Theorem pwf1oexmid 15644

Description: An exercise related to 𝑁 copies of a singleton and the power set of a singleton (where the latter can also be thought of as representing truth values). Posed as an exercise by Martin Escardo online. (Contributed by Jim Kingdon, 3-Sep-2023.)

Hypothesis

Ref	Expression
pwle2.t	⊢ 𝑇 = ∪ 𝑥 ∈ 𝑁 ({𝑥} × 1o)

Assertion

Ref	Expression
pwf1oexmid	⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) → (ran 𝐺 = 𝒫 1o ↔ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)))

Distinct variable group:   𝑥,𝑁

Allowed substitution hints:   𝑇(𝑥)   𝐺(𝑥)

Proof of Theorem pwf1oexmid

Step	Hyp	Ref	Expression
1		pwle2.t	. . . . . 6 ⊢ 𝑇 = ∪ 𝑥 ∈ 𝑁 ({𝑥} × 1o)
2	1	pwle2 15643	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) → 𝑁 ⊆ 2o)
3	2	adantr 276	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝑁 ⊆ 2o)
4		pw1dom2 7294	. . . . . 6 ⊢ 2o ≼ 𝒫 1o
5		iunxpconst 4723	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ∪ 𝑥 ∈ 𝑁 ({𝑥} × 1o) = (𝑁 × 1o)
6		df1o2 6487	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 1o = {∅}
7	6	xpeq2i 4684	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑁 × 1o) = (𝑁 × {∅})
8	1, 5, 7	3eqtri 2221	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 𝑇 = (𝑁 × {∅})
9		peano1 4630	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ∅ ∈ ω
10		xpsneng 6881	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ ∅ ∈ ω) → (𝑁 × {∅}) ≈ 𝑁)
11	9, 10	mpan2 425	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑁 ∈ ω → (𝑁 × {∅}) ≈ 𝑁)
12	8, 11	eqbrtrid 4068	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑁 ∈ ω → 𝑇 ≈ 𝑁)
13	12	ad2antrr 488	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝑇 ≈ 𝑁)
14	13	ensymd 6842	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝑁 ≈ 𝑇)
15		relen 6803	. . . . . . . . . 10 ⊢ Rel ≈
16		brrelex1 4702	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((Rel ≈ ∧ 𝑇 ≈ 𝑁) → 𝑇 ∈ V)
17	15, 13, 16	sylancr 414	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝑇 ∈ V)
18		simplr 528	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o)
19		simpr 110	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → ran 𝐺 = 𝒫 1o)
20		dff1o5 5513	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐺:𝑇–1-1-onto→𝒫 1o ↔ (𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o))
21	18, 19, 20	sylanbrc 417	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝐺:𝑇–1-1-onto→𝒫 1o)
22		f1oeng 6816	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑇 ∈ V ∧ 𝐺:𝑇–1-1-onto→𝒫 1o) → 𝑇 ≈ 𝒫 1o)
23	17, 21, 22	syl2anc 411	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝑇 ≈ 𝒫 1o)
24		entr 6843	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁 ≈ 𝑇 ∧ 𝑇 ≈ 𝒫 1o) → 𝑁 ≈ 𝒫 1o)
25	14, 23, 24	syl2anc 411	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝑁 ≈ 𝒫 1o)
26	25	ensymd 6842	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝒫 1o ≈ 𝑁)
27		domentr 6850	. . . . . 6 ⊢ ((2o ≼ 𝒫 1o ∧ 𝒫 1o ≈ 𝑁) → 2o ≼ 𝑁)
28	4, 26, 27	sylancr 414	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 2o ≼ 𝑁)
29		2onn 6579	. . . . . . 7 ⊢ 2o ∈ ω
30		nndomo 6925	. . . . . . 7 ⊢ ((2o ∈ ω ∧ 𝑁 ∈ ω) → (2o ≼ 𝑁 ↔ 2o ⊆ 𝑁))
31	29, 30	mpan 424	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ ω → (2o ≼ 𝑁 ↔ 2o ⊆ 𝑁))
32	31	ad2antrr 488	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → (2o ≼ 𝑁 ↔ 2o ⊆ 𝑁))
33	28, 32	mpbid 147	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 2o ⊆ 𝑁)
34	3, 33	eqssd 3200	. . 3 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝑁 = 2o)
35	26, 34	breqtrd 4059	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝒫 1o ≈ 2o)
36		exmidpw 6969	. . . 4 ⊢ (EXMID ↔ 𝒫 1o ≈ 2o)
37	35, 36	sylibr 134	. . 3 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → EXMID)
38	34, 37	jca 306	. 2 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → (𝑁 = 2o ∧ EXMID))
39		simplr 528	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o)
40	12	ad2antrr 488	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → 𝑇 ≈ 𝑁)
41		simprl 529	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → 𝑁 = 2o)
42	40, 41	breqtrd 4059	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → 𝑇 ≈ 2o)
43		simprr 531	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → EXMID)
44	43, 36	sylib 122	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → 𝒫 1o ≈ 2o)
45	44	ensymd 6842	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → 2o ≈ 𝒫 1o)
46		entr 6843	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑇 ≈ 2o ∧ 2o ≈ 𝒫 1o) → 𝑇 ≈ 𝒫 1o)
47	42, 45, 46	syl2anc 411	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → 𝑇 ≈ 𝒫 1o)
48		nnfi 6933	. . . . . . . 8 ⊢ (2o ∈ ω → 2o ∈ Fin)
49	29, 48	mp1i 10	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → 2o ∈ Fin)
50		enfi 6934	. . . . . . . 8 ⊢ (𝒫 1o ≈ 2o → (𝒫 1o ∈ Fin ↔ 2o ∈ Fin))
51	44, 50	syl 14	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → (𝒫 1o ∈ Fin ↔ 2o ∈ Fin))
52	49, 51	mpbird 167	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → 𝒫 1o ∈ Fin)
53		f1finf1o 7013	. . . . . 6 ⊢ ((𝑇 ≈ 𝒫 1o ∧ 𝒫 1o ∈ Fin) → (𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o ↔ 𝐺:𝑇–1-1-onto→𝒫 1o))
54	47, 52, 53	syl2anc 411	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → (𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o ↔ 𝐺:𝑇–1-1-onto→𝒫 1o))
55	39, 54	mpbid 147	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → 𝐺:𝑇–1-1-onto→𝒫 1o)
56	55, 20	sylib 122	. . 3 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → (𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o))
57	56	simprd 114	. 2 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → ran 𝐺 = 𝒫 1o)
58	38, 57	impbida 596	1 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) → (ran 𝐺 = 𝒫 1o ↔ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   ↔ wb 105   = wceq 1364   ∈ wcel 2167  Vcvv 2763   ⊆ wss 3157  ∅c0 3450  𝒫 cpw 3605  {csn 3622  ∪ ciun 3916   class class class wbr 4033  EXMIDwem 4227  ωcom 4626   × cxp 4661  ran crn 4664  Rel wrel 4668  –1-1→wf1 5255  –1-1-onto→wf1o 5257  1_oc1o 6467  2_oc2o 6468   ≈ cen 6797   ≼ cdom 6798  Fincfn 6799

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 615  ax-in2 616  ax-io 710  ax-5 1461  ax-7 1462  ax-gen 1463  ax-ie1 1507  ax-ie2 1508  ax-8 1518  ax-10 1519  ax-11 1520  ax-i12 1521  ax-bndl 1523  ax-4 1524  ax-17 1540  ax-i9 1544  ax-ial 1548  ax-i5r 1549  ax-13 2169  ax-14 2170  ax-ext 2178  ax-coll 4148  ax-sep 4151  ax-nul 4159  ax-pow 4207  ax-pr 4242  ax-un 4468  ax-setind 4573  ax-iinf 4624

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 836  df-3or 981  df-3an 982  df-tru 1367  df-fal 1370  df-nf 1475  df-sb 1777  df-eu 2048  df-mo 2049  df-clab 2183  df-cleq 2189  df-clel 2192  df-nfc 2328  df-ne 2368  df-ral 2480  df-rex 2481  df-reu 2482  df-rab 2484  df-v 2765  df-sbc 2990  df-csb 3085  df-dif 3159  df-un 3161  df-in 3163  df-ss 3170  df-nul 3451  df-if 3562  df-pw 3607  df-sn 3628  df-pr 3629  df-op 3631  df-uni 3840  df-int 3875  df-iun 3918  df-br 4034  df-opab 4095  df-mpt 4096  df-tr 4132  df-exmid 4228  df-id 4328  df-iord 4401  df-on 4403  df-suc 4406  df-iom 4627  df-xp 4669  df-rel 4670  df-cnv 4671  df-co 4672  df-dm 4673  df-rn 4674  df-res 4675  df-ima 4676  df-iota 5219  df-fun 5260  df-fn 5261  df-f 5262  df-f1 5263  df-fo 5264  df-f1o 5265  df-fv 5266  df-1o 6474  df-2o 6475  df-er 6592  df-en 6800  df-dom 6801  df-fin 6802

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