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Theorem nninfisol 7296
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 7343). (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 7293 . . 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 7294 . . . 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 7295 . . . 4 (((((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) ∧ (𝑋𝑁) = ∅) ∧ ¬ 𝑁 = ∅) ∧ (𝑋 𝑁) = 1o) → DECID (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = 𝑋)
20 nninff 7285 . . . . . . . . 9 (𝑋 ∈ ℕ𝑋:ω⟶2o)
2120adantl 277 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → 𝑋:ω⟶2o)
22 nnpredcl 4714 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ω → 𝑁 ∈ ω)
2322adantr 276 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → 𝑁 ∈ ω)
2421, 23ffvelcdmd 5770 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → (𝑋 𝑁) ∈ 2o)
25 df2o3 6574 . . . . . . 7 2o = {∅, 1o}
2624, 25eleqtrdi 2322 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → (𝑋 𝑁) ∈ {∅, 1o})
27 elpri 3689 . . . . . 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 4709 . . . . 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 6576 . . . . . 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 5628 . . . . . . 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 3624 . . . . . . . . . 10 (𝑖 = 𝑁 → if(𝑖𝑁, 1o, ∅) = if(𝑁𝑁, 1o, ∅))
43 id 19 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ω → 𝑁 ∈ ω)
44 nnord 4703 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 ∈ ω → Ord 𝑁)
45 ordirr 4633 . . . . . . . . . . . . 13 (Ord 𝑁 → ¬ 𝑁𝑁)
4644, 45syl 14 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ω → ¬ 𝑁𝑁)
4746iffalsed 3612 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ω → if(𝑁𝑁, 1o, ∅) = ∅)
48 peano1 4685 . . . . . . . . . . 11 ∅ ∈ ω
4947, 48eqeltrdi 2320 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ω → if(𝑁𝑁, 1o, ∅) ∈ ω)
5040, 42, 43, 49fvmptd3 5727 . . . . . . . . 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 5770 . . . 4 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → (𝑋𝑁) ∈ 2o)
6261, 25eleqtrdi 2322 . . 3 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑋 ∈ ℕ) → (𝑋𝑁) ∈ {∅, 1o})
63 elpri 3689 . . 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 3491  ifcif 3602  {cpr 3667   cuni 3887  cmpt 4144  Ord word 4452  ωcom 4681  wf 5313  cfv 5317  1oc1o 6553  2oc2o 6554  xnninf 7282
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 4201  ax-nul 4209  ax-pow 4257  ax-pr 4292  ax-un 4523  ax-setind 4628  ax-iinf 4679
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 2801  df-sbc 3029  df-csb 3125  df-dif 3199  df-un 3201  df-in 3203  df-ss 3210  df-nul 3492  df-if 3603  df-pw 3651  df-sn 3672  df-pr 3673  df-op 3675  df-uni 3888  df-int 3923  df-br 4083  df-opab 4145  df-mpt 4146  df-tr 4182  df-id 4383  df-iord 4456  df-on 4458  df-suc 4461  df-iom 4682  df-xp 4724  df-rel 4725  df-cnv 4726  df-co 4727  df-dm 4728  df-rn 4729  df-iota 5277  df-fun 5319  df-fn 5320  df-f 5321  df-fv 5325  df-ov 6003  df-oprab 6004  df-mpo 6005  df-1o 6560  df-2o 6561  df-map 6795  df-nninf 7283
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