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Theorem nnnninf 7016
 Description: Elements of ℕ∞ corresponding to natural numbers. The natural number 𝑁 corresponds to a sequence of 𝑁 ones followed by zeroes. Contrast to a sequence which is all ones as seen at infnninf 7015. Remark/TODO: the theorem still holds if 𝑁 = ω, that is, the antecedent could be weakened to 𝑁 ∈ suc ω. (Contributed by Jim Kingdon, 14-Jul-2022.)
Assertion
Ref Expression
nnnninf (𝑁 ∈ ω → (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) ∈ ℕ)
Distinct variable group:   𝑖,𝑁

Proof of Theorem nnnninf
Dummy variables 𝑓 𝑗 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 1oex 6314 . . . . . . . 8 1o ∈ V
21sucid 4334 . . . . . . 7 1o ∈ suc 1o
3 df-2o 6307 . . . . . . 7 2o = suc 1o
42, 3eleqtrri 2213 . . . . . 6 1o ∈ 2o
54a1i 9 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑖 ∈ ω) → 1o ∈ 2o)
6 2on0 6316 . . . . . . 7 2o ≠ ∅
7 2onn 6410 . . . . . . . 8 2o ∈ ω
8 nn0eln0 4528 . . . . . . . 8 (2o ∈ ω → (∅ ∈ 2o ↔ 2o ≠ ∅))
97, 8ax-mp 5 . . . . . . 7 (∅ ∈ 2o ↔ 2o ≠ ∅)
106, 9mpbir 145 . . . . . 6 ∅ ∈ 2o
1110a1i 9 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑖 ∈ ω) → ∅ ∈ 2o)
12 nndcel 6389 . . . . . 6 ((𝑖 ∈ ω ∧ 𝑁 ∈ ω) → DECID 𝑖𝑁)
1312ancoms 266 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑖 ∈ ω) → DECID 𝑖𝑁)
145, 11, 13ifcldcd 3502 . . . 4 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑖 ∈ ω) → if(𝑖𝑁, 1o, ∅) ∈ 2o)
15 eqid 2137 . . . 4 (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) = (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))
1614, 15fmptd 5567 . . 3 (𝑁 ∈ ω → (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)):ω⟶2o)
177elexi 2693 . . . 4 2o ∈ V
18 omex 4502 . . . 4 ω ∈ V
1917, 18elmap 6564 . . 3 ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) ∈ (2o𝑚 ω) ↔ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)):ω⟶2o)
2016, 19sylibr 133 . 2 (𝑁 ∈ ω → (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) ∈ (2o𝑚 ω))
21 ssid 3112 . . . . . . . . 9 1o ⊆ 1o
22 iftrue 3474 . . . . . . . . . . 11 (suc 𝑗𝑁 → if(suc 𝑗𝑁, 1o, ∅) = 1o)
2322sseq1d 3121 . . . . . . . . . 10 (suc 𝑗𝑁 → (if(suc 𝑗𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o ↔ 1o ⊆ 1o))
2423adantl 275 . . . . . . . . 9 (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ suc 𝑗𝑁) → (if(suc 𝑗𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o ↔ 1o ⊆ 1o))
2521, 24mpbiri 167 . . . . . . . 8 (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ suc 𝑗𝑁) → if(suc 𝑗𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o)
26 0ss 3396 . . . . . . . . 9 ∅ ⊆ 1o
27 iffalse 3477 . . . . . . . . . . 11 (¬ suc 𝑗𝑁 → if(suc 𝑗𝑁, 1o, ∅) = ∅)
2827sseq1d 3121 . . . . . . . . . 10 (¬ suc 𝑗𝑁 → (if(suc 𝑗𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o ↔ ∅ ⊆ 1o))
2928adantl 275 . . . . . . . . 9 (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ ¬ suc 𝑗𝑁) → (if(suc 𝑗𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o ↔ ∅ ⊆ 1o))
3026, 29mpbiri 167 . . . . . . . 8 (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ ¬ suc 𝑗𝑁) → if(suc 𝑗𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o)
31 peano2 4504 . . . . . . . . . . 11 (𝑗 ∈ ω → suc 𝑗 ∈ ω)
3231adantl 275 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → suc 𝑗 ∈ ω)
33 simpl 108 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → 𝑁 ∈ ω)
34 nndcel 6389 . . . . . . . . . 10 ((suc 𝑗 ∈ ω ∧ 𝑁 ∈ ω) → DECID suc 𝑗𝑁)
3532, 33, 34syl2anc 408 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → DECID suc 𝑗𝑁)
36 exmiddc 821 . . . . . . . . 9 (DECID suc 𝑗𝑁 → (suc 𝑗𝑁 ∨ ¬ suc 𝑗𝑁))
3735, 36syl 14 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → (suc 𝑗𝑁 ∨ ¬ suc 𝑗𝑁))
3825, 30, 37mpjaodan 787 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → if(suc 𝑗𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o)
3938adantr 274 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ 𝑗𝑁) → if(suc 𝑗𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o)
40 iftrue 3474 . . . . . . 7 (𝑗𝑁 → if(𝑗𝑁, 1o, ∅) = 1o)
4140adantl 275 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ 𝑗𝑁) → if(𝑗𝑁, 1o, ∅) = 1o)
4239, 41sseqtrrd 3131 . . . . 5 (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ 𝑗𝑁) → if(suc 𝑗𝑁, 1o, ∅) ⊆ if(𝑗𝑁, 1o, ∅))
43 ssid 3112 . . . . . . 7 ∅ ⊆ ∅
4443a1i 9 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ ¬ 𝑗𝑁) → ∅ ⊆ ∅)
45 nnord 4520 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ω → Ord 𝑁)
46 ordtr 4295 . . . . . . . . . . . 12 (Ord 𝑁 → Tr 𝑁)
4745, 46syl 14 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ω → Tr 𝑁)
48 trsuc 4339 . . . . . . . . . . 11 ((Tr 𝑁 ∧ suc 𝑗𝑁) → 𝑗𝑁)
4947, 48sylan 281 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ω ∧ suc 𝑗𝑁) → 𝑗𝑁)
5049ex 114 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ω → (suc 𝑗𝑁𝑗𝑁))
5150adantr 274 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → (suc 𝑗𝑁𝑗𝑁))
5251con3dimp 624 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ ¬ 𝑗𝑁) → ¬ suc 𝑗𝑁)
5352, 27syl 14 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ ¬ 𝑗𝑁) → if(suc 𝑗𝑁, 1o, ∅) = ∅)
54 iffalse 3477 . . . . . . 7 𝑗𝑁 → if(𝑗𝑁, 1o, ∅) = ∅)
5554adantl 275 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ ¬ 𝑗𝑁) → if(𝑗𝑁, 1o, ∅) = ∅)
5644, 53, 553sstr4d 3137 . . . . 5 (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ ¬ 𝑗𝑁) → if(suc 𝑗𝑁, 1o, ∅) ⊆ if(𝑗𝑁, 1o, ∅))
57 nndcel 6389 . . . . . . 7 ((𝑗 ∈ ω ∧ 𝑁 ∈ ω) → DECID 𝑗𝑁)
5857ancoms 266 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → DECID 𝑗𝑁)
59 exmiddc 821 . . . . . 6 (DECID 𝑗𝑁 → (𝑗𝑁 ∨ ¬ 𝑗𝑁))
6058, 59syl 14 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → (𝑗𝑁 ∨ ¬ 𝑗𝑁))
6142, 56, 60mpjaodan 787 . . . 4 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → if(suc 𝑗𝑁, 1o, ∅) ⊆ if(𝑗𝑁, 1o, ∅))
624a1i 9 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → 1o ∈ 2o)
6310a1i 9 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → ∅ ∈ 2o)
6462, 63, 35ifcldcd 3502 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → if(suc 𝑗𝑁, 1o, ∅) ∈ 2o)
65 eleq1 2200 . . . . . . 7 (𝑖 = suc 𝑗 → (𝑖𝑁 ↔ suc 𝑗𝑁))
6665ifbid 3488 . . . . . 6 (𝑖 = suc 𝑗 → if(𝑖𝑁, 1o, ∅) = if(suc 𝑗𝑁, 1o, ∅))
6766, 15fvmptg 5490 . . . . 5 ((suc 𝑗 ∈ ω ∧ if(suc 𝑗𝑁, 1o, ∅) ∈ 2o) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘suc 𝑗) = if(suc 𝑗𝑁, 1o, ∅))
6832, 64, 67syl2anc 408 . . . 4 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘suc 𝑗) = if(suc 𝑗𝑁, 1o, ∅))
69 simpr 109 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → 𝑗 ∈ ω)
7062, 63, 58ifcldcd 3502 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → if(𝑗𝑁, 1o, ∅) ∈ 2o)
71 eleq1 2200 . . . . . . 7 (𝑖 = 𝑗 → (𝑖𝑁𝑗𝑁))
7271ifbid 3488 . . . . . 6 (𝑖 = 𝑗 → if(𝑖𝑁, 1o, ∅) = if(𝑗𝑁, 1o, ∅))
7372, 15fvmptg 5490 . . . . 5 ((𝑗 ∈ ω ∧ if(𝑗𝑁, 1o, ∅) ∈ 2o) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘𝑗) = if(𝑗𝑁, 1o, ∅))
7469, 70, 73syl2anc 408 . . . 4 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘𝑗) = if(𝑗𝑁, 1o, ∅))
7561, 68, 743sstr4d 3137 . . 3 ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘suc 𝑗) ⊆ ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘𝑗))
7675ralrimiva 2503 . 2 (𝑁 ∈ ω → ∀𝑗 ∈ ω ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘suc 𝑗) ⊆ ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘𝑗))
77 fveq1 5413 . . . . 5 (𝑓 = (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) → (𝑓‘suc 𝑗) = ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘suc 𝑗))
78 fveq1 5413 . . . . 5 (𝑓 = (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) → (𝑓𝑗) = ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘𝑗))
7977, 78sseq12d 3123 . . . 4 (𝑓 = (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) → ((𝑓‘suc 𝑗) ⊆ (𝑓𝑗) ↔ ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘suc 𝑗) ⊆ ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘𝑗)))
8079ralbidv 2435 . . 3 (𝑓 = (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) → (∀𝑗 ∈ ω (𝑓‘suc 𝑗) ⊆ (𝑓𝑗) ↔ ∀𝑗 ∈ ω ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘suc 𝑗) ⊆ ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘𝑗)))
81 df-nninf 7000 . . 3 = {𝑓 ∈ (2o𝑚 ω) ∣ ∀𝑗 ∈ ω (𝑓‘suc 𝑗) ⊆ (𝑓𝑗)}
8280, 81elrab2 2838 . 2 ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) ∈ ℕ ↔ ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) ∈ (2o𝑚 ω) ∧ ∀𝑗 ∈ ω ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘suc 𝑗) ⊆ ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅))‘𝑗)))
8320, 76, 82sylanbrc 413 1 (𝑁 ∈ ω → (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖𝑁, 1o, ∅)) ∈ ℕ)
 Colors of variables: wff set class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 103   ↔ wb 104   ∨ wo 697  DECID wdc 819   = wceq 1331   ∈ wcel 1480   ≠ wne 2306  ∀wral 2414   ⊆ wss 3066  ∅c0 3358  ifcif 3469   ↦ cmpt 3984  Tr wtr 4021  Ord word 4279  suc csuc 4282  ωcom 4499  ⟶wf 5114  ‘cfv 5118  (class class class)co 5767  1oc1o 6299  2oc2o 6300   ↑𝑚 cmap 6535  ℕ∞xnninf 6998 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 603  ax-in2 604  ax-io 698  ax-5 1423  ax-7 1424  ax-gen 1425  ax-ie1 1469  ax-ie2 1470  ax-8 1482  ax-10 1483  ax-11 1484  ax-i12 1485  ax-bndl 1486  ax-4 1487  ax-13 1491  ax-14 1492  ax-17 1506  ax-i9 1510  ax-ial 1514  ax-i5r 1515  ax-ext 2119  ax-sep 4041  ax-nul 4049  ax-pow 4093  ax-pr 4126  ax-un 4350  ax-setind 4447  ax-iinf 4497 This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 820  df-3or 963  df-3an 964  df-tru 1334  df-fal 1337  df-nf 1437  df-sb 1736  df-eu 2000  df-mo 2001  df-clab 2124  df-cleq 2130  df-clel 2133  df-nfc 2268  df-ne 2307  df-ral 2419  df-rex 2420  df-rab 2423  df-v 2683  df-sbc 2905  df-dif 3068  df-un 3070  df-in 3072  df-ss 3079  df-nul 3359  df-if 3470  df-pw 3507  df-sn 3528  df-pr 3529  df-op 3531  df-uni 3732  df-int 3767  df-br 3925  df-opab 3985  df-mpt 3986  df-tr 4022  df-id 4210  df-iord 4283  df-on 4285  df-suc 4288  df-iom 4500  df-xp 4540  df-rel 4541  df-cnv 4542  df-co 4543  df-dm 4544  df-rn 4545  df-res 4546  df-ima 4547  df-iota 5083  df-fun 5120  df-fn 5121  df-f 5122  df-fv 5126  df-ov 5770  df-oprab 5771  df-mpo 5772  df-1o 6306  df-2o 6307  df-map 6537  df-nninf 7000 This theorem is referenced by:  fnn0nninf  10203  nninfsellemdc  13195  nninfsellemqall  13200  nninffeq  13205
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