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Theorem nninfisol 7331
Description: Finite elements of are isolated. That is, given a natural number and any element of , it is decidable whether the natural number (when converted to an element of ) is equal to the given element of . Stated in an online post by Martin Escardo. One way to understand this theorem is that you do not need to look at an unbounded number of elements of the sequence 𝑋 to decide whether it is equal to 𝑁 (in fact, you only need to look at two elements and 𝑁 tells you where to look).

By contrast, the point at infinity being isolated is equivalent to the Weak Limited Principle of Omniscience (WLPO) (nninfinfwlpo 7378). (Contributed by BJ and Jim Kingdon, 12-Sep-2024.)

Assertion
Ref Expression
nninfisol ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
Distinct variable groups:   𝑖,𝑁   𝑖,𝑋

Proof of Theorem nninfisol
StepHypRef Expression
1 simpllr 536 . . . 4 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ 𝑁 = ∅) → 𝑋 ∈ ℕ)
2 simplr 529 . . . 4 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ 𝑁 = ∅) → (𝑋𝑁) = ∅)
3 simplll 535 . . . 4 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ 𝑁 = ∅) → 𝑁 ∈ ω)
4 simpr 110 . . . 4 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ 𝑁 = ∅) → 𝑁 = ∅)
51, 2, 3, 4nninfisollem0 7328 . . 3 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ 𝑁 = ∅) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
6 simp-4r 544 . . . . 5 (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋 𝑁) = ∅) → 𝑋 ∈ ℕ)
7 simpllr 536 . . . . 5 (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋 𝑁) = ∅) → (𝑋𝑁) = ∅)
8 simp-4l 543 . . . . 5 (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋 𝑁) = ∅) → 𝑁 ∈ ω)
9 simpr 110 . . . . . . 7 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) → ¬ 𝑁 = ∅)
109neqned 2409 . . . . . 6 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) → 𝑁 ≠ ∅)
1110adantr 276 . . . . 5 (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋 𝑁) = ∅) → 𝑁 ≠ ∅)
12 simpr 110 . . . . 5 (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋 𝑁) = ∅) → (𝑋 𝑁) = ∅)
136, 7, 8, 11, 12nninfisollemne 7329 . . . 4 (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋 𝑁) = ∅) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
14 simp-4r 544 . . . . 5 (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋 𝑁) = 1o) → 𝑋 ∈ ℕ)
15 simpllr 536 . . . . 5 (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋 𝑁) = 1o) → (𝑋𝑁) = ∅)
16 simp-4l 543 . . . . 5 (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋 𝑁) = 1o) → 𝑁 ∈ ω)
1710adantr 276 . . . . 5 (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋 𝑁) = 1o) → 𝑁 ≠ ∅)
18 simpr 110 . . . . 5 (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋 𝑁) = 1o) → (𝑋 𝑁) = 1o)
1914, 15, 16, 17, 18nninfisollemeq 7330 . . . 4 (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋 𝑁) = 1o) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
20 nninff 7320 . . . . . . . . 9 (𝑋 ∈ ℕ𝑋:ω⟶2o)
2120adantl 277 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → 𝑋:ω⟶2o)
22 nnpredcl 4721 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ω → 𝑁 ∈ ω)
2322adantr 276 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → 𝑁 ∈ ω)
2421, 23ffvelcdmd 5783 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → (𝑋 𝑁) ∈ 2o)
25 df2o3 6596 . . . . . . 7 2o = {∅, 1o}
2624, 25eleqtrdi 2324 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → (𝑋 𝑁) ∈ {∅, 1o})
27 elpri 3692 . . . . . 6 ((𝑋 𝑁) ∈ {∅, 1o} → ((𝑋 𝑁) = ∅ ∨ (𝑋 𝑁) = 1o))
2826, 27syl 14 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → ((𝑋 𝑁) = ∅ ∨ (𝑋 𝑁) = 1o))
2928ad2antrr 488 . . . 4 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) → ((𝑋 𝑁) = ∅ ∨ (𝑋 𝑁) = 1o))
3013, 19, 29mpjaodan 805 . . 3 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
31 nndceq0 4716 . . . . 5 (𝑁 ∈ ω → DECID 𝑁 = ∅)
32 exmiddc 843 . . . . 5 (DECID 𝑁 = ∅ → (𝑁 = ∅ ∨ ¬ 𝑁 = ∅))
3331, 32syl 14 . . . 4 (𝑁 ∈ ω → (𝑁 = ∅ ∨ ¬ 𝑁 = ∅))
3433ad2antrr 488 . . 3 (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) → (𝑁 = ∅ ∨ ¬ 𝑁 = ∅))
355, 30, 34mpjaodan 805 . 2 (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
36 1n0 6599 . . . . . 6 1o ≠ ∅
3736neii 2404 . . . . 5 ¬ 1o = ∅
38 simpr 110 . . . . . . . 8 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = 1o) ∧ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋) → (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
3938fveq1d 5641 . . . . . . 7 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = 1o) ∧ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘𝑁) = (𝑋𝑁))
40 eqid 2231 . . . . . . . . . 10 (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))
41 eleq1 2294 . . . . . . . . . . 11 (𝑖 = 𝑁 → (𝑖𝑁𝑁𝑁))
4241ifbid 3627 . . . . . . . . . 10 (𝑖 = 𝑁 → if(𝑖𝑁, 1o, ∅) = if(𝑁𝑁, 1o, ∅))
43 id 19 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ω → 𝑁 ∈ ω)
44 nnord 4710 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 ∈ ω → Ord 𝑁)
45 ordirr 4640 . . . . . . . . . . . . 13 (Ord 𝑁 → ¬ 𝑁𝑁)
4644, 45syl 14 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ω → ¬ 𝑁𝑁)
4746iffalsed 3615 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ω → if(𝑁𝑁, 1o, ∅) = ∅)
48 peano1 4692 . . . . . . . . . . 11 ∅ ∈ ω
4947, 48eqeltrdi 2322 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ω → if(𝑁𝑁, 1o, ∅) ∈ ω)
5040, 42, 43, 49fvmptd3 5740 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ω → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘𝑁) = if(𝑁𝑁, 1o, ∅))
5150, 47eqtrd 2264 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ω → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘𝑁) = ∅)
5251ad3antrrr 492 . . . . . . 7 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = 1o) ∧ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘𝑁) = ∅)
53 simplr 529 . . . . . . 7 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = 1o) ∧ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋) → (𝑋𝑁) = 1o)
5439, 52, 533eqtr3rd 2273 . . . . . 6 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = 1o) ∧ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋) → 1o = ∅)
5554ex 115 . . . . 5 (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = 1o) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋 → 1o = ∅))
5637, 55mtoi 670 . . . 4 (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = 1o) → ¬ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
5756olcd 741 . . 3 (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = 1o) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋 ∨ ¬ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋))
58 df-dc 842 . . 3 (DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋 ↔ ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋 ∨ ¬ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋))
5957, 58sylibr 134 . 2 (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = 1o) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
60 simpl 109 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → 𝑁 ∈ ω)
6121, 60ffvelcdmd 5783 . . . 4 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → (𝑋𝑁) ∈ 2o)
6261, 25eleqtrdi 2324 . . 3 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → (𝑋𝑁) ∈ {∅, 1o})
63 elpri 3692 . . 3 ((𝑋𝑁) ∈ {∅, 1o} → ((𝑋𝑁) = ∅ ∨ (𝑋𝑁) = 1o))
6462, 63syl 14 . 2 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → ((𝑋𝑁) = ∅ ∨ (𝑋𝑁) = 1o))
6535, 59, 64mpjaodan 805 1 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wa 104  wo 715  DECID wdc 841   = wceq 1397  wcel 2202  wne 2402  c0 3494  ifcif 3605  {cpr 3670   cuni 3893  cmpt 4150  Ord word 4459  ωcom 4688  wf 5322  cfv 5326  1oc1o 6574  2oc2o 6575  xnninf 7317
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 2204  ax-14 2205  ax-ext 2213  ax-sep 4207  ax-nul 4215  ax-pow 4264  ax-pr 4299  ax-un 4530  ax-setind 4635  ax-iinf 4686
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 1811  df-eu 2082  df-mo 2083  df-clab 2218  df-cleq 2224  df-clel 2227  df-nfc 2363  df-ne 2403  df-ral 2515  df-rex 2516  df-rab 2519  df-v 2804  df-sbc 3032  df-csb 3128  df-dif 3202  df-un 3204  df-in 3206  df-ss 3213  df-nul 3495  df-if 3606  df-pw 3654  df-sn 3675  df-pr 3676  df-op 3678  df-uni 3894  df-int 3929  df-br 4089  df-opab 4151  df-mpt 4152  df-tr 4188  df-id 4390  df-iord 4463  df-on 4465  df-suc 4468  df-iom 4689  df-xp 4731  df-rel 4732  df-cnv 4733  df-co 4734  df-dm 4735  df-rn 4736  df-iota 5286  df-fun 5328  df-fn 5329  df-f 5330  df-fv 5334  df-ov 6020  df-oprab 6021  df-mpo 6022  df-1o 6581  df-2o 6582  df-map 6818  df-nninf 7318
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