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Theorem xpfi 6771
Description: The Cartesian product of two finite sets is finite. Lemma 8.1.16 of [AczelRathjen], p. 74. (Contributed by Jeff Madsen, 2-Sep-2009.) (Revised by Mario Carneiro, 12-Mar-2015.)
Assertion
Ref Expression
xpfi ((𝐴 ∈ Fin ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (𝐴 × 𝐵) ∈ Fin)

Proof of Theorem xpfi
Dummy variables 𝑤 𝑥 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 xpeq1 4513 . . . . 5 (𝑥 = ∅ → (𝑥 × 𝐵) = (∅ × 𝐵))
21eleq1d 2183 . . . 4 (𝑥 = ∅ → ((𝑥 × 𝐵) ∈ Fin ↔ (∅ × 𝐵) ∈ Fin))
32imbi2d 229 . . 3 (𝑥 = ∅ → ((𝐵 ∈ Fin → (𝑥 × 𝐵) ∈ Fin) ↔ (𝐵 ∈ Fin → (∅ × 𝐵) ∈ Fin)))
4 xpeq1 4513 . . . . 5 (𝑥 = (𝑦 ∖ {𝑧}) → (𝑥 × 𝐵) = ((𝑦 ∖ {𝑧}) × 𝐵))
54eleq1d 2183 . . . 4 (𝑥 = (𝑦 ∖ {𝑧}) → ((𝑥 × 𝐵) ∈ Fin ↔ ((𝑦 ∖ {𝑧}) × 𝐵) ∈ Fin))
65imbi2d 229 . . 3 (𝑥 = (𝑦 ∖ {𝑧}) → ((𝐵 ∈ Fin → (𝑥 × 𝐵) ∈ Fin) ↔ (𝐵 ∈ Fin → ((𝑦 ∖ {𝑧}) × 𝐵) ∈ Fin)))
7 xpeq1 4513 . . . . 5 (𝑥 = 𝑦 → (𝑥 × 𝐵) = (𝑦 × 𝐵))
87eleq1d 2183 . . . 4 (𝑥 = 𝑦 → ((𝑥 × 𝐵) ∈ Fin ↔ (𝑦 × 𝐵) ∈ Fin))
98imbi2d 229 . . 3 (𝑥 = 𝑦 → ((𝐵 ∈ Fin → (𝑥 × 𝐵) ∈ Fin) ↔ (𝐵 ∈ Fin → (𝑦 × 𝐵) ∈ Fin)))
10 xpeq1 4513 . . . . 5 (𝑥 = 𝐴 → (𝑥 × 𝐵) = (𝐴 × 𝐵))
1110eleq1d 2183 . . . 4 (𝑥 = 𝐴 → ((𝑥 × 𝐵) ∈ Fin ↔ (𝐴 × 𝐵) ∈ Fin))
1211imbi2d 229 . . 3 (𝑥 = 𝐴 → ((𝐵 ∈ Fin → (𝑥 × 𝐵) ∈ Fin) ↔ (𝐵 ∈ Fin → (𝐴 × 𝐵) ∈ Fin)))
13 0xp 4579 . . . . 5 (∅ × 𝐵) = ∅
14 0fin 6731 . . . . 5 ∅ ∈ Fin
1513, 14eqeltri 2187 . . . 4 (∅ × 𝐵) ∈ Fin
1615a1i 9 . . 3 (𝐵 ∈ Fin → (∅ × 𝐵) ∈ Fin)
17 xpeq1 4513 . . . . . . . 8 (𝑦 = ∅ → (𝑦 × 𝐵) = (∅ × 𝐵))
1817, 15syl6eqel 2205 . . . . . . 7 (𝑦 = ∅ → (𝑦 × 𝐵) ∈ Fin)
1918a1i13 24 . . . . . 6 ((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (𝑦 = ∅ → (∀𝑧𝑦 (𝐵 ∈ Fin → ((𝑦 ∖ {𝑧}) × 𝐵) ∈ Fin) → (𝑦 × 𝐵) ∈ Fin)))
20 sneq 3504 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑧 = 𝑤 → {𝑧} = {𝑤})
2120difeq2d 3160 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑧 = 𝑤 → (𝑦 ∖ {𝑧}) = (𝑦 ∖ {𝑤}))
2221xpeq1d 4522 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑧 = 𝑤 → ((𝑦 ∖ {𝑧}) × 𝐵) = ((𝑦 ∖ {𝑤}) × 𝐵))
2322eleq1d 2183 . . . . . . . . . . . 12 (𝑧 = 𝑤 → (((𝑦 ∖ {𝑧}) × 𝐵) ∈ Fin ↔ ((𝑦 ∖ {𝑤}) × 𝐵) ∈ Fin))
2423imbi2d 229 . . . . . . . . . . 11 (𝑧 = 𝑤 → ((𝐵 ∈ Fin → ((𝑦 ∖ {𝑧}) × 𝐵) ∈ Fin) ↔ (𝐵 ∈ Fin → ((𝑦 ∖ {𝑤}) × 𝐵) ∈ Fin)))
2524rspcv 2756 . . . . . . . . . 10 (𝑤𝑦 → (∀𝑧𝑦 (𝐵 ∈ Fin → ((𝑦 ∖ {𝑧}) × 𝐵) ∈ Fin) → (𝐵 ∈ Fin → ((𝑦 ∖ {𝑤}) × 𝐵) ∈ Fin)))
2625adantl 273 . . . . . . . . 9 (((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑤𝑦) → (∀𝑧𝑦 (𝐵 ∈ Fin → ((𝑦 ∖ {𝑧}) × 𝐵) ∈ Fin) → (𝐵 ∈ Fin → ((𝑦 ∖ {𝑤}) × 𝐵) ∈ Fin)))
27 pm2.27 40 . . . . . . . . . 10 (𝐵 ∈ Fin → ((𝐵 ∈ Fin → ((𝑦 ∖ {𝑤}) × 𝐵) ∈ Fin) → ((𝑦 ∖ {𝑤}) × 𝐵) ∈ Fin))
2827ad2antlr 478 . . . . . . . . 9 (((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑤𝑦) → ((𝐵 ∈ Fin → ((𝑦 ∖ {𝑤}) × 𝐵) ∈ Fin) → ((𝑦 ∖ {𝑤}) × 𝐵) ∈ Fin))
29 vex 2660 . . . . . . . . . . . . . . 15 𝑤 ∈ V
3029snex 4069 . . . . . . . . . . . . . 14 {𝑤} ∈ V
31 xpexg 4613 . . . . . . . . . . . . . 14 (({𝑤} ∈ V ∧ 𝐵 ∈ Fin) → ({𝑤} × 𝐵) ∈ V)
3230, 31mpan 418 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐵 ∈ Fin → ({𝑤} × 𝐵) ∈ V)
33 id 19 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐵 ∈ Fin → 𝐵 ∈ Fin)
34 2ndconst 6073 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑤 ∈ V → (2nd ↾ ({𝑤} × 𝐵)):({𝑤} × 𝐵)–1-1-onto𝐵)
3529, 34mp1i 10 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐵 ∈ Fin → (2nd ↾ ({𝑤} × 𝐵)):({𝑤} × 𝐵)–1-1-onto𝐵)
36 f1oen2g 6603 . . . . . . . . . . . . 13 ((({𝑤} × 𝐵) ∈ V ∧ 𝐵 ∈ Fin ∧ (2nd ↾ ({𝑤} × 𝐵)):({𝑤} × 𝐵)–1-1-onto𝐵) → ({𝑤} × 𝐵) ≈ 𝐵)
3732, 33, 35, 36syl3anc 1199 . . . . . . . . . . . 12 (𝐵 ∈ Fin → ({𝑤} × 𝐵) ≈ 𝐵)
38 enfii 6721 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐵 ∈ Fin ∧ ({𝑤} × 𝐵) ≈ 𝐵) → ({𝑤} × 𝐵) ∈ Fin)
3937, 38mpdan 415 . . . . . . . . . . 11 (𝐵 ∈ Fin → ({𝑤} × 𝐵) ∈ Fin)
4039ad2antlr 478 . . . . . . . . . 10 (((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑤𝑦) → ({𝑤} × 𝐵) ∈ Fin)
41 incom 3234 . . . . . . . . . . . . . 14 ({𝑤} ∩ (𝑦 ∖ {𝑤})) = ((𝑦 ∖ {𝑤}) ∩ {𝑤})
42 disjdif 3401 . . . . . . . . . . . . . 14 ({𝑤} ∩ (𝑦 ∖ {𝑤})) = ∅
4341, 42eqtr3i 2137 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑦 ∖ {𝑤}) ∩ {𝑤}) = ∅
44 xpdisj1 4921 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑦 ∖ {𝑤}) ∩ {𝑤}) = ∅ → (((𝑦 ∖ {𝑤}) × 𝐵) ∩ ({𝑤} × 𝐵)) = ∅)
4543, 44ax-mp 7 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑦 ∖ {𝑤}) × 𝐵) ∩ ({𝑤} × 𝐵)) = ∅
46 unfidisj 6763 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝑦 ∖ {𝑤}) × 𝐵) ∈ Fin ∧ ({𝑤} × 𝐵) ∈ Fin ∧ (((𝑦 ∖ {𝑤}) × 𝐵) ∩ ({𝑤} × 𝐵)) = ∅) → (((𝑦 ∖ {𝑤}) × 𝐵) ∪ ({𝑤} × 𝐵)) ∈ Fin)
4745, 46mp3an3 1287 . . . . . . . . . . 11 ((((𝑦 ∖ {𝑤}) × 𝐵) ∈ Fin ∧ ({𝑤} × 𝐵) ∈ Fin) → (((𝑦 ∖ {𝑤}) × 𝐵) ∪ ({𝑤} × 𝐵)) ∈ Fin)
48 xpundir 4556 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑦 ∖ {𝑤}) ∪ {𝑤}) × 𝐵) = (((𝑦 ∖ {𝑤}) × 𝐵) ∪ ({𝑤} × 𝐵))
49 fidifsnid 6718 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝑤𝑦) → ((𝑦 ∖ {𝑤}) ∪ {𝑤}) = 𝑦)
5049adantlr 466 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑤𝑦) → ((𝑦 ∖ {𝑤}) ∪ {𝑤}) = 𝑦)
5150xpeq1d 4522 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑤𝑦) → (((𝑦 ∖ {𝑤}) ∪ {𝑤}) × 𝐵) = (𝑦 × 𝐵))
5248, 51syl5eqr 2161 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑤𝑦) → (((𝑦 ∖ {𝑤}) × 𝐵) ∪ ({𝑤} × 𝐵)) = (𝑦 × 𝐵))
5352eleq1d 2183 . . . . . . . . . . 11 (((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑤𝑦) → ((((𝑦 ∖ {𝑤}) × 𝐵) ∪ ({𝑤} × 𝐵)) ∈ Fin ↔ (𝑦 × 𝐵) ∈ Fin))
5447, 53syl5ib 153 . . . . . . . . . 10 (((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑤𝑦) → ((((𝑦 ∖ {𝑤}) × 𝐵) ∈ Fin ∧ ({𝑤} × 𝐵) ∈ Fin) → (𝑦 × 𝐵) ∈ Fin))
5540, 54mpan2d 422 . . . . . . . . 9 (((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑤𝑦) → (((𝑦 ∖ {𝑤}) × 𝐵) ∈ Fin → (𝑦 × 𝐵) ∈ Fin))
5626, 28, 553syld 57 . . . . . . . 8 (((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝐵 ∈ Fin) ∧ 𝑤𝑦) → (∀𝑧𝑦 (𝐵 ∈ Fin → ((𝑦 ∖ {𝑧}) × 𝐵) ∈ Fin) → (𝑦 × 𝐵) ∈ Fin))
5756ex 114 . . . . . . 7 ((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (𝑤𝑦 → (∀𝑧𝑦 (𝐵 ∈ Fin → ((𝑦 ∖ {𝑧}) × 𝐵) ∈ Fin) → (𝑦 × 𝐵) ∈ Fin)))
5857exlimdv 1773 . . . . . 6 ((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (∃𝑤 𝑤𝑦 → (∀𝑧𝑦 (𝐵 ∈ Fin → ((𝑦 ∖ {𝑧}) × 𝐵) ∈ Fin) → (𝑦 × 𝐵) ∈ Fin)))
59 fin0or 6733 . . . . . . 7 (𝑦 ∈ Fin → (𝑦 = ∅ ∨ ∃𝑤 𝑤𝑦))
6059adantr 272 . . . . . 6 ((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (𝑦 = ∅ ∨ ∃𝑤 𝑤𝑦))
6119, 58, 60mpjaod 690 . . . . 5 ((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (∀𝑧𝑦 (𝐵 ∈ Fin → ((𝑦 ∖ {𝑧}) × 𝐵) ∈ Fin) → (𝑦 × 𝐵) ∈ Fin))
6261ex 114 . . . 4 (𝑦 ∈ Fin → (𝐵 ∈ Fin → (∀𝑧𝑦 (𝐵 ∈ Fin → ((𝑦 ∖ {𝑧}) × 𝐵) ∈ Fin) → (𝑦 × 𝐵) ∈ Fin)))
6362com23 78 . . 3 (𝑦 ∈ Fin → (∀𝑧𝑦 (𝐵 ∈ Fin → ((𝑦 ∖ {𝑧}) × 𝐵) ∈ Fin) → (𝐵 ∈ Fin → (𝑦 × 𝐵) ∈ Fin)))
643, 6, 9, 12, 16, 63findcard 6735 . 2 (𝐴 ∈ Fin → (𝐵 ∈ Fin → (𝐴 × 𝐵) ∈ Fin))
6564imp 123 1 ((𝐴 ∈ Fin ∧ 𝐵 ∈ Fin) → (𝐴 × 𝐵) ∈ Fin)
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:  wi 4  wa 103  wo 680   = wceq 1314  wex 1451  wcel 1463  wral 2390  Vcvv 2657  cdif 3034  cun 3035  cin 3036  c0 3329  {csn 3493   class class class wbr 3895   × cxp 4497  cres 4501  1-1-ontowf1o 5080  2nd c2nd 5991  cen 6586  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-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-1st 5992  df-2nd 5993  df-1o 6267  df-er 6383  df-en 6589  df-fin 6591
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