → ((𝑦𝑣𝜒) → 𝜃))
6658, 65syl5 32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑦𝑣) → (∀𝑥(𝑥𝑣𝜑) → 𝜃))
67 vex 2617 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 𝑦 ∈ V
68 vex 2617 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 𝑧 ∈ V
6968snex 3987 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 {𝑧} ∈ V
7067, 69unex 4233 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑦 ∪ {𝑧}) ∈ V
71 findcard2.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑥 = (𝑦 ∪ {𝑧}) → (𝜑𝜃))
7270, 71sbcie 2861 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ([(𝑦 ∪ {𝑧}) / 𝑥]𝜑𝜃)
7366, 72syl6ibr 160 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑦𝑣) → (∀𝑥(𝑥𝑣𝜑) → [(𝑦 ∪ {𝑧}) / 𝑥]𝜑))
7448, 54, 73vtocl 2666 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑣 ∈ ω ∧ (𝑤 ∖ {𝑧}) ≈ 𝑣) → (∀𝑥(𝑥𝑣𝜑) → [((𝑤 ∖ {𝑧}) ∪ {𝑧}) / 𝑥]𝜑))
75 dfsbcq 2830 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝑤 ∖ {𝑧}) ∪ {𝑧}) = 𝑤 → ([((𝑤 ∖ {𝑧}) ∪ {𝑧}) / 𝑥]𝜑[𝑤 / 𝑥]𝜑))
7675imbi2d 228 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝑤 ∖ {𝑧}) ∪ {𝑧}) = 𝑤 → ((∀𝑥(𝑥𝑣𝜑) → [((𝑤 ∖ {𝑧}) ∪ {𝑧}) / 𝑥]𝜑) ↔ (∀𝑥(𝑥𝑣𝜑) → [𝑤 / 𝑥]𝜑)))
7774, 76syl5ib 152 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑤 ∖ {𝑧}) ∪ {𝑧}) = 𝑤 → ((𝑣 ∈ ω ∧ (𝑤 ∖ {𝑧}) ≈ 𝑣) → (∀𝑥(𝑥𝑣𝜑) → [𝑤 / 𝑥]𝜑)))
7845, 77syl 14 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑤 ≈ suc 𝑣) ∧ 𝑧𝑤) → ((𝑣 ∈ ω ∧ (𝑤 ∖ {𝑧}) ≈ 𝑣) → (∀𝑥(𝑥𝑣𝜑) → [𝑤 / 𝑥]𝜑)))
7941, 43, 78mp2and 424 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑤 ≈ suc 𝑣) ∧ 𝑧𝑤) → (∀𝑥(𝑥𝑣𝜑) → [𝑤 / 𝑥]𝜑))
8079ex 113 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑤 ≈ suc 𝑣) → (𝑧𝑤 → (∀𝑥(𝑥𝑣𝜑) → [𝑤 / 𝑥]𝜑)))
8180exlimdv 1744 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑤 ≈ suc 𝑣) → (∃𝑧 𝑧𝑤 → (∀𝑥(𝑥𝑣𝜑) → [𝑤 / 𝑥]𝜑)))
8240, 81sylbid 148 . . . . . . . . . . 11 ((𝑣 ∈ ω ∧ 𝑤 ≈ suc 𝑣) → (𝑤 ≠ ∅ → (∀𝑥(𝑥𝑣𝜑) → [𝑤 / 𝑥]𝜑)))
8382ex 113 . . . . . . . . . 10 (𝑣 ∈ ω → (𝑤 ≈ suc 𝑣 → (𝑤 ≠ ∅ → (∀𝑥(𝑥𝑣𝜑) → [𝑤 / 𝑥]𝜑))))
8432, 83mpdd 40 . . . . . . . . 9 (𝑣 ∈ ω → (𝑤 ≈ suc 𝑣 → (∀𝑥(𝑥𝑣𝜑) → [𝑤 / 𝑥]𝜑)))
8584com23 77 . . . . . . . 8 (𝑣 ∈ ω → (∀𝑥(𝑥𝑣𝜑) → (𝑤 ≈ suc 𝑣[𝑤 / 𝑥]𝜑)))
8685alrimdv 1801 . . . . . . 7 (𝑣 ∈ ω → (∀𝑥(𝑥𝑣𝜑) → ∀𝑤(𝑤 ≈ suc 𝑣[𝑤 / 𝑥]𝜑)))
87 nfv 1464 . . . . . . . 8 𝑤(𝑥 ≈ suc 𝑣𝜑)
88 nfv 1464 . . . . . . . . 9 𝑥 𝑤 ≈ suc 𝑣
89 nfsbc1v 2846 . . . . . . . . 9 𝑥[𝑤 / 𝑥]𝜑
9088, 89nfim 1507 . . . . . . . 8 𝑥(𝑤 ≈ suc 𝑣[𝑤 / 𝑥]𝜑)
91 breq1 3817 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑤 → (𝑥 ≈ suc 𝑣𝑤 ≈ suc 𝑣))
92 sbceq1a 2837 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑤 → (𝜑[𝑤 / 𝑥]𝜑))
9391, 92imbi12d 232 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑤 → ((𝑥 ≈ suc 𝑣𝜑) ↔ (𝑤 ≈ suc 𝑣[𝑤 / 𝑥]𝜑)))
9487, 90, 93cbval 1681 . . . . . . 7 (∀𝑥(𝑥 ≈ suc 𝑣𝜑) ↔ ∀𝑤(𝑤 ≈ suc 𝑣[𝑤 / 𝑥]𝜑))
9586, 94syl6ibr 160 . . . . . 6 (𝑣 ∈ ω → (∀𝑥(𝑥𝑣𝜑) → ∀𝑥(𝑥 ≈ suc 𝑣𝜑)))
965, 8, 11, 17, 95finds1 4383 . . . . 5 (𝑤 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑤𝜑))
979619.21bi 1493 . . . 4 (𝑤 ∈ ω → (𝑥𝑤𝜑))
9897rexlimiv 2479 . . 3 (∃𝑤 ∈ ω 𝑥𝑤𝜑)
992, 98sylbi 119 . 2 (𝑥 ∈ Fin → 𝜑)
1001, 99vtoclga 2677 1 (𝐴 ∈ Fin → 𝜏)
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:  wi 4  wa 102  wb 103  wal 1285   = wceq 1287  wex 1424  wcel 1436  wne 2251  wrex 2356  Vcvv 2614  [wsbc 2828  cdif 2983  cun 2984  c0 3272  {csn 3425   class class class wbr 3814  suc csuc 4159  ωcom 4371  cen 6388  Fincfn 6390
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 104  ax-ia2 105  ax-ia3 106  ax-in1 577  ax-in2 578  ax-io 663  ax-5 1379  ax-7 1380  ax-gen 1381  ax-ie1 1425  ax-ie2 1426  ax-8 1438  ax-10 1439  ax-11 1440  ax-i12 1441  ax-bndl 1442  ax-4 1443  ax-13 1447  ax-14 1448  ax-17 1462  ax-i9 1466  ax-ial 1470  ax-i5r 1471  ax-ext 2067  ax-coll 3922  ax-sep 3925  ax-nul 3933  ax-pow 3977  ax-pr 4003  ax-un 4227  ax-setind 4319  ax-iinf 4369
This theorem depends on definitions:  df-bi 115  df-dc 779  df-3or 923  df-3an 924  df-tru 1290  df-fal 1293  df-nf 1393  df-sb 1690  df-eu 1948  df-mo 1949  df-clab 2072  df-cleq 2078  df-clel 2081  df-nfc 2214  df-ne 2252  df-ral 2360  df-rex 2361  df-reu 2362  df-rab 2364  df-v 2616  df-sbc 2829  df-csb 2922  df-dif 2988  df-un 2990  df-in 2992  df-ss 2999  df-nul 3273  df-if 3377  df-pw 3411  df-sn 3431  df-pr 3432  df-op 3434  df-uni 3631  df-int 3666  df-iun 3709  df-br 3815  df-opab 3869  df-mpt 3870  df-tr 3905  df-id 4087  df-iord 4160  df-on 4162  df-suc 4165  df-iom 4372  df-xp 4410  df-rel 4411  df-cnv 4412  df-co 4413  df-dm 4414  df-rn 4415  df-res 4416  df-ima 4417  df-iota 4937  df-fun 4974  df-fn 4975  df-f 4976  df-f1 4977  df-fo 4978  df-f1o 4979  df-fv 4980  df-er 6225  df-en 6391  df-fin 6393
This theorem is referenced by:  finomni  6717  rexfiuz  10263  fimaxre2  10497
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