Theorem nninfisol 7125

Description: Finite elements of ℕ_∞ are isolated. That is, given a natural number and any element of ℕ_∞, it is decidable whether the natural number (when converted to an element of ℕ_∞) is equal to the given element of ℕ_∞. 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). (Contributed by BJ and Jim Kingdon, 12-Sep-2024.)

Assertion

Ref	Expression
nninfisol	⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)

Distinct variable groups:   𝑖,𝑁   𝑖,𝑋

Proof of Theorem nninfisol

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simpllr 534	. . . 4 ⊢ ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) ∧ 𝑁 = ∅) → 𝑋 ∈ ℕ∞)
2		simplr 528	. . . 4 ⊢ ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) ∧ 𝑁 = ∅) → (𝑋‘𝑁) = ∅)
3		simplll 533	. . . 4 ⊢ ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) ∧ 𝑁 = ∅) → 𝑁 ∈ ω)
4		simpr 110	. . . 4 ⊢ ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) ∧ 𝑁 = ∅) → 𝑁 = ∅)
5	1, 2, 3, 4	nninfisollem0 7122	. . 3 ⊢ ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) ∧ 𝑁 = ∅) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
6		simp-4r 542	. . . . 5 ⊢ (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋‘∪ 𝑁) = ∅) → 𝑋 ∈ ℕ∞)
7		simpllr 534	. . . . 5 ⊢ (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋‘∪ 𝑁) = ∅) → (𝑋‘𝑁) = ∅)
8		simp-4l 541	. . . . 5 ⊢ (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋‘∪ 𝑁) = ∅) → 𝑁 ∈ ω)
9		simpr 110	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) → ¬ 𝑁 = ∅)
10	9	neqned 2354	. . . . . 6 ⊢ ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) → 𝑁 ≠ ∅)
11	10	adantr 276	. . . . 5 ⊢ (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋‘∪ 𝑁) = ∅) → 𝑁 ≠ ∅)
12		simpr 110	. . . . 5 ⊢ (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋‘∪ 𝑁) = ∅) → (𝑋‘∪ 𝑁) = ∅)
13	6, 7, 8, 11, 12	nninfisollemne 7123	. . . 4 ⊢ (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋‘∪ 𝑁) = ∅) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
14		simp-4r 542	. . . . 5 ⊢ (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋‘∪ 𝑁) = 1o) → 𝑋 ∈ ℕ∞)
15		simpllr 534	. . . . 5 ⊢ (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋‘∪ 𝑁) = 1o) → (𝑋‘𝑁) = ∅)
16		simp-4l 541	. . . . 5 ⊢ (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋‘∪ 𝑁) = 1o) → 𝑁 ∈ ω)
17	10	adantr 276	. . . . 5 ⊢ (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋‘∪ 𝑁) = 1o) → 𝑁 ≠ ∅)
18		simpr 110	. . . . 5 ⊢ (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋‘∪ 𝑁) = 1o) → (𝑋‘∪ 𝑁) = 1o)
19	14, 15, 16, 17, 18	nninfisollemeq 7124	. . . 4 ⊢ (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋‘∪ 𝑁) = 1o) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
20		nninff 7115	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑋 ∈ ℕ∞ → 𝑋:ω⟶2o)
21	20	adantl 277	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) → 𝑋:ω⟶2o)
22		nnpredcl 4619	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑁 ∈ ω → ∪ 𝑁 ∈ ω)
23	22	adantr 276	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) → ∪ 𝑁 ∈ ω)
24	21, 23	ffvelcdmd 5648	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) → (𝑋‘∪ 𝑁) ∈ 2o)
25		df2o3 6425	. . . . . . 7 ⊢ 2o = {∅, 1o}
26	24, 25	eleqtrdi 2270	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) → (𝑋‘∪ 𝑁) ∈ {∅, 1o})
27		elpri 3614	. . . . . 6 ⊢ ((𝑋‘∪ 𝑁) ∈ {∅, 1o} → ((𝑋‘∪ 𝑁) = ∅ ∨ (𝑋‘∪ 𝑁) = 1o))
28	26, 27	syl 14	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) → ((𝑋‘∪ 𝑁) = ∅ ∨ (𝑋‘∪ 𝑁) = 1o))
29	28	ad2antrr 488	. . . 4 ⊢ ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) → ((𝑋‘∪ 𝑁) = ∅ ∨ (𝑋‘∪ 𝑁) = 1o))
30	13, 19, 29	mpjaodan 798	. . 3 ⊢ ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
31		nndceq0 4614	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ ω → DECID 𝑁 = ∅)
32		exmiddc 836	. . . . 5 ⊢ (DECID 𝑁 = ∅ → (𝑁 = ∅ ∨ ¬ 𝑁 = ∅))
33	31, 32	syl 14	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ ω → (𝑁 = ∅ ∨ ¬ 𝑁 = ∅))
34	33	ad2antrr 488	. . 3 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) → (𝑁 = ∅ ∨ ¬ 𝑁 = ∅))
35	5, 30, 34	mpjaodan 798	. 2 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = ∅) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
36		1n0 6427	. . . . . 6 ⊢ 1o ≠ ∅
37	36	neii 2349	. . . . 5 ⊢ ¬ 1o = ∅
38		simpr 110	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = 1o) ∧ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋) → (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
39	38	fveq1d 5513	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = 1o) ∧ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘𝑁) = (𝑋‘𝑁))
40		eqid 2177	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))
41		eleq1 2240	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑖 = 𝑁 → (𝑖 ∈ 𝑁 ↔ 𝑁 ∈ 𝑁))
42	41	ifbid 3555	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑖 = 𝑁 → if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅) = if(𝑁 ∈ 𝑁, 1o, ∅))
43		id 19	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑁 ∈ ω → 𝑁 ∈ ω)
44		nnord 4608	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑁 ∈ ω → Ord 𝑁)
45		ordirr 4538	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (Ord 𝑁 → ¬ 𝑁 ∈ 𝑁)
46	44, 45	syl 14	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑁 ∈ ω → ¬ 𝑁 ∈ 𝑁)
47	46	iffalsed 3544	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑁 ∈ ω → if(𝑁 ∈ 𝑁, 1o, ∅) = ∅)
48		peano1 4590	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ∅ ∈ ω
49	47, 48	eqeltrdi 2268	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑁 ∈ ω → if(𝑁 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ∈ ω)
50	40, 42, 43, 49	fvmptd3 5605	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑁 ∈ ω → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘𝑁) = if(𝑁 ∈ 𝑁, 1o, ∅))
51	50, 47	eqtrd 2210	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ ω → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘𝑁) = ∅)
52	51	ad3antrrr 492	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = 1o) ∧ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘𝑁) = ∅)
53		simplr 528	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = 1o) ∧ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋) → (𝑋‘𝑁) = 1o)
54	39, 52, 53	3eqtr3rd 2219	. . . . . 6 ⊢ ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = 1o) ∧ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋) → 1o = ∅)
55	54	ex 115	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = 1o) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋 → 1o = ∅))
56	37, 55	mtoi 664	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = 1o) → ¬ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
57	56	olcd 734	. . 3 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = 1o) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋 ∨ ¬ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋))
58		df-dc 835	. . 3 ⊢ (DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋 ↔ ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋 ∨ ¬ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋))
59	57, 58	sylibr 134	. 2 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) ∧ (𝑋‘𝑁) = 1o) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
60		simpl 109	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) → 𝑁 ∈ ω)
61	21, 60	ffvelcdmd 5648	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) → (𝑋‘𝑁) ∈ 2o)
62	61, 25	eleqtrdi 2270	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) → (𝑋‘𝑁) ∈ {∅, 1o})
63		elpri 3614	. . 3 ⊢ ((𝑋‘𝑁) ∈ {∅, 1o} → ((𝑋‘𝑁) = ∅ ∨ (𝑋‘𝑁) = 1o))
64	62, 63	syl 14	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) → ((𝑋‘𝑁) = ∅ ∨ (𝑋‘𝑁) = 1o))
65	35, 59, 64	mpjaodan 798	1 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ∞) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 104   ∨ wo 708  DECID wdc 834   = wceq 1353   ∈ wcel 2148   ≠ wne 2347  ∅c0 3422  ifcif 3534  {cpr 3592  ∪ cuni 3807   ↦ cmpt 4061  Ord word 4359  ωcom 4586  ⟶wf 5208  ‘cfv 5212  1_oc1o 6404  2_oc2o 6405  ℕ_∞xnninf 7112

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 614  ax-in2 615  ax-io 709  ax-5 1447  ax-7 1448  ax-gen 1449  ax-ie1 1493  ax-ie2 1494  ax-8 1504  ax-10 1505  ax-11 1506  ax-i12 1507  ax-bndl 1509  ax-4 1510  ax-17 1526  ax-i9 1530  ax-ial 1534  ax-i5r 1535  ax-13 2150  ax-14 2151  ax-ext 2159  ax-sep 4118  ax-nul 4126  ax-pow 4171  ax-pr 4206  ax-un 4430  ax-setind 4533  ax-iinf 4584

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 835  df-3or 979  df-3an 980  df-tru 1356  df-fal 1359  df-nf 1461  df-sb 1763  df-eu 2029  df-mo 2030  df-clab 2164  df-cleq 2170  df-clel 2173  df-nfc 2308  df-ne 2348  df-ral 2460  df-rex 2461  df-rab 2464  df-v 2739  df-sbc 2963  df-csb 3058  df-dif 3131  df-un 3133  df-in 3135  df-ss 3142  df-nul 3423  df-if 3535  df-pw 3576  df-sn 3597  df-pr 3598  df-op 3600  df-uni 3808  df-int 3843  df-br 4001  df-opab 4062  df-mpt 4063  df-tr 4099  df-id 4290  df-iord 4363  df-on 4365  df-suc 4368  df-iom 4587  df-xp 4629  df-rel 4630  df-cnv 4631  df-co 4632  df-dm 4633  df-rn 4634  df-iota 5174  df-fun 5214  df-fn 5215  df-f 5216  df-fv 5220  df-ov 5872  df-oprab 5873  df-mpo 5874  df-1o 6411  df-2o 6412  df-map 6644  df-nninf 7113

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