Theorem pwf1oexmid 12884

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 12883	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) → 𝑁 ⊆ 2o)
3	2	adantr 272	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝑁 ⊆ 2o)
4		pw1dom2 12880	. . . . . 6 ⊢ 2o ≼ 𝒫 1o
5		iunxpconst 4559	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ∪ 𝑥 ∈ 𝑁 ({𝑥} × 1o) = (𝑁 × 1o)
6		df1o2 6280	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 1o = {∅}
7	6	xpeq2i 4520	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑁 × 1o) = (𝑁 × {∅})
8	1, 5, 7	3eqtri 2139	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 𝑇 = (𝑁 × {∅})
9		peano1 4468	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ∅ ∈ ω
10		xpsneng 6669	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ ∅ ∈ ω) → (𝑁 × {∅}) ≈ 𝑁)
11	9, 10	mpan2 419	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑁 ∈ ω → (𝑁 × {∅}) ≈ 𝑁)
12	8, 11	eqbrtrid 3928	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑁 ∈ ω → 𝑇 ≈ 𝑁)
13	12	ad2antrr 477	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝑇 ≈ 𝑁)
14	13	ensymd 6631	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝑁 ≈ 𝑇)
15		relen 6592	. . . . . . . . . 10 ⊢ Rel ≈
16		brrelex1 4538	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((Rel ≈ ∧ 𝑇 ≈ 𝑁) → 𝑇 ∈ V)
17	15, 13, 16	sylancr 408	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝑇 ∈ V)
18		simplr 502	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o)
19		simpr 109	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → ran 𝐺 = 𝒫 1o)
20		dff1o5 5332	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐺:𝑇–1-1-onto→𝒫 1o ↔ (𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o))
21	18, 19, 20	sylanbrc 411	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝐺:𝑇–1-1-onto→𝒫 1o)
22		f1oeng 6605	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑇 ∈ V ∧ 𝐺:𝑇–1-1-onto→𝒫 1o) → 𝑇 ≈ 𝒫 1o)
23	17, 21, 22	syl2anc 406	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝑇 ≈ 𝒫 1o)
24		entr 6632	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁 ≈ 𝑇 ∧ 𝑇 ≈ 𝒫 1o) → 𝑁 ≈ 𝒫 1o)
25	14, 23, 24	syl2anc 406	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝑁 ≈ 𝒫 1o)
26	25	ensymd 6631	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝒫 1o ≈ 𝑁)
27		domentr 6639	. . . . . 6 ⊢ ((2o ≼ 𝒫 1o ∧ 𝒫 1o ≈ 𝑁) → 2o ≼ 𝑁)
28	4, 26, 27	sylancr 408	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 2o ≼ 𝑁)
29		2onn 6371	. . . . . . 7 ⊢ 2o ∈ ω
30		nndomo 6711	. . . . . . 7 ⊢ ((2o ∈ ω ∧ 𝑁 ∈ ω) → (2o ≼ 𝑁 ↔ 2o ⊆ 𝑁))
31	29, 30	mpan 418	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ ω → (2o ≼ 𝑁 ↔ 2o ⊆ 𝑁))
32	31	ad2antrr 477	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → (2o ≼ 𝑁 ↔ 2o ⊆ 𝑁))
33	28, 32	mpbid 146	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 2o ⊆ 𝑁)
34	3, 33	eqssd 3080	. . 3 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝑁 = 2o)
35	26, 34	breqtrd 3919	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → 𝒫 1o ≈ 2o)
36		exmidpw 6755	. . . 4 ⊢ (EXMID ↔ 𝒫 1o ≈ 2o)
37	35, 36	sylibr 133	. . 3 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → EXMID)
38	34, 37	jca 302	. 2 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ ran 𝐺 = 𝒫 1o) → (𝑁 = 2o ∧ EXMID))
39		simplr 502	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o)
40	12	ad2antrr 477	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → 𝑇 ≈ 𝑁)
41		simprl 503	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → 𝑁 = 2o)
42	40, 41	breqtrd 3919	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → 𝑇 ≈ 2o)
43		simprr 504	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → EXMID)
44	43, 36	sylib 121	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → 𝒫 1o ≈ 2o)
45	44	ensymd 6631	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → 2o ≈ 𝒫 1o)
46		entr 6632	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑇 ≈ 2o ∧ 2o ≈ 𝒫 1o) → 𝑇 ≈ 𝒫 1o)
47	42, 45, 46	syl2anc 406	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → 𝑇 ≈ 𝒫 1o)
48		nnfi 6719	. . . . . . . 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 6720	. . . . . . . 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 166	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → 𝒫 1o ∈ Fin)
53		f1finf1o 6787	. . . . . 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 406	. . . . 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 146	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → 𝐺:𝑇–1-1-onto→𝒫 1o)
56	55, 20	sylib 121	. . 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 113	. 2 ⊢ (((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) ∧ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)) → ran 𝐺 = 𝒫 1o)
58	38, 57	impbida 568	1 ⊢ ((𝑁 ∈ ω ∧ 𝐺:𝑇–1-1→𝒫 1o) → (ran 𝐺 = 𝒫 1o ↔ (𝑁 = 2o ∧ EXMID)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 103   ↔ wb 104   = wceq 1314   ∈ wcel 1463  Vcvv 2657   ⊆ wss 3037  ∅c0 3329  𝒫 cpw 3476  {csn 3493  ∪ ciun 3779   class class class wbr 3895  EXMIDwem 4078  ωcom 4464   × cxp 4497  ran crn 4500  Rel wrel 4504  –1-1→wf1 5078  –1-1-onto→wf1o 5080  1_oc1o 6260  2_oc2o 6261   ≈ cen 6586   ≼ cdom 6587  Fincfn 6588

This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 586  ax-in2 587  ax-io 681  ax-5 1406  ax-7 1407  ax-gen 1408  ax-ie1 1452  ax-ie2 1453  ax-8 1465  ax-10 1466  ax-11 1467  ax-i12 1468  ax-bndl 1469  ax-4 1470  ax-13 1474  ax-14 1475  ax-17 1489  ax-i9 1493  ax-ial 1497  ax-i5r 1498  ax-ext 2097  ax-coll 4003  ax-sep 4006  ax-nul 4014  ax-pow 4058  ax-pr 4091  ax-un 4315  ax-setind 4412  ax-iinf 4462

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 803  df-3or 946  df-3an 947  df-tru 1317  df-fal 1320  df-nf 1420  df-sb 1719  df-eu 1978  df-mo 1979  df-clab 2102  df-cleq 2108  df-clel 2111  df-nfc 2244  df-ne 2283  df-ral 2395  df-rex 2396  df-reu 2397  df-rab 2399  df-v 2659  df-sbc 2879  df-csb 2972  df-dif 3039  df-un 3041  df-in 3043  df-ss 3050  df-nul 3330  df-if 3441  df-pw 3478  df-sn 3499  df-pr 3500  df-op 3502  df-uni 3703  df-int 3738  df-iun 3781  df-br 3896  df-opab 3950  df-mpt 3951  df-tr 3987  df-exmid 4079  df-id 4175  df-iord 4248  df-on 4250  df-suc 4253  df-iom 4465  df-xp 4505  df-rel 4506  df-cnv 4507  df-co 4508  df-dm 4509  df-rn 4510  df-res 4511  df-ima 4512  df-iota 5046  df-fun 5083  df-fn 5084  df-f 5085  df-f1 5086  df-fo 5087  df-f1o 5088  df-fv 5089  df-1o 6267  df-2o 6268  df-er 6383  df-en 6589  df-dom 6590  df-fin 6591

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