Theorem alginv 16657

Description: If 𝐼 is an invariant of 𝐹, then its value is unchanged after any number of iterations of 𝐹. (Contributed by Paul Chapman, 31-Mar-2011.)

Hypotheses

Ref	Expression
alginv.1	⊢ 𝑅 = seq0((𝐹 ∘ 1st ), (ℕ0 × {𝐴}))
alginv.2	⊢ 𝐹:𝑆⟶𝑆
alginv.3	⊢ (𝑥 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝐹‘𝑥)) = (𝐼‘𝑥))

Assertion

Ref	Expression
alginv	⊢ ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) → (𝐼‘(𝑅‘𝐾)) = (𝐼‘(𝑅‘0)))

Distinct variable groups:   𝑥,𝐹   𝑥,𝐼   𝑥,𝑅   𝑥,𝑆

Allowed substitution hints:   𝐴(𝑥)   𝐾(𝑥)

Proof of Theorem alginv

Dummy variables 𝑧 𝑘 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		2fveq3 6890	. . . . 5 ⊢ (𝑧 = 0 → (𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘0)))
2	1	eqeq1d 2767	. . . 4 ⊢ (𝑧 = 0 → ((𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘0)) ↔ (𝐼‘(𝑅‘0)) = (𝐼‘(𝑅‘0))))
3	2	imbi2d 343	. . 3 ⊢ (𝑧 = 0 → ((𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘0))) ↔ (𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘0)) = (𝐼‘(𝑅‘0)))))
4		2fveq3 6890	. . . . 5 ⊢ (𝑧 = 𝑘 → (𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘𝑘)))
5	4	eqeq1d 2767	. . . 4 ⊢ (𝑧 = 𝑘 → ((𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘0)) ↔ (𝐼‘(𝑅‘𝑘)) = (𝐼‘(𝑅‘0))))
6	5	imbi2d 343	. . 3 ⊢ (𝑧 = 𝑘 → ((𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘0))) ↔ (𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘𝑘)) = (𝐼‘(𝑅‘0)))))
7		2fveq3 6890	. . . . 5 ⊢ (𝑧 = (𝑘 + 1) → (𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘(𝑘 + 1))))
8	7	eqeq1d 2767	. . . 4 ⊢ (𝑧 = (𝑘 + 1) → ((𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘0)) ↔ (𝐼‘(𝑅‘(𝑘 + 1))) = (𝐼‘(𝑅‘0))))
9	8	imbi2d 343	. . 3 ⊢ (𝑧 = (𝑘 + 1) → ((𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘0))) ↔ (𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘(𝑘 + 1))) = (𝐼‘(𝑅‘0)))))
10		2fveq3 6890	. . . . 5 ⊢ (𝑧 = 𝐾 → (𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘𝐾)))
11	10	eqeq1d 2767	. . . 4 ⊢ (𝑧 = 𝐾 → ((𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘0)) ↔ (𝐼‘(𝑅‘𝐾)) = (𝐼‘(𝑅‘0))))
12	11	imbi2d 343	. . 3 ⊢ (𝑧 = 𝐾 → ((𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘𝑧)) = (𝐼‘(𝑅‘0))) ↔ (𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘𝐾)) = (𝐼‘(𝑅‘0)))))
13		eqidd 2766	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘0)) = (𝐼‘(𝑅‘0)))
14		nn0uz 12918	. . . . . . . . . 10 ⊢ ℕ0 = (ℤ≥‘0)
15		alginv.1	. . . . . . . . . 10 ⊢ 𝑅 = seq0((𝐹 ∘ 1st ), (ℕ0 × {𝐴}))
16		0zd 12620	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑆 → 0 ∈ ℤ)
17		id 23	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑆 → 𝐴 ∈ 𝑆)
18		alginv.2	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 𝐹:𝑆⟶𝑆
19	18	a1i 11	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑆 → 𝐹:𝑆⟶𝑆)
20	14, 15, 16, 17, 19	algrp1 16656	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑅‘(𝑘 + 1)) = (𝐹‘(𝑅‘𝑘)))
21	20	fveq2d 6889	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐼‘(𝑅‘(𝑘 + 1))) = (𝐼‘(𝐹‘(𝑅‘𝑘))))
22	14, 15, 16, 17, 19	algrf 16655	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ 𝑆 → 𝑅:ℕ0⟶𝑆)
23	22	ffvelcdmda 7083	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑅‘𝑘) ∈ 𝑆)
24		2fveq3 6890	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 = (𝑅‘𝑘) → (𝐼‘(𝐹‘𝑥)) = (𝐼‘(𝐹‘(𝑅‘𝑘))))
25		fveq2 6885	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 = (𝑅‘𝑘) → (𝐼‘𝑥) = (𝐼‘(𝑅‘𝑘)))
26	24, 25	eqeq12d 2781	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 = (𝑅‘𝑘) → ((𝐼‘(𝐹‘𝑥)) = (𝐼‘𝑥) ↔ (𝐼‘(𝐹‘(𝑅‘𝑘))) = (𝐼‘(𝑅‘𝑘))))
27		alginv.3	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝐹‘𝑥)) = (𝐼‘𝑥))
28	26, 27	vtoclga 3543	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑅‘𝑘) ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝐹‘(𝑅‘𝑘))) = (𝐼‘(𝑅‘𝑘)))
29	23, 28	syl 18	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐼‘(𝐹‘(𝑅‘𝑘))) = (𝐼‘(𝑅‘𝑘)))
30	21, 29	eqtrd 2800	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐼‘(𝑅‘(𝑘 + 1))) = (𝐼‘(𝑅‘𝑘)))
31	30	eqeq1d 2767	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐼‘(𝑅‘(𝑘 + 1))) = (𝐼‘(𝑅‘0)) ↔ (𝐼‘(𝑅‘𝑘)) = (𝐼‘(𝑅‘0))))
32	31	biimprd 251	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐼‘(𝑅‘𝑘)) = (𝐼‘(𝑅‘0)) → (𝐼‘(𝑅‘(𝑘 + 1))) = (𝐼‘(𝑅‘0))))
33	32	expcom 419	. . . 4 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝐴 ∈ 𝑆 → ((𝐼‘(𝑅‘𝑘)) = (𝐼‘(𝑅‘0)) → (𝐼‘(𝑅‘(𝑘 + 1))) = (𝐼‘(𝑅‘0)))))
34	33	a2d 30	. . 3 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → ((𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘𝑘)) = (𝐼‘(𝑅‘0))) → (𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘(𝑘 + 1))) = (𝐼‘(𝑅‘0)))))
35	3, 6, 9, 12, 13, 34	nn0ind 12709	. 2 ⊢ (𝐾 ∈ ℕ0 → (𝐴 ∈ 𝑆 → (𝐼‘(𝑅‘𝐾)) = (𝐼‘(𝑅‘0))))
36	35	impcom 413	1 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ 𝐾 ∈ ℕ0) → (𝐼‘(𝑅‘𝐾)) = (𝐼‘(𝑅‘0)))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2146  {csn 4591   × cxp 5661   ∘ ccom 5667  ⟶wf 6536  ‘cfv 6540  (class class class)co 7419  1^st c1st 7990  0cc0 11117  1c1 11118   + caddc 11120  ℕ₀cn0 12521  seqcseq 14057

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2148  ax-9 2156  ax-10 2179  ax-11 2195  ax-12 2216  ax-ext 2737  ax-sep 5259  ax-nul 5271  ax-pow 5338  ax-pr 5406  ax-un 7742  ax-cnex 11173  ax-resscn 11174  ax-1cn 11175  ax-icn 11176  ax-addcl 11177  ax-addrcl 11178  ax-mulcl 11179  ax-mulrcl 11180  ax-mulcom 11181  ax-addass 11182  ax-mulass 11183  ax-distr 11184  ax-i2m1 11185  ax-1ne0 11186  ax-1rid 11187  ax-rnegex 11188  ax-rrecex 11189  ax-cnre 11190  ax-pre-lttri 11191  ax-pre-lttrn 11192  ax-pre-ltadd 11193  ax-pre-mulgt0 11194

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2569  df-eu 2599  df-clab 2744  df-cleq 2757  df-clel 2840  df-nfc 2914  df-ne 2961  df-nel 3067  df-ral 3082  df-rex 3092  df-reu 3372  df-rab 3419  df-v 3459  df-sbc 3747  df-csb 3855  df-dif 3909  df-un 3911  df-in 3913  df-ss 3923  df-pss 3926  df-nul 4287  df-if 4490  df-pw 4566  df-sn 4592  df-pr 4594  df-op 4598  df-uni 4875  df-iun 4960  df-br 5112  df-opab 5176  df-mpt 5195  df-tr 5221  df-id 5558  df-eprel 5563  df-po 5571  df-so 5572  df-fr 5616  df-we 5618  df-xp 5669  df-rel 5670  df-cnv 5671  df-co 5672  df-dm 5673  df-rn 5674  df-res 5675  df-ima 5676  df-pred 6306  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6496  df-fun 6542  df-fn 6543  df-f 6544  df-f1 6545  df-fo 6546  df-f1o 6547  df-fv 6548  df-riota 7376  df-ov 7422  df-oprab 7423  df-mpo 7424  df-om 7869  df-1st 7992  df-2nd 7993  df-frecs 8284  df-wrecs 8315  df-recs 8364  df-rdg 8403  df-er 8700  df-en 8950  df-dom 8951  df-sdom 8952  df-pnf 11262  df-mnf 11263  df-xr 11264  df-ltxr 11265  df-le 11266  df-sub 11460  df-neg 11461  df-nn 12251  df-n0 12522  df-z 12609  df-uz 12881  df-fz 13554  df-seq 14058

This theorem is used by:  eucalg  16669