Theorem nninfct 12635

Description: The limited principle of omniscience (LPO) implies that ℕ_∞ is countable. (Contributed by Jim Kingdon, 8-Jul-2025.)

Assertion

Ref	Expression
nninfct	⊢ (ω ∈ Omni → ∃𝑓 𝑓:ω–onto→(ℕ∞ ⊔ 1o))

Proof of Theorem nninfct

Dummy variables 𝑔 ℎ 𝑖 𝑗 𝑘 𝑛 𝑥 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eqid 2230	. . . . 5 ⊢ frec((𝑥 ∈ ℤ ↦ (𝑥 + 1)), 0) = frec((𝑥 ∈ ℤ ↦ (𝑥 + 1)), 0)
2		eqid 2230	. . . . 5 ⊢ (𝑛 ∈ ω ↦ (𝑘 ∈ ω ↦ if(𝑘 ∈ 𝑛, 1o, ∅))) = (𝑛 ∈ ω ↦ (𝑘 ∈ ω ↦ if(𝑘 ∈ 𝑛, 1o, ∅)))
3		eqid 2230	. . . . 5 ⊢ (((𝑛 ∈ ω ↦ (𝑘 ∈ ω ↦ if(𝑘 ∈ 𝑛, 1o, ∅))) ∘ ◡frec((𝑥 ∈ ℤ ↦ (𝑥 + 1)), 0)) ∪ {⟨+∞, (ω × {1o})⟩}) = (((𝑛 ∈ ω ↦ (𝑘 ∈ ω ↦ if(𝑘 ∈ 𝑛, 1o, ∅))) ∘ ◡frec((𝑥 ∈ ℤ ↦ (𝑥 + 1)), 0)) ∪ {⟨+∞, (ω × {1o})⟩})
4	1, 2, 3	nninfctlemfo 12634	. . . 4 ⊢ (ω ∈ Omni → (((𝑛 ∈ ω ↦ (𝑘 ∈ ω ↦ if(𝑘 ∈ 𝑛, 1o, ∅))) ∘ ◡frec((𝑥 ∈ ℤ ↦ (𝑥 + 1)), 0)) ∪ {⟨+∞, (ω × {1o})⟩}):ℕ0*–onto→ℕ∞)
5		omex 4693	. . . . . . . 8 ⊢ ω ∈ V
6	5	mptex 5885	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ω ↦ (𝑘 ∈ ω ↦ if(𝑘 ∈ 𝑛, 1o, ∅))) ∈ V
7		frecex 6565	. . . . . . . 8 ⊢ frec((𝑥 ∈ ℤ ↦ (𝑥 + 1)), 0) ∈ V
8	7	cnvex 5277	. . . . . . 7 ⊢ ◡frec((𝑥 ∈ ℤ ↦ (𝑥 + 1)), 0) ∈ V
9	6, 8	coex 5284	. . . . . 6 ⊢ ((𝑛 ∈ ω ↦ (𝑘 ∈ ω ↦ if(𝑘 ∈ 𝑛, 1o, ∅))) ∘ ◡frec((𝑥 ∈ ℤ ↦ (𝑥 + 1)), 0)) ∈ V
10		pnfex 8238	. . . . . . . 8 ⊢ +∞ ∈ V
11		1oex 6595	. . . . . . . . . 10 ⊢ 1o ∈ V
12	11	snex 4277	. . . . . . . . 9 ⊢ {1o} ∈ V
13	5, 12	xpex 4844	. . . . . . . 8 ⊢ (ω × {1o}) ∈ V
14	10, 13	opex 4323	. . . . . . 7 ⊢ ⟨+∞, (ω × {1o})⟩ ∈ V
15	14	snex 4277	. . . . . 6 ⊢ {⟨+∞, (ω × {1o})⟩} ∈ V
16	9, 15	unex 4540	. . . . 5 ⊢ (((𝑛 ∈ ω ↦ (𝑘 ∈ ω ↦ if(𝑘 ∈ 𝑛, 1o, ∅))) ∘ ◡frec((𝑥 ∈ ℤ ↦ (𝑥 + 1)), 0)) ∪ {⟨+∞, (ω × {1o})⟩}) ∈ V
17		foeq1 5558	. . . . 5 ⊢ (𝑓 = (((𝑛 ∈ ω ↦ (𝑘 ∈ ω ↦ if(𝑘 ∈ 𝑛, 1o, ∅))) ∘ ◡frec((𝑥 ∈ ℤ ↦ (𝑥 + 1)), 0)) ∪ {⟨+∞, (ω × {1o})⟩}) → (𝑓:ℕ0*–onto→ℕ∞ ↔ (((𝑛 ∈ ω ↦ (𝑘 ∈ ω ↦ if(𝑘 ∈ 𝑛, 1o, ∅))) ∘ ◡frec((𝑥 ∈ ℤ ↦ (𝑥 + 1)), 0)) ∪ {⟨+∞, (ω × {1o})⟩}):ℕ0*–onto→ℕ∞))
18	16, 17	spcev 2900	. . . 4 ⊢ ((((𝑛 ∈ ω ↦ (𝑘 ∈ ω ↦ if(𝑘 ∈ 𝑛, 1o, ∅))) ∘ ◡frec((𝑥 ∈ ℤ ↦ (𝑥 + 1)), 0)) ∪ {⟨+∞, (ω × {1o})⟩}):ℕ0*–onto→ℕ∞ → ∃𝑓 𝑓:ℕ0*–onto→ℕ∞)
19		xnn0nnen 10705	. . . . . . . . 9 ⊢ ℕ0* ≈ ℕ
20		nnenom 10702	. . . . . . . . 9 ⊢ ℕ ≈ ω
21	19, 20	entr2i 6966	. . . . . . . 8 ⊢ ω ≈ ℕ0*
22		bren 6922	. . . . . . . 8 ⊢ (ω ≈ ℕ0* ↔ ∃𝑔 𝑔:ω–1-1-onto→ℕ0*)
23	21, 22	mpbi 145	. . . . . . 7 ⊢ ∃𝑔 𝑔:ω–1-1-onto→ℕ0*
24		f1ofo 5593	. . . . . . 7 ⊢ (𝑔:ω–1-1-onto→ℕ0* → 𝑔:ω–onto→ℕ0*)
25	23, 24	eximii 1650	. . . . . 6 ⊢ ∃𝑔 𝑔:ω–onto→ℕ0*
26		foco 5573	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑓:ℕ0*–onto→ℕ∞ ∧ 𝑔:ω–onto→ℕ0*) → (𝑓 ∘ 𝑔):ω–onto→ℕ∞)
27		vex 2804	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 𝑓 ∈ V
28		vex 2804	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 𝑔 ∈ V
29	27, 28	coex 5284	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑓 ∘ 𝑔) ∈ V
30		foeq1 5558	. . . . . . . . . 10 ⊢ (ℎ = (𝑓 ∘ 𝑔) → (ℎ:ω–onto→ℕ∞ ↔ (𝑓 ∘ 𝑔):ω–onto→ℕ∞))
31	29, 30	spcev 2900	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑓 ∘ 𝑔):ω–onto→ℕ∞ → ∃ℎ ℎ:ω–onto→ℕ∞)
32	26, 31	syl 14	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑓:ℕ0*–onto→ℕ∞ ∧ 𝑔:ω–onto→ℕ0*) → ∃ℎ ℎ:ω–onto→ℕ∞)
33	32	expcom 116	. . . . . . 7 ⊢ (𝑔:ω–onto→ℕ0* → (𝑓:ℕ0*–onto→ℕ∞ → ∃ℎ ℎ:ω–onto→ℕ∞))
34	33	exlimiv 1646	. . . . . 6 ⊢ (∃𝑔 𝑔:ω–onto→ℕ0* → (𝑓:ℕ0*–onto→ℕ∞ → ∃ℎ ℎ:ω–onto→ℕ∞))
35	25, 34	ax-mp 5	. . . . 5 ⊢ (𝑓:ℕ0*–onto→ℕ∞ → ∃ℎ ℎ:ω–onto→ℕ∞)
36	35	exlimiv 1646	. . . 4 ⊢ (∃𝑓 𝑓:ℕ0*–onto→ℕ∞ → ∃ℎ ℎ:ω–onto→ℕ∞)
37	4, 18, 36	3syl 17	. . 3 ⊢ (ω ∈ Omni → ∃ℎ ℎ:ω–onto→ℕ∞)
38		foeq1 5558	. . . 4 ⊢ (ℎ = 𝑓 → (ℎ:ω–onto→ℕ∞ ↔ 𝑓:ω–onto→ℕ∞))
39	38	cbvexv 1966	. . 3 ⊢ (∃ℎ ℎ:ω–onto→ℕ∞ ↔ ∃𝑓 𝑓:ω–onto→ℕ∞)
40	37, 39	sylib 122	. 2 ⊢ (ω ∈ Omni → ∃𝑓 𝑓:ω–onto→ℕ∞)
41		infnninf 7328	. . . 4 ⊢ (𝑖 ∈ ω ↦ 1o) ∈ ℕ∞
42		elex2 2818	. . . 4 ⊢ ((𝑖 ∈ ω ↦ 1o) ∈ ℕ∞ → ∃𝑗 𝑗 ∈ ℕ∞)
43	41, 42	ax-mp 5	. . 3 ⊢ ∃𝑗 𝑗 ∈ ℕ∞
44		ctm 7313	. . 3 ⊢ (∃𝑗 𝑗 ∈ ℕ∞ → (∃𝑓 𝑓:ω–onto→(ℕ∞ ⊔ 1o) ↔ ∃𝑓 𝑓:ω–onto→ℕ∞))
45	43, 44	ax-mp 5	. 2 ⊢ (∃𝑓 𝑓:ω–onto→(ℕ∞ ⊔ 1o) ↔ ∃𝑓 𝑓:ω–onto→ℕ∞)
46	40, 45	sylibr 134	1 ⊢ (ω ∈ Omni → ∃𝑓 𝑓:ω–onto→(ℕ∞ ⊔ 1o))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   ↔ wb 105  ∃wex 1540   ∈ wcel 2201   ∪ cun 3197  ∅c0 3493  ifcif 3604  {csn 3670  ⟨cop 3673   class class class wbr 4089   ↦ cmpt 4151  ωcom 4690   × cxp 4725  ^◡ccnv 4726   ∘ ccom 4731  –onto→wfo 5326  –1-1-onto→wf1o 5327  (class class class)co 6023  freccfrec 6561  1_oc1o 6580   ≈ cen 6912   ⊔ cdju 7241  ℕ_∞xnninf 7323  Omnicomni 7338  0cc0 8037  1c1 8038   + caddc 8040  +∞cpnf 8216  ℕcn 9148  ℕ₀^*cxnn0 9470  ℤcz 9484

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 619  ax-in2 620  ax-io 716  ax-5 1495  ax-7 1496  ax-gen 1497  ax-ie1 1541  ax-ie2 1542  ax-8 1552  ax-10 1553  ax-11 1554  ax-i12 1555  ax-bndl 1557  ax-4 1558  ax-17 1574  ax-i9 1578  ax-ial 1582  ax-i5r 1583  ax-13 2203  ax-14 2204  ax-ext 2212  ax-coll 4205  ax-sep 4208  ax-nul 4216  ax-pow 4266  ax-pr 4301  ax-un 4532  ax-setind 4637  ax-iinf 4688  ax-cnex 8128  ax-resscn 8129  ax-1cn 8130  ax-1re 8131  ax-icn 8132  ax-addcl 8133  ax-addrcl 8134  ax-mulcl 8135  ax-addcom 8137  ax-addass 8139  ax-distr 8141  ax-i2m1 8142  ax-0lt1 8143  ax-0id 8145  ax-rnegex 8146  ax-cnre 8148  ax-pre-ltirr 8149  ax-pre-ltwlin 8150  ax-pre-lttrn 8151  ax-pre-apti 8152  ax-pre-ltadd 8153

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 842  df-3or 1005  df-3an 1006  df-tru 1400  df-fal 1403  df-nf 1509  df-sb 1810  df-eu 2081  df-mo 2082  df-clab 2217  df-cleq 2223  df-clel 2226  df-nfc 2362  df-ne 2402  df-nel 2497  df-ral 2514  df-rex 2515  df-reu 2516  df-rmo 2517  df-rab 2518  df-v 2803  df-sbc 3031  df-csb 3127  df-dif 3201  df-un 3203  df-in 3205  df-ss 3212  df-nul 3494  df-if 3605  df-pw 3655  df-sn 3676  df-pr 3677  df-op 3679  df-uni 3895  df-int 3930  df-iun 3973  df-br 4090  df-opab 4152  df-mpt 4153  df-tr 4189  df-id 4392  df-po 4395  df-iso 4396  df-iord 4465  df-on 4467  df-ilim 4468  df-suc 4470  df-iom 4691  df-xp 4733  df-rel 4734  df-cnv 4735  df-co 4736  df-dm 4737  df-rn 4738  df-res 4739  df-ima 4740  df-iota 5288  df-fun 5330  df-fn 5331  df-f 5332  df-f1 5333  df-fo 5334  df-f1o 5335  df-fv 5336  df-isom 5337  df-riota 5976  df-ov 6026  df-oprab 6027  df-mpo 6028  df-1st 6308  df-2nd 6309  df-recs 6476  df-frec 6562  df-1o 6587  df-2o 6588  df-er 6707  df-map 6824  df-en 6915  df-sup 7188  df-inf 7189  df-dju 7242  df-inl 7251  df-inr 7252  df-case 7288  df-nninf 7324  df-omni 7339  df-pnf 8221  df-mnf 8222  df-xr 8223  df-ltxr 8224  df-le 8225  df-sub 8357  df-neg 8358  df-inn 9149  df-n0 9408  df-xnn0 9471  df-z 9485  df-uz 9761  df-fz 10249  df-fzo 10383

This theorem is referenced by:  nnnninfen  16686