Theorem nnnninf 7058

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 7059. (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 6383	. . . . . 6 ⊢ 1o ∈ 2o
2	1	a1i 9	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑖 ∈ ω) → 1o ∈ 2o)
3		0lt2o 6382	. . . . . 6 ⊢ ∅ ∈ 2o
4	3	a1i 9	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑖 ∈ ω) → ∅ ∈ 2o)
5		nndcel 6440	. . . . . 6 ⊢ ((𝑖 ∈ ω ∧ 𝑁 ∈ ω) → DECID 𝑖 ∈ 𝑁)
6	5	ancoms 266	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑖 ∈ ω) → DECID 𝑖 ∈ 𝑁)
7	2, 4, 6	ifcldcd 3540	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑖 ∈ ω) → if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ∈ 2o)
8	7	fmpttd 5619	. . 3 ⊢ (𝑁 ∈ ω → (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)):ω⟶2o)
9		2onn 6461	. . . . 5 ⊢ 2o ∈ ω
10	9	elexi 2724	. . . 4 ⊢ 2o ∈ V
11		omex 4550	. . . 4 ⊢ ω ∈ V
12	10, 11	elmap 6615	. . 3 ⊢ ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) ∈ (2o ↑𝑚 ω) ↔ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)):ω⟶2o)
13	8, 12	sylibr 133	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ ω → (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) ∈ (2o ↑𝑚 ω))
14		ssid 3148	. . . . . . . . 9 ⊢ 1o ⊆ 1o
15		iftrue 3510	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (suc 𝑗 ∈ 𝑁 → if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) = 1o)
16	15	sseq1d 3157	. . . . . . . . . 10 ⊢ (suc 𝑗 ∈ 𝑁 → (if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o ↔ 1o ⊆ 1o))
17	16	adantl 275	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ suc 𝑗 ∈ 𝑁) → (if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o ↔ 1o ⊆ 1o))
18	14, 17	mpbiri 167	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ suc 𝑗 ∈ 𝑁) → if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o)
19		0ss 3432	. . . . . . . . 9 ⊢ ∅ ⊆ 1o
20		iffalse 3513	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (¬ suc 𝑗 ∈ 𝑁 → if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) = ∅)
21	20	sseq1d 3157	. . . . . . . . . 10 ⊢ (¬ suc 𝑗 ∈ 𝑁 → (if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o ↔ ∅ ⊆ 1o))
22	21	adantl 275	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ ¬ suc 𝑗 ∈ 𝑁) → (if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o ↔ ∅ ⊆ 1o))
23	19, 22	mpbiri 167	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ ¬ suc 𝑗 ∈ 𝑁) → if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o)
24		peano2 4552	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑗 ∈ ω → suc 𝑗 ∈ ω)
25	24	adantl 275	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → suc 𝑗 ∈ ω)
26		simpl 108	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → 𝑁 ∈ ω)
27		nndcel 6440	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((suc 𝑗 ∈ ω ∧ 𝑁 ∈ ω) → DECID suc 𝑗 ∈ 𝑁)
28	25, 26, 27	syl2anc 409	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → DECID suc 𝑗 ∈ 𝑁)
29		exmiddc 822	. . . . . . . . 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 788	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o)
32	31	adantr 274	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ 𝑗 ∈ 𝑁) → if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ⊆ 1o)
33		iftrue 3510	. . . . . . 7 ⊢ (𝑗 ∈ 𝑁 → if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) = 1o)
34	33	adantl 275	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ 𝑗 ∈ 𝑁) → if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) = 1o)
35	32, 34	sseqtrrd 3167	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ 𝑗 ∈ 𝑁) → if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ⊆ if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅))
36		ssid 3148	. . . . . . 7 ⊢ ∅ ⊆ ∅
37	36	a1i 9	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ ¬ 𝑗 ∈ 𝑁) → ∅ ⊆ ∅)
38		nnord 4569	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑁 ∈ ω → Ord 𝑁)
39		ordtr 4337	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (Ord 𝑁 → Tr 𝑁)
40	38, 39	syl 14	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑁 ∈ ω → Tr 𝑁)
41		trsuc 4381	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((Tr 𝑁 ∧ suc 𝑗 ∈ 𝑁) → 𝑗 ∈ 𝑁)
42	40, 41	sylan 281	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ suc 𝑗 ∈ 𝑁) → 𝑗 ∈ 𝑁)
43	42	ex 114	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑁 ∈ ω → (suc 𝑗 ∈ 𝑁 → 𝑗 ∈ 𝑁))
44	43	adantr 274	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → (suc 𝑗 ∈ 𝑁 → 𝑗 ∈ 𝑁))
45	44	con3dimp 625	. . . . . . 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 3513	. . . . . . 7 ⊢ (¬ 𝑗 ∈ 𝑁 → if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) = ∅)
48	47	adantl 275	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ ¬ 𝑗 ∈ 𝑁) → if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) = ∅)
49	37, 46, 48	3sstr4d 3173	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) ∧ ¬ 𝑗 ∈ 𝑁) → if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ⊆ if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅))
50		nndcel 6440	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑗 ∈ ω ∧ 𝑁 ∈ ω) → DECID 𝑗 ∈ 𝑁)
51	50	ancoms 266	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → DECID 𝑗 ∈ 𝑁)
52		exmiddc 822	. . . . . 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 788	. . . 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 3540	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ∈ 2o)
58		eleq1 2220	. . . . . . 7 ⊢ (𝑖 = suc 𝑗 → (𝑖 ∈ 𝑁 ↔ suc 𝑗 ∈ 𝑁))
59	58	ifbid 3526	. . . . . 6 ⊢ (𝑖 = suc 𝑗 → if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅) = if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅))
60		eqid 2157	. . . . . 6 ⊢ (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) = (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))
61	59, 60	fvmptg 5541	. . . . 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 409	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘suc 𝑗) = if(suc 𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅))
63		simpr 109	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → 𝑗 ∈ ω)
64	55, 56, 51	ifcldcd 3540	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ∈ 2o)
65		eleq1 2220	. . . . . . 7 ⊢ (𝑖 = 𝑗 → (𝑖 ∈ 𝑁 ↔ 𝑗 ∈ 𝑁))
66	65	ifbid 3526	. . . . . 6 ⊢ (𝑖 = 𝑗 → if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅) = if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅))
67	66, 60	fvmptg 5541	. . . . 5 ⊢ ((𝑗 ∈ ω ∧ if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅) ∈ 2o) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘𝑗) = if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅))
68	63, 64, 67	syl2anc 409	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘𝑗) = if(𝑗 ∈ 𝑁, 1o, ∅))
69	54, 62, 68	3sstr4d 3173	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝑗 ∈ ω) → ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘suc 𝑗) ⊆ ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘𝑗))
70	69	ralrimiva 2530	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ ω → ∀𝑗 ∈ ω ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘suc 𝑗) ⊆ ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘𝑗))
71		fveq1 5464	. . . . 5 ⊢ (𝑓 = (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) → (𝑓‘suc 𝑗) = ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘suc 𝑗))
72		fveq1 5464	. . . . 5 ⊢ (𝑓 = (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) → (𝑓‘𝑗) = ((𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅))‘𝑗))
73	71, 72	sseq12d 3159	. . . 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 2457	. . 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 7054	. . 3 ⊢ ℕ∞ = {𝑓 ∈ (2o ↑𝑚 ω) ∣ ∀𝑗 ∈ ω (𝑓‘suc 𝑗) ⊆ (𝑓‘𝑗)}
76	74, 75	elrab2 2871	. 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 414	1 ⊢ (𝑁 ∈ ω → (𝑖 ∈ ω ↦ if(𝑖 ∈ 𝑁, 1o, ∅)) ∈ ℕ∞)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 103   ↔ wb 104   ∨ wo 698  DECID wdc 820   = wceq 1335   ∈ wcel 2128  ∀wral 2435   ⊆ wss 3102  ∅c0 3394  ifcif 3505   ↦ cmpt 4025  Tr wtr 4062  Ord word 4321  suc csuc 4324  ωcom 4547  ⟶wf 5163  ‘cfv 5167  (class class class)co 5818  1_oc1o 6350  2_oc2o 6351   ↑_𝑚 cmap 6586  ℕ_∞xnninf 7053

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 604  ax-in2 605  ax-io 699  ax-5 1427  ax-7 1428  ax-gen 1429  ax-ie1 1473  ax-ie2 1474  ax-8 1484  ax-10 1485  ax-11 1486  ax-i12 1487  ax-bndl 1489  ax-4 1490  ax-17 1506  ax-i9 1510  ax-ial 1514  ax-i5r 1515  ax-13 2130  ax-14 2131  ax-ext 2139  ax-sep 4082  ax-nul 4090  ax-pow 4134  ax-pr 4168  ax-un 4392  ax-setind 4494  ax-iinf 4545

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 821  df-3or 964  df-3an 965  df-tru 1338  df-fal 1341  df-nf 1441  df-sb 1743  df-eu 2009  df-mo 2010  df-clab 2144  df-cleq 2150  df-clel 2153  df-nfc 2288  df-ne 2328  df-ral 2440  df-rex 2441  df-rab 2444  df-v 2714  df-sbc 2938  df-dif 3104  df-un 3106  df-in 3108  df-ss 3115  df-nul 3395  df-if 3506  df-pw 3545  df-sn 3566  df-pr 3567  df-op 3569  df-uni 3773  df-int 3808  df-br 3966  df-opab 4026  df-mpt 4027  df-tr 4063  df-id 4252  df-iord 4325  df-on 4327  df-suc 4330  df-iom 4548  df-xp 4589  df-rel 4590  df-cnv 4591  df-co 4592  df-dm 4593  df-rn 4594  df-res 4595  df-ima 4596  df-iota 5132  df-fun 5169  df-fn 5170  df-f 5171  df-fv 5175  df-ov 5821  df-oprab 5822  df-mpo 5823  df-1o 6357  df-2o 6358  df-map 6588  df-nninf 7054

This theorem is referenced by:  nnnninf2  7059  fnn0nninf  10318  nninfsellemdc  13544  nninfsellemqall  13549  nninffeq  13554