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Theorem nninfisol 7321
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 7368). (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 534 . . . 4 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ 𝑁 = ∅) → 𝑋 ∈ ℕ)
2 simplr 528 . . . 4 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ 𝑁 = ∅) → (𝑋𝑁) = ∅)
3 simplll 533 . . . 4 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ 𝑁 = ∅) → 𝑁 ∈ ω)
4 simpr 110 . . . 4 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ 𝑁 = ∅) → 𝑁 = ∅)
51, 2, 3, 4nninfisollem0 7318 . . 3 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ 𝑁 = ∅) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
6 simp-4r 542 . . . . 5 (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋 𝑁) = ∅) → 𝑋 ∈ ℕ)
7 simpllr 534 . . . . 5 (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋 𝑁) = ∅) → (𝑋𝑁) = ∅)
8 simp-4l 541 . . . . 5 (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋 𝑁) = ∅) → 𝑁 ∈ ω)
9 simpr 110 . . . . . . 7 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) → ¬ 𝑁 = ∅)
109neqned 2407 . . . . . 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 7319 . . . 4 (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋 𝑁) = ∅) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
14 simp-4r 542 . . . . 5 (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋 𝑁) = 1o) → 𝑋 ∈ ℕ)
15 simpllr 534 . . . . 5 (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋 𝑁) = 1o) → (𝑋𝑁) = ∅)
16 simp-4l 541 . . . . 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 7320 . . . 4 (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋 𝑁) = 1o) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
20 nninff 7310 . . . . . . . . 9 (𝑋 ∈ ℕ𝑋:ω⟶2o)
2120adantl 277 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → 𝑋:ω⟶2o)
22 nnpredcl 4717 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ω → 𝑁 ∈ ω)
2322adantr 276 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → 𝑁 ∈ ω)
2421, 23ffvelcdmd 5777 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → (𝑋 𝑁) ∈ 2o)
25 df2o3 6590 . . . . . . 7 2o = {∅, 1o}
2624, 25eleqtrdi 2322 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → (𝑋 𝑁) ∈ {∅, 1o})
27 elpri 3690 . . . . . 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 803 . . 3 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
31 nndceq0 4712 . . . . 5 (𝑁 ∈ ω → DECID 𝑁 = ∅)
32 exmiddc 841 . . . . 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 803 . 2 (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
36 1n0 6593 . . . . . 6 1o ≠ ∅
3736neii 2402 . . . . 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 5635 . . . . . . 7 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = 1o) ∧ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘𝑁) = (𝑋𝑁))
40 eqid 2229 . . . . . . . . . 10 (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))
41 eleq1 2292 . . . . . . . . . . 11 (𝑖 = 𝑁 → (𝑖𝑁𝑁𝑁))
4241ifbid 3625 . . . . . . . . . 10 (𝑖 = 𝑁 → if(𝑖𝑁, 1o, ∅) = if(𝑁𝑁, 1o, ∅))
43 id 19 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ω → 𝑁 ∈ ω)
44 nnord 4706 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 ∈ ω → Ord 𝑁)
45 ordirr 4636 . . . . . . . . . . . . 13 (Ord 𝑁 → ¬ 𝑁𝑁)
4644, 45syl 14 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ω → ¬ 𝑁𝑁)
4746iffalsed 3613 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ω → if(𝑁𝑁, 1o, ∅) = ∅)
48 peano1 4688 . . . . . . . . . . 11 ∅ ∈ ω
4947, 48eqeltrdi 2320 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ω → if(𝑁𝑁, 1o, ∅) ∈ ω)
5040, 42, 43, 49fvmptd3 5734 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ω → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘𝑁) = if(𝑁𝑁, 1o, ∅))
5150, 47eqtrd 2262 . . . . . . . 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 528 . . . . . . 7 ((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = 1o) ∧ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋) → (𝑋𝑁) = 1o)
5439, 52, 533eqtr3rd 2271 . . . . . 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 668 . . . 4 (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = 1o) → ¬ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
5756olcd 739 . . 3 (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = 1o) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋 ∨ ¬ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋))
58 df-dc 840 . . 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 5777 . . . 4 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → (𝑋𝑁) ∈ 2o)
6261, 25eleqtrdi 2322 . . 3 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → (𝑋𝑁) ∈ {∅, 1o})
63 elpri 3690 . . 3 ((𝑋𝑁) ∈ {∅, 1o} → ((𝑋𝑁) = ∅ ∨ (𝑋𝑁) = 1o))
6462, 63syl 14 . 2 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → ((𝑋𝑁) = ∅ ∨ (𝑋𝑁) = 1o))
6535, 59, 64mpjaodan 803 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 713  DECID wdc 839   = wceq 1395  wcel 2200  wne 2400  c0 3492  ifcif 3603  {cpr 3668   cuni 3889  cmpt 4146  Ord word 4455  ωcom 4684  wf 5318  cfv 5322  1oc1o 6568  2oc2o 6569  xnninf 7307
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 617  ax-in2 618  ax-io 714  ax-5 1493  ax-7 1494  ax-gen 1495  ax-ie1 1539  ax-ie2 1540  ax-8 1550  ax-10 1551  ax-11 1552  ax-i12 1553  ax-bndl 1555  ax-4 1556  ax-17 1572  ax-i9 1576  ax-ial 1580  ax-i5r 1581  ax-13 2202  ax-14 2203  ax-ext 2211  ax-sep 4203  ax-nul 4211  ax-pow 4260  ax-pr 4295  ax-un 4526  ax-setind 4631  ax-iinf 4682
This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 840  df-3or 1003  df-3an 1004  df-tru 1398  df-fal 1401  df-nf 1507  df-sb 1809  df-eu 2080  df-mo 2081  df-clab 2216  df-cleq 2222  df-clel 2225  df-nfc 2361  df-ne 2401  df-ral 2513  df-rex 2514  df-rab 2517  df-v 2802  df-sbc 3030  df-csb 3126  df-dif 3200  df-un 3202  df-in 3204  df-ss 3211  df-nul 3493  df-if 3604  df-pw 3652  df-sn 3673  df-pr 3674  df-op 3676  df-uni 3890  df-int 3925  df-br 4085  df-opab 4147  df-mpt 4148  df-tr 4184  df-id 4386  df-iord 4459  df-on 4461  df-suc 4464  df-iom 4685  df-xp 4727  df-rel 4728  df-cnv 4729  df-co 4730  df-dm 4731  df-rn 4732  df-iota 5282  df-fun 5324  df-fn 5325  df-f 5326  df-fv 5330  df-ov 6014  df-oprab 6015  df-mpo 6016  df-1o 6575  df-2o 6576  df-map 6812  df-nninf 7308
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