Theorem nnnninf 7466

Description: Elements of ℕ_∞ corresponding to natural numbers. The natural number 𝑁 corresponds to a sequence of 𝑁 ones followed by zeroes. This can be strengthened to include infinity, see nnnninf2 7467. (Contributed by Jim Kingdon, 14-Jul-2022.)

Assertion

Ref	Expression
nnnninf	⊢ (𝑁 ∈ ω → (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) ∈ ℕ∞)

Distinct variable group:   𝑖,𝑁

Proof of Theorem nnnninf

Dummy variables 𝑓 𝑗 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		1lt2o 6715	. . . . . 6 ⊢ 1o ∈ 2o
2	1	a1i 9	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑖 ∈ ω) → 1o ∈ 2o)
3		0lt2o 6714	. . . . . 6 ⊢ ∅ ∈ 2o
4	3	a1i 9	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑖 ∈ ω) → ∅ ∈ 2o)
5		nndcel 6773	. . . . . 6 ⊢ ((𝑖 ∈ ω ∧ 𝑁 ∈ ω) → DECID 𝑖 ∈ 𝑁)
6	5	ancoms 268	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑖 ∈ ω) → DECID 𝑖 ∈ 𝑁)
7	2, 4, 6	ifcldcd 3678	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑖 ∈ ω) → if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ∈ 2o)
8	7	fmpttd 5863	. . 3 ⊢ (𝑁 ∈ ω → (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)):ω⟶2o)
9		2onn 6794	. . . . 5 ⊢ 2o ∈ ω
10	9	elexi 2834	. . . 4 ⊢ 2o ∈ V
11		omex 4740	. . . 4 ⊢ ω ∈ V
12	10, 11	elmap 6958	. . 3 ⊢ ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) ∈ (2o ↑𝑚 ω) ↔ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)):ω⟶2o)
13	8, 12	sylibr 134	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ ω → (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) ∈ (2o ↑𝑚 ω))
14		ssid 3268	. . . . . . . . 9 ⊢ 1o ⊆ 1o
15		iftrue 3645	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (suc 𝑗 ∈ 𝑁 → if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) = 1o)
16	15	sseq1d 3277	. . . . . . . . . 10 ⊢ (suc 𝑗 ∈ 𝑁 → (if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o ↔ 1o ⊆ 1o))
17	16	adantl 277	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ suc 𝑗 ∈ 𝑁) → (if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o ↔ 1o ⊆ 1o))
18	14, 17	mpbiri 168	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ suc 𝑗 ∈ 𝑁) → if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o)
19		0ss 3561	. . . . . . . . 9 ⊢ ∅ ⊆ 1o
20		iffalse 3648	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (¬ suc 𝑗 ∈ 𝑁 → if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) = ∅)
21	20	sseq1d 3277	. . . . . . . . . 10 ⊢ (¬ suc 𝑗 ∈ 𝑁 → (if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o ↔ ∅ ⊆ 1o))
22	21	adantl 277	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ ¬ suc 𝑗 ∈ 𝑁) → (if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o ↔ ∅ ⊆ 1o))
23	19, 22	mpbiri 168	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ ¬ suc 𝑗 ∈ 𝑁) → if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o)
24		peano2 4742	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑗 ∈ ω → suc 𝑗 ∈ ω)
25	24	adantl 277	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → suc 𝑗 ∈ ω)
26		simpl 109	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → 𝑁 ∈ ω)
27		nndcel 6773	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((suc 𝑗 ∈ ω ∧ 𝑁 ∈ ω) → DECID suc 𝑗 ∈ 𝑁)
28	25, 26, 27	syl2anc 415	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → DECID suc 𝑗 ∈ 𝑁)
29		exmiddc 848	. . . . . . . . 9 ⊢ (DECID suc 𝑗 ∈ 𝑁 → (suc 𝑗 ∈ 𝑁 ∨ ¬ suc 𝑗 ∈ 𝑁))
30	28, 29	syl 14	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → (suc 𝑗 ∈ 𝑁 ∨ ¬ suc 𝑗 ∈ 𝑁))
31	18, 23, 30	mpjaodan 810	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o)
32	31	adantr 276	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ 𝑗 ∈ 𝑁) → if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o)
33		iftrue 3645	. . . . . . 7 ⊢ (𝑗 ∈ 𝑁 → if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) = 1o)
34	33	adantl 277	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ 𝑗 ∈ 𝑁) → if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) = 1o)
35	32, 34	sseqtrrd 3287	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ 𝑗 ∈ 𝑁) → if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ⊆ if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅))
36		ssid 3268	. . . . . . 7 ⊢ ∅ ⊆ ∅
37	36	a1i 9	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ ¬ 𝑗 ∈ 𝑁) → ∅ ⊆ ∅)
38		nnord 4759	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑁 ∈ ω → Ord 𝑁)
39		ordtr 4523	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (Ord 𝑁 → Tr 𝑁)
40	38, 39	syl 14	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑁 ∈ ω → Tr 𝑁)
41		trsuc 4567	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((Tr 𝑁 ∧ suc 𝑗 ∈ 𝑁) → 𝑗 ∈ 𝑁)
42	40, 41	sylan 283	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ suc 𝑗 ∈ 𝑁) → 𝑗 ∈ 𝑁)
43	42	ex 115	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑁 ∈ ω → (suc 𝑗 ∈ 𝑁 → 𝑗 ∈ 𝑁))
44	43	adantr 276	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → (suc 𝑗 ∈ 𝑁 → 𝑗 ∈ 𝑁))
45	44	con3dimp 644	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ ¬ 𝑗 ∈ 𝑁) → ¬ suc 𝑗 ∈ 𝑁)
46	45, 20	syl 14	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ ¬ 𝑗 ∈ 𝑁) → if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) = ∅)
47		iffalse 3648	. . . . . . 7 ⊢ (¬ 𝑗 ∈ 𝑁 → if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) = ∅)
48	47	adantl 277	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ ¬ 𝑗 ∈ 𝑁) → if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) = ∅)
49	37, 46, 48	3sstr4d 3293	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ ¬ 𝑗 ∈ 𝑁) → if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ⊆ if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅))
50		nndcel 6773	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑗 ∈ ω ∧ 𝑁 ∈ ω) → DECID 𝑗 ∈ 𝑁)
51	50	ancoms 268	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → DECID 𝑗 ∈ 𝑁)
52		exmiddc 848	. . . . . 6 ⊢ (DECID 𝑗 ∈ 𝑁 → (𝑗 ∈ 𝑁 ∨ ¬ 𝑗 ∈ 𝑁))
53	51, 52	syl 14	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → (𝑗 ∈ 𝑁 ∨ ¬ 𝑗 ∈ 𝑁))
54	35, 49, 53	mpjaodan 810	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ⊆ if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅))
55	1	a1i 9	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → 1o ∈ 2o)
56	3	a1i 9	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → ∅ ∈ 2o)
57	55, 56, 28	ifcldcd 3678	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ∈ 2o)
58		eleq1 2301	. . . . . . 7 ⊢ (𝑖 = suc 𝑗 → (𝑖 ∈ 𝑁 ↔ suc 𝑗 ∈ 𝑁))
59	58	ifbid 3662	. . . . . 6 ⊢ (𝑖 = suc 𝑗 → if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅) = if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅))
60		eqid 2238	. . . . . 6 ⊢ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))
61	59, 60	fvmptg 5781	. . . . 5 ⊢ ((suc 𝑗 ∈ ω ∧ if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ∈ 2o) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘suc 𝑗) = if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅))
62	25, 57, 61	syl2anc 415	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘suc 𝑗) = if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅))
63		simpr 110	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → 𝑗 ∈ ω)
64	55, 56, 51	ifcldcd 3678	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ∈ 2o)
65		eleq1 2301	. . . . . . 7 ⊢ (𝑖 = 𝑗 → (𝑖 ∈ 𝑁 ↔ 𝑗 ∈ 𝑁))
66	65	ifbid 3662	. . . . . 6 ⊢ (𝑖 = 𝑗 → if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅) = if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅))
67	66, 60	fvmptg 5781	. . . . 5 ⊢ ((𝑗 ∈ ω ∧ if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ∈ 2o) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘𝑗) = if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅))
68	63, 64, 67	syl2anc 415	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘𝑗) = if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅))
69	54, 62, 68	3sstr4d 3293	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘suc 𝑗) ⊆ ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘𝑗))
70	69	ralrimiva 2623	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ ω → ∀𝑗 ∈ ω ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘suc 𝑗) ⊆ ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘𝑗))
71		fveq1 5694	. . . . 5 ⊢ (𝑓 = (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) → (𝑓‘suc 𝑗) = ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘suc 𝑗))
72		fveq1 5694	. . . . 5 ⊢ (𝑓 = (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) → (𝑓‘𝑗) = ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘𝑗))
73	71, 72	sseq12d 3279	. . . 4 ⊢ (𝑓 = (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) → ((𝑓‘suc 𝑗) ⊆ (𝑓‘𝑗) ↔ ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘suc 𝑗) ⊆ ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘𝑗)))
74	73	ralbidv 2550	. . 3 ⊢ (𝑓 = (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) → (∀𝑗 ∈ ω (𝑓‘suc 𝑗) ⊆ (𝑓‘𝑗) ↔ ∀𝑗 ∈ ω ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘suc 𝑗) ⊆ ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘𝑗)))
75		df-nninf 7460	. . 3 ⊢ ℕ∞ = {𝑓 ∈ (2o ↑𝑚 ω) ∣ ∀𝑗 ∈ ω (𝑓‘suc 𝑗) ⊆ (𝑓‘𝑗)}
76	74, 75	elrab2 2985	. 2 ⊢ ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) ∈ ℕ∞ ↔ ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) ∈ (2o ↑𝑚 ω) ∧ ∀𝑗 ∈ ω ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘suc 𝑗) ⊆ ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘𝑗)))
77	13, 70, 76	sylanbrc 421	1 ⊢ (𝑁 ∈ ω → (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) ∈ ℕ∞)

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 104   ↔ wb 105   ∨ wo 720  DECID wdc 846   = wceq 1402   ∈ wcel 2209  ∀wral 2528   ⊆ wss 3220  ∅c0 3520  ifcif 3638   ↦ cmpt 4192  Tr wtr 4229  Ord word 4507  suc csuc 4510  ωcom 4737  ⟶wf 5373  ‘cfv 5377  (class class class)co 6085  1_oc1o 6680  2_oc2o 6681   ↑_𝑚 cmap 6922  ℕ_∞xnninf 7459

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 623  ax-in2 624  ax-io 721  ax-5 1500  ax-7 1501  ax-gen 1502  ax-ie1 1546  ax-ie2 1547  ax-8 1557  ax-10 1558  ax-11 1559  ax-i12 1560  ax-bndl 1562  ax-4 1563  ax-17 1579  ax-i9 1583  ax-ial 1587  ax-i5r 1588  ax-14 2212  ax-ext 2220  ax-sep 4249  ax-nul 4259  ax-pow 4311  ax-pr 4346  ax-un 4578  ax-setind 4684  ax-iinf 4735

This proof depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 847  df-3or 1010  df-3an 1011  df-tru 1405  df-fal 1408  df-nf 1514  df-sb 1816  df-eu 2089  df-mo 2090  df-clab 2225  df-cleq 2231  df-clel 2234  df-nfc 2381  df-ne 2421  df-ral 2533  df-rex 2534  df-rab 2537  df-v 2823  df-sbc 3052  df-dif 3222  df-un 3224  df-in 3226  df-ss 3233  df-nul 3521  df-if 3639  df-pw 3690  df-sn 3715  df-pr 3716  df-op 3718  df-uni 3936  df-int 3971  df-br 4131  df-opab 4193  df-mpt 4194  df-tr 4230  df-id 4438  df-iord 4511  df-on 4513  df-suc 4516  df-iom 4738  df-xp 4780  df-rel 4781  df-cnv 4782  df-co 4783  df-dm 4784  df-rn 4785  df-res 4786  df-ima 4787  df-iota 5337  df-fun 5379  df-fn 5380  df-f 5381  df-fv 5385  df-ov 6088  df-oprab 6089  df-mpo 6090  df-1o 6687  df-2o 6688  df-map 6924  df-nninf 7460

This theorem is used by:  nnnninf2  7467  fnn0nninf  10877  nninfinf  10882  nninfsellemdc  17065  nninfsellemqall  17070  nninffeq  17075