Theorem canthp1 10732

Description: A slightly stronger form of Cantor's theorem: For 1 < 𝑛, 𝑛 + 1 < 2↑𝑛. Corollary 1.6 of [KanamoriPincus] p. 417. (Contributed by Mario Carneiro, 18-May-2015.)

Assertion

Ref	Expression
canthp1	⊢ (1o ≺ 𝐴 → (𝐴 ⊔ 1o) ≺ 𝒫 𝐴)

Proof of Theorem canthp1

Dummy variables 𝑓 𝑎 𝑔 𝑟 𝑠 𝑤 𝑥 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		1sdom2 9232	. . . . 5 ⊢ 1o ≺ 2o
2		sdomdom 9000	. . . . 5 ⊢ (1o ≺ 2o → 1o ≼ 2o)
3	1, 2	ax-mp 5	. . . 4 ⊢ 1o ≼ 2o
4		relsdom 8973	. . . . 5 ⊢ Rel ≺
5	4	brrelex2i 5708	. . . 4 ⊢ (1o ≺ 𝐴 → 𝐴 ∈ V)
6		djudom2 10255	. . . 4 ⊢ ((1o ≼ 2o ∧ 𝐴 ∈ V) → (𝐴 ⊔ 1o) ≼ (𝐴 ⊔ 2o))
7	3, 5, 6	sylancr 599	. . 3 ⊢ (1o ≺ 𝐴 → (𝐴 ⊔ 1o) ≼ (𝐴 ⊔ 2o))
8		canthp1lem1 10730	. . 3 ⊢ (1o ≺ 𝐴 → (𝐴 ⊔ 2o) ≼ 𝒫 𝐴)
9		domtr 9027	. . 3 ⊢ (((𝐴 ⊔ 1o) ≼ (𝐴 ⊔ 2o) ∧ (𝐴 ⊔ 2o) ≼ 𝒫 𝐴) → (𝐴 ⊔ 1o) ≼ 𝒫 𝐴)
10	7, 8, 9	syl2anc 596	. 2 ⊢ (1o ≺ 𝐴 → (𝐴 ⊔ 1o) ≼ 𝒫 𝐴)
11		fal 1584	. . 3 ⊢ ¬ ⊥
12		ensym 9023	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ⊔ 1o) ≈ 𝒫 𝐴 → 𝒫 𝐴 ≈ (𝐴 ⊔ 1o))
13		bren 8976	. . . . 5 ⊢ (𝒫 𝐴 ≈ (𝐴 ⊔ 1o) ↔ ∃𝑓 𝑓:𝒫 𝐴–1-1-onto→(𝐴 ⊔ 1o))
14	12, 13	sylib 221	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ⊔ 1o) ≈ 𝒫 𝐴 → ∃𝑓 𝑓:𝒫 𝐴–1-1-onto→(𝐴 ⊔ 1o))
15		f1of 6822	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑓:𝒫 𝐴–1-1-onto→(𝐴 ⊔ 1o) → 𝑓:𝒫 𝐴⟶(𝐴 ⊔ 1o))
16		pwidg 4577	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐴 ∈ V → 𝐴 ∈ 𝒫 𝐴)
17	5, 16	syl 18	. . . . . . . . . 10 ⊢ (1o ≺ 𝐴 → 𝐴 ∈ 𝒫 𝐴)
18		ffvelcdm 7079	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑓:𝒫 𝐴⟶(𝐴 ⊔ 1o) ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 𝐴) → (𝑓‘𝐴) ∈ (𝐴 ⊔ 1o))
19	15, 17, 18	syl2anr 609	. . . . . . . . 9 ⊢ ((1o ≺ 𝐴 ∧ 𝑓:𝒫 𝐴–1-1-onto→(𝐴 ⊔ 1o)) → (𝑓‘𝐴) ∈ (𝐴 ⊔ 1o))
20		dju1dif 10244	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ V ∧ (𝑓‘𝐴) ∈ (𝐴 ⊔ 1o)) → ((𝐴 ⊔ 1o) ∖ {(𝑓‘𝐴)}) ≈ 𝐴)
21	5, 19, 20	syl2an2r 698	. . . . . . . 8 ⊢ ((1o ≺ 𝐴 ∧ 𝑓:𝒫 𝐴–1-1-onto→(𝐴 ⊔ 1o)) → ((𝐴 ⊔ 1o) ∖ {(𝑓‘𝐴)}) ≈ 𝐴)
22		bren 8976	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ⊔ 1o) ∖ {(𝑓‘𝐴)}) ≈ 𝐴 ↔ ∃𝑔 𝑔:((𝐴 ⊔ 1o) ∖ {(𝑓‘𝐴)})–1-1-onto→𝐴)
23	21, 22	sylib 221	. . . . . . 7 ⊢ ((1o ≺ 𝐴 ∧ 𝑓:𝒫 𝐴–1-1-onto→(𝐴 ⊔ 1o)) → ∃𝑔 𝑔:((𝐴 ⊔ 1o) ∖ {(𝑓‘𝐴)})–1-1-onto→𝐴)
24		simpll 779	. . . . . . . . 9 ⊢ (((1o ≺ 𝐴 ∧ 𝑓:𝒫 𝐴–1-1-onto→(𝐴 ⊔ 1o)) ∧ 𝑔:((𝐴 ⊔ 1o) ∖ {(𝑓‘𝐴)})–1-1-onto→𝐴) → 1o ≺ 𝐴)
25		simplr 781	. . . . . . . . 9 ⊢ (((1o ≺ 𝐴 ∧ 𝑓:𝒫 𝐴–1-1-onto→(𝐴 ⊔ 1o)) ∧ 𝑔:((𝐴 ⊔ 1o) ∖ {(𝑓‘𝐴)})–1-1-onto→𝐴) → 𝑓:𝒫 𝐴–1-1-onto→(𝐴 ⊔ 1o))
26		simpr 490	. . . . . . . . 9 ⊢ (((1o ≺ 𝐴 ∧ 𝑓:𝒫 𝐴–1-1-onto→(𝐴 ⊔ 1o)) ∧ 𝑔:((𝐴 ⊔ 1o) ∖ {(𝑓‘𝐴)})–1-1-onto→𝐴) → 𝑔:((𝐴 ⊔ 1o) ∖ {(𝑓‘𝐴)})–1-1-onto→𝐴)
27		eqeq1 2765	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑤 = 𝑥 → (𝑤 = 𝐴 ↔ 𝑥 = 𝐴))
28		id 23	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑤 = 𝑥 → 𝑤 = 𝑥)
29	27, 28	ifbieq2d 4509	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑤 = 𝑥 → if(𝑤 = 𝐴, ∅, 𝑤) = if(𝑥 = 𝐴, ∅, 𝑥))
30	29	cbvmptv 5209	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑤 ∈ 𝒫 𝐴 ↦ if(𝑤 = 𝐴, ∅, 𝑤)) = (𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 ↦ if(𝑥 = 𝐴, ∅, 𝑥))
31	30	coeq2i 5838	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑔 ∘ 𝑓) ∘ (𝑤 ∈ 𝒫 𝐴 ↦ if(𝑤 = 𝐴, ∅, 𝑤))) = ((𝑔 ∘ 𝑓) ∘ (𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 ↦ if(𝑥 = 𝐴, ∅, 𝑥)))
32		eqid 2761	. . . . . . . . . 10 ⊢ {⟨𝑎, 𝑠⟩ ∣ ((𝑎 ⊆ 𝐴 ∧ 𝑠 ⊆ (𝑎 × 𝑎)) ∧ (𝑠 We 𝑎 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑎 (((𝑔 ∘ 𝑓) ∘ (𝑤 ∈ 𝒫 𝐴 ↦ if(𝑤 = 𝐴, ∅, 𝑤)))‘(◡𝑠 “ {𝑧})) = 𝑧))} = {⟨𝑎, 𝑠⟩ ∣ ((𝑎 ⊆ 𝐴 ∧ 𝑠 ⊆ (𝑎 × 𝑎)) ∧ (𝑠 We 𝑎 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑎 (((𝑔 ∘ 𝑓) ∘ (𝑤 ∈ 𝒫 𝐴 ↦ if(𝑤 = 𝐴, ∅, 𝑤)))‘(◡𝑠 “ {𝑧})) = 𝑧))}
33	32	fpwwecbv 10722	. . . . . . . . 9 ⊢ {⟨𝑎, 𝑠⟩ ∣ ((𝑎 ⊆ 𝐴 ∧ 𝑠 ⊆ (𝑎 × 𝑎)) ∧ (𝑠 We 𝑎 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑎 (((𝑔 ∘ 𝑓) ∘ (𝑤 ∈ 𝒫 𝐴 ↦ if(𝑤 = 𝐴, ∅, 𝑤)))‘(◡𝑠 “ {𝑧})) = 𝑧))} = {⟨𝑥, 𝑟⟩ ∣ ((𝑥 ⊆ 𝐴 ∧ 𝑟 ⊆ (𝑥 × 𝑥)) ∧ (𝑟 We 𝑥 ∧ ∀𝑦 ∈ 𝑥 (((𝑔 ∘ 𝑓) ∘ (𝑤 ∈ 𝒫 𝐴 ↦ if(𝑤 = 𝐴, ∅, 𝑤)))‘(◡𝑟 “ {𝑦})) = 𝑦))}
34		eqid 2761	. . . . . . . . 9 ⊢ ∪ dom {⟨𝑎, 𝑠⟩ ∣ ((𝑎 ⊆ 𝐴 ∧ 𝑠 ⊆ (𝑎 × 𝑎)) ∧ (𝑠 We 𝑎 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑎 (((𝑔 ∘ 𝑓) ∘ (𝑤 ∈ 𝒫 𝐴 ↦ if(𝑤 = 𝐴, ∅, 𝑤)))‘(◡𝑠 “ {𝑧})) = 𝑧))} = ∪ dom {⟨𝑎, 𝑠⟩ ∣ ((𝑎 ⊆ 𝐴 ∧ 𝑠 ⊆ (𝑎 × 𝑎)) ∧ (𝑠 We 𝑎 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑎 (((𝑔 ∘ 𝑓) ∘ (𝑤 ∈ 𝒫 𝐴 ↦ if(𝑤 = 𝐴, ∅, 𝑤)))‘(◡𝑠 “ {𝑧})) = 𝑧))}
35	24, 25, 26, 31, 33, 34	canthp1lem2 10731	. . . . . . . 8 ⊢ ¬ ((1o ≺ 𝐴 ∧ 𝑓:𝒫 𝐴–1-1-onto→(𝐴 ⊔ 1o)) ∧ 𝑔:((𝐴 ⊔ 1o) ∖ {(𝑓‘𝐴)})–1-1-onto→𝐴)
36	35	pm2.21i 120	. . . . . . 7 ⊢ (((1o ≺ 𝐴 ∧ 𝑓:𝒫 𝐴–1-1-onto→(𝐴 ⊔ 1o)) ∧ 𝑔:((𝐴 ⊔ 1o) ∖ {(𝑓‘𝐴)})–1-1-onto→𝐴) → ⊥)
37	23, 36	exlimddv 1968	. . . . . 6 ⊢ ((1o ≺ 𝐴 ∧ 𝑓:𝒫 𝐴–1-1-onto→(𝐴 ⊔ 1o)) → ⊥)
38	37	ex 418	. . . . 5 ⊢ (1o ≺ 𝐴 → (𝑓:𝒫 𝐴–1-1-onto→(𝐴 ⊔ 1o) → ⊥))
39	38	exlimdv 1966	. . . 4 ⊢ (1o ≺ 𝐴 → (∃𝑓 𝑓:𝒫 𝐴–1-1-onto→(𝐴 ⊔ 1o) → ⊥))
40	14, 39	syl5 35	. . 3 ⊢ (1o ≺ 𝐴 → ((𝐴 ⊔ 1o) ≈ 𝒫 𝐴 → ⊥))
41	11, 40	mtoi 202	. 2 ⊢ (1o ≺ 𝐴 → ¬ (𝐴 ⊔ 1o) ≈ 𝒫 𝐴)
42		brsdom 8994	. 2 ⊢ ((𝐴 ⊔ 1o) ≺ 𝒫 𝐴 ↔ ((𝐴 ⊔ 1o) ≼ 𝒫 𝐴 ∧ ¬ (𝐴 ⊔ 1o) ≈ 𝒫 𝐴))
43	10, 41, 42	sylanbrc 595	1 ⊢ (1o ≺ 𝐴 → (𝐴 ⊔ 1o) ≺ 𝒫 𝐴)

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570  ⊥wfal 1582  ∃wex 1812   ∈ wcel 2145  ∀wral 3077  Vcvv 3451   ∖ cdif 3896   ⊆ wss 3899  ∅c0 4279  ifcif 4482  𝒫 cpw 4557  {csn 4584  ∪ cuni 4867   class class class wbr 5103  {copab 5167   ↦ cmpt 5186   We wwe 5603   × cxp 5649  ^◡ccnv 5650  dom cdm 5651   “ cima 5654   ∘ ccom 5655  ⟶wf 6533  –1-1-onto→wf1o 6536  ‘cfv 6537  1_oc1o 8462  2_oc2o 8463   ≈ cen 8963   ≼ cdom 8964   ≺ csdm 8965   ⊔ cdju 9972

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 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2733  ax-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7749  ax-inf2 9635

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 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-tp 4589  df-op 4591  df-uni 4868  df-int 4908  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-se 5605  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6303  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6493  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-isom 6546  df-riota 7375  df-ov 7421  df-oprab 7422  df-mpo 7423  df-om 7876  df-1st 7999  df-2nd 8000  df-frecs 8292  df-wrecs 8323  df-recs 8372  df-rdg 8411  df-1o 8469  df-2o 8470  df-er 8710  df-map 8842  df-en 8967  df-dom 8968  df-sdom 8969  df-fin 8970  df-oi 9497  df-dju 9975  df-card 10013

This theorem is used by:  finngch  10733  gchdju1  10734