Theorem ackendofnn0 47271

Description: The Ackermann function at any nonnegative integer is an endofunction on the nonnegative integers. (Contributed by AV, 8-May-2024.)

Assertion

Ref	Expression
ackendofnn0	⊢ (𝑀 ∈ ℕ0 → (Ack‘𝑀):ℕ0⟶ℕ0)

Proof of Theorem ackendofnn0

Dummy variables 𝑥 𝑦 𝑛 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		fveq2 6887	. . 3 ⊢ (𝑥 = 0 → (Ack‘𝑥) = (Ack‘0))
2	1	feq1d 6698	. 2 ⊢ (𝑥 = 0 → ((Ack‘𝑥):ℕ0⟶ℕ0 ↔ (Ack‘0):ℕ0⟶ℕ0))
3		fveq2 6887	. . 3 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → (Ack‘𝑥) = (Ack‘𝑦))
4	3	feq1d 6698	. 2 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → ((Ack‘𝑥):ℕ0⟶ℕ0 ↔ (Ack‘𝑦):ℕ0⟶ℕ0))
5		fveq2 6887	. . 3 ⊢ (𝑥 = (𝑦 + 1) → (Ack‘𝑥) = (Ack‘(𝑦 + 1)))
6	5	feq1d 6698	. 2 ⊢ (𝑥 = (𝑦 + 1) → ((Ack‘𝑥):ℕ0⟶ℕ0 ↔ (Ack‘(𝑦 + 1)):ℕ0⟶ℕ0))
7		fveq2 6887	. . 3 ⊢ (𝑥 = 𝑀 → (Ack‘𝑥) = (Ack‘𝑀))
8	7	feq1d 6698	. 2 ⊢ (𝑥 = 𝑀 → ((Ack‘𝑥):ℕ0⟶ℕ0 ↔ (Ack‘𝑀):ℕ0⟶ℕ0))
9		ackval0 47267	. . 3 ⊢ (Ack‘0) = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (𝑛 + 1))
10		peano2nn0 12507	. . 3 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (𝑛 + 1) ∈ ℕ0)
11	9, 10	fmpti 7106	. 2 ⊢ (Ack‘0):ℕ0⟶ℕ0
12		nn0ex 12473	. . . . . . . 8 ⊢ ℕ0 ∈ V
13	12	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑦 ∈ ℕ0 ∧ (Ack‘𝑦):ℕ0⟶ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → ℕ0 ∈ V)
14		simplr 768	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑦 ∈ ℕ0 ∧ (Ack‘𝑦):ℕ0⟶ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (Ack‘𝑦):ℕ0⟶ℕ0)
15	10	adantl 483	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑦 ∈ ℕ0 ∧ (Ack‘𝑦):ℕ0⟶ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (𝑛 + 1) ∈ ℕ0)
16	13, 14, 15	itcovalendof 47256	. . . . . 6 ⊢ (((𝑦 ∈ ℕ0 ∧ (Ack‘𝑦):ℕ0⟶ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → ((IterComp‘(Ack‘𝑦))‘(𝑛 + 1)):ℕ0⟶ℕ0)
17		1nn0 12483	. . . . . 6 ⊢ 1 ∈ ℕ0
18		ffvelcdm 7078	. . . . . 6 ⊢ ((((IterComp‘(Ack‘𝑦))‘(𝑛 + 1)):ℕ0⟶ℕ0 ∧ 1 ∈ ℕ0) → (((IterComp‘(Ack‘𝑦))‘(𝑛 + 1))‘1) ∈ ℕ0)
19	16, 17, 18	sylancl 587	. . . . 5 ⊢ (((𝑦 ∈ ℕ0 ∧ (Ack‘𝑦):ℕ0⟶ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (((IterComp‘(Ack‘𝑦))‘(𝑛 + 1))‘1) ∈ ℕ0)
20		eqid 2733	. . . . 5 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (((IterComp‘(Ack‘𝑦))‘(𝑛 + 1))‘1)) = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (((IterComp‘(Ack‘𝑦))‘(𝑛 + 1))‘1))
21	19, 20	fmptd 7108	. . . 4 ⊢ ((𝑦 ∈ ℕ0 ∧ (Ack‘𝑦):ℕ0⟶ℕ0) → (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (((IterComp‘(Ack‘𝑦))‘(𝑛 + 1))‘1)):ℕ0⟶ℕ0)
22		ackvalsuc1mpt 47265	. . . . . 6 ⊢ (𝑦 ∈ ℕ0 → (Ack‘(𝑦 + 1)) = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (((IterComp‘(Ack‘𝑦))‘(𝑛 + 1))‘1)))
23	22	adantr 482	. . . . 5 ⊢ ((𝑦 ∈ ℕ0 ∧ (Ack‘𝑦):ℕ0⟶ℕ0) → (Ack‘(𝑦 + 1)) = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (((IterComp‘(Ack‘𝑦))‘(𝑛 + 1))‘1)))
24	23	feq1d 6698	. . . 4 ⊢ ((𝑦 ∈ ℕ0 ∧ (Ack‘𝑦):ℕ0⟶ℕ0) → ((Ack‘(𝑦 + 1)):ℕ0⟶ℕ0 ↔ (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (((IterComp‘(Ack‘𝑦))‘(𝑛 + 1))‘1)):ℕ0⟶ℕ0))
25	21, 24	mpbird 257	. . 3 ⊢ ((𝑦 ∈ ℕ0 ∧ (Ack‘𝑦):ℕ0⟶ℕ0) → (Ack‘(𝑦 + 1)):ℕ0⟶ℕ0)
26	25	ex 414	. 2 ⊢ (𝑦 ∈ ℕ0 → ((Ack‘𝑦):ℕ0⟶ℕ0 → (Ack‘(𝑦 + 1)):ℕ0⟶ℕ0))
27	2, 4, 6, 8, 11, 26	nn0ind 12652	1 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ0 → (Ack‘𝑀):ℕ0⟶ℕ0)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 397   = wceq 1542   ∈ wcel 2107  Vcvv 3475   ↦ cmpt 5229  ⟶wf 6535  ‘cfv 6539  (class class class)co 7403  0cc0 11105  1c1 11106   + caddc 11108  ℕ₀cn0 12467  IterCompcitco 47244  Ackcack 47245

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2138  ax-11 2155  ax-12 2172  ax-ext 2704  ax-rep 5283  ax-sep 5297  ax-nul 5304  ax-pow 5361  ax-pr 5425  ax-un 7719  ax-inf2 9631  ax-cnex 11161  ax-resscn 11162  ax-1cn 11163  ax-icn 11164  ax-addcl 11165  ax-addrcl 11166  ax-mulcl 11167  ax-mulrcl 11168  ax-mulcom 11169  ax-addass 11170  ax-mulass 11171  ax-distr 11172  ax-i2m1 11173  ax-1ne0 11174  ax-1rid 11175  ax-rnegex 11176  ax-rrecex 11177  ax-cnre 11178  ax-pre-lttri 11179  ax-pre-lttrn 11180  ax-pre-ltadd 11181  ax-pre-mulgt0 11182

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 398  df-or 847  df-3or 1089  df-3an 1090  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2069  df-mo 2535  df-eu 2564  df-clab 2711  df-cleq 2725  df-clel 2811  df-nfc 2886  df-ne 2942  df-nel 3048  df-ral 3063  df-rex 3072  df-reu 3378  df-rab 3434  df-v 3477  df-sbc 3776  df-csb 3892  df-dif 3949  df-un 3951  df-in 3953  df-ss 3963  df-pss 3965  df-nul 4321  df-if 4527  df-pw 4602  df-sn 4627  df-pr 4629  df-op 4633  df-uni 4907  df-iun 4997  df-br 5147  df-opab 5209  df-mpt 5230  df-tr 5264  df-id 5572  df-eprel 5578  df-po 5586  df-so 5587  df-fr 5629  df-we 5631  df-xp 5680  df-rel 5681  df-cnv 5682  df-co 5683  df-dm 5684  df-rn 5685  df-res 5686  df-ima 5687  df-pred 6296  df-ord 6363  df-on 6364  df-lim 6365  df-suc 6366  df-iota 6491  df-fun 6541  df-fn 6542  df-f 6543  df-f1 6544  df-fo 6545  df-f1o 6546  df-fv 6547  df-riota 7359  df-ov 7406  df-oprab 7407  df-mpo 7408  df-om 7850  df-2nd 7970  df-frecs 8260  df-wrecs 8291  df-recs 8365  df-rdg 8404  df-er 8698  df-en 8935  df-dom 8936  df-sdom 8937  df-pnf 11245  df-mnf 11246  df-xr 11247  df-ltxr 11248  df-le 11249  df-sub 11441  df-neg 11442  df-nn 12208  df-n0 12468  df-z 12554  df-uz 12818  df-seq 13962  df-itco 47246  df-ack 47247

This theorem is referenced by:  ackfnnn0  47272  ackvalsucsucval  47275