Users' Mathboxes Mathbox for Richard Penner < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  corcltrcl Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem corcltrcl 44523
Description: The composition of the reflexive and transitive closures is the reflexive-transitive closure. (Contributed by RP, 17-Jun-2020.)
Assertion
Ref Expression
corcltrcl (r* ∘ t+) = t*

Proof of Theorem corcltrcl
Dummy variables 𝑎 𝑏 𝑐 𝑑 𝑖 𝑗 𝑘 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 dfrcl4 44460 . 2 r* = (𝑎 ∈ V ↦ 𝑖 ∈ {0, 1} (𝑎𝑟𝑖))
2 dftrcl3 44504 . 2 t+ = (𝑏 ∈ V ↦ 𝑗 ∈ ℕ (𝑏𝑟𝑗))
3 dfrtrcl3 44517 . 2 t* = (𝑐 ∈ V ↦ 𝑘 ∈ ℕ0 (𝑐𝑟𝑘))
4 prex 5411 . 2 {0, 1} ∈ V
5 nnex 12254 . 2 ℕ ∈ V
6 df-n0 12520 . . 3 0 = (ℕ ∪ {0})
7 uncom 4112 . . 3 (ℕ ∪ {0}) = ({0} ∪ ℕ)
8 df-pr 4594 . . . . 5 {0, 1} = ({0} ∪ {1})
98uneq1i 4118 . . . 4 ({0, 1} ∪ ℕ) = (({0} ∪ {1}) ∪ ℕ)
10 unass 4125 . . . 4 (({0} ∪ {1}) ∪ ℕ) = ({0} ∪ ({1} ∪ ℕ))
11 1nn 12259 . . . . . . 7 1 ∈ ℕ
12 snssi 4753 . . . . . . 7 (1 ∈ ℕ → {1} ⊆ ℕ)
1311, 12ax-mp 5 . . . . . 6 {1} ⊆ ℕ
14 ssequn1 4139 . . . . . 6 ({1} ⊆ ℕ ↔ ({1} ∪ ℕ) = ℕ)
1513, 14mpbi 233 . . . . 5 ({1} ∪ ℕ) = ℕ
1615uneq2i 4119 . . . 4 ({0} ∪ ({1} ∪ ℕ)) = ({0} ∪ ℕ)
179, 10, 163eqtrri 2793 . . 3 ({0} ∪ ℕ) = ({0, 1} ∪ ℕ)
186, 7, 173eqtri 2792 . 2 0 = ({0, 1} ∪ ℕ)
19 oveq2 7427 . . . 4 (𝑘 = 𝑖 → (𝑑𝑟𝑘) = (𝑑𝑟𝑖))
2019cbviunv 5005 . . 3 𝑘 ∈ {0, 1} (𝑑𝑟𝑘) = 𝑖 ∈ {0, 1} (𝑑𝑟𝑖)
21 ss2iun 4977 . . . 4 (∀𝑖 ∈ {0, 1} (𝑑𝑟𝑖) ⊆ ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖) → 𝑖 ∈ {0, 1} (𝑑𝑟𝑖) ⊆ 𝑖 ∈ {0, 1} ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖))
22 relexp1g 15087 . . . . . . . 8 (𝑑 ∈ V → (𝑑𝑟1) = 𝑑)
2322elv 3462 . . . . . . 7 (𝑑𝑟1) = 𝑑
24 oveq2 7427 . . . . . . . . 9 (𝑗 = 1 → (𝑑𝑟𝑗) = (𝑑𝑟1))
2524ssiun2s 5015 . . . . . . . 8 (1 ∈ ℕ → (𝑑𝑟1) ⊆ 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗))
2611, 25ax-mp 5 . . . . . . 7 (𝑑𝑟1) ⊆ 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)
2723, 26eqsstrri 3985 . . . . . 6 𝑑 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)
2827a1i 11 . . . . 5 (𝑖 ∈ {0, 1} → 𝑑 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗))
29 ovex 7452 . . . . . . 7 (𝑑𝑟𝑗) ∈ V
305, 29iunex 7971 . . . . . 6 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗) ∈ V
3130a1i 11 . . . . 5 (𝑖 ∈ {0, 1} → 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗) ∈ V)
32 0nn0 12534 . . . . . . 7 0 ∈ ℕ0
33 1nn0 12535 . . . . . . 7 1 ∈ ℕ0
34 prssi 4789 . . . . . . 7 ((0 ∈ ℕ0 ∧ 1 ∈ ℕ0) → {0, 1} ⊆ ℕ0)
3532, 33, 34mp2an 705 . . . . . 6 {0, 1} ⊆ ℕ0
3635sseli 3934 . . . . 5 (𝑖 ∈ {0, 1} → 𝑖 ∈ ℕ0)
3728, 31, 36relexpss1d 44489 . . . 4 (𝑖 ∈ {0, 1} → (𝑑𝑟𝑖) ⊆ ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖))
3821, 37mprg 3087 . . 3 𝑖 ∈ {0, 1} (𝑑𝑟𝑖) ⊆ 𝑖 ∈ {0, 1} ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖)
3920, 38eqsstri 3984 . 2 𝑘 ∈ {0, 1} (𝑑𝑟𝑘) ⊆ 𝑖 ∈ {0, 1} ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖)
40 oveq2 7427 . . . . 5 (𝑘 = 𝑗 → (𝑑𝑟𝑘) = (𝑑𝑟𝑗))
4140cbviunv 5005 . . . 4 𝑘 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑘) = 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)
42 relexp1g 15087 . . . . 5 ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗) ∈ V → ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟1) = 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗))
4330, 42ax-mp 5 . . . 4 ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟1) = 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)
4441, 43eqtr4i 2791 . . 3 𝑘 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑘) = ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟1)
45 1elpr01 11219 . . . 4 1 ∈ {0, 1}
46 oveq2 7427 . . . . 5 (𝑖 = 1 → ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖) = ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟1))
4746ssiun2s 5015 . . . 4 (1 ∈ {0, 1} → ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟1) ⊆ 𝑖 ∈ {0, 1} ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖))
4845, 47ax-mp 5 . . 3 ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟1) ⊆ 𝑖 ∈ {0, 1} ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖)
4944, 48eqsstri 3984 . 2 𝑘 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑘) ⊆ 𝑖 ∈ {0, 1} ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖)
50 c0ex 11215 . . . . . 6 0 ∈ V
5150prid1 4730 . . . . 5 0 ∈ {0, 1}
52 oveq2 7427 . . . . . 6 (𝑘 = 0 → (𝑑𝑟𝑘) = (𝑑𝑟0))
5352ssiun2s 5015 . . . . 5 (0 ∈ {0, 1} → (𝑑𝑟0) ⊆ 𝑘 ∈ {0, 1} (𝑑𝑟𝑘))
5451, 53ax-mp 5 . . . 4 (𝑑𝑟0) ⊆ 𝑘 ∈ {0, 1} (𝑑𝑟𝑘)
55 ssid 3960 . . . 4 𝑘 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑘) ⊆ 𝑘 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑘)
56 unss12 4141 . . . 4 (((𝑑𝑟0) ⊆ 𝑘 ∈ {0, 1} (𝑑𝑟𝑘) ∧ 𝑘 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑘) ⊆ 𝑘 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑘)) → ((𝑑𝑟0) ∪ 𝑘 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑘)) ⊆ ( 𝑘 ∈ {0, 1} (𝑑𝑟𝑘) ∪ 𝑘 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑘)))
5754, 55, 56mp2an 705 . . 3 ((𝑑𝑟0) ∪ 𝑘 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑘)) ⊆ ( 𝑘 ∈ {0, 1} (𝑑𝑟𝑘) ∪ 𝑘 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑘))
58 iuneq1 4975 . . . . 5 ({0, 1} = ({0} ∪ {1}) → 𝑖 ∈ {0, 1} ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖) = 𝑖 ∈ ({0} ∪ {1})( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖))
598, 58ax-mp 5 . . . 4 𝑖 ∈ {0, 1} ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖) = 𝑖 ∈ ({0} ∪ {1})( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖)
60 iunxun 5062 . . . 4 𝑖 ∈ ({0} ∪ {1})( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖) = ( 𝑖 ∈ {0} ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖) ∪ 𝑖 ∈ {1} ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖))
61 oveq2 7427 . . . . . . 7 (𝑖 = 0 → ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖) = ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟0))
6250, 61iunxsn 5059 . . . . . 6 𝑖 ∈ {0} ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖) = ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟0)
63 vex 3461 . . . . . . 7 𝑑 ∈ V
64 nnssnn0 12522 . . . . . . 7 ℕ ⊆ ℕ0
65 inelcm 4425 . . . . . . . 8 ((1 ∈ {0, 1} ∧ 1 ∈ ℕ) → ({0, 1} ∩ ℕ) ≠ ∅)
6645, 11, 65mp2an 705 . . . . . . 7 ({0, 1} ∩ ℕ) ≠ ∅
67 iunrelexp0 44486 . . . . . . 7 ((𝑑 ∈ V ∧ ℕ ⊆ ℕ0 ∧ ({0, 1} ∩ ℕ) ≠ ∅) → ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟0) = (𝑑𝑟0))
6863, 64, 66, 67mp3an 1490 . . . . . 6 ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟0) = (𝑑𝑟0)
6962, 68eqtri 2788 . . . . 5 𝑖 ∈ {0} ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖) = (𝑑𝑟0)
70 1ex 11218 . . . . . . 7 1 ∈ V
7170, 46iunxsn 5059 . . . . . 6 𝑖 ∈ {1} ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖) = ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟1)
7243, 41eqtr4i 2791 . . . . . 6 ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟1) = 𝑘 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑘)
7371, 72eqtri 2788 . . . . 5 𝑖 ∈ {1} ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖) = 𝑘 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑘)
7469, 73uneq12i 4120 . . . 4 ( 𝑖 ∈ {0} ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖) ∪ 𝑖 ∈ {1} ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖)) = ((𝑑𝑟0) ∪ 𝑘 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑘))
7559, 60, 743eqtri 2792 . . 3 𝑖 ∈ {0, 1} ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖) = ((𝑑𝑟0) ∪ 𝑘 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑘))
76 iunxun 5062 . . 3 𝑘 ∈ ({0, 1} ∪ ℕ)(𝑑𝑟𝑘) = ( 𝑘 ∈ {0, 1} (𝑑𝑟𝑘) ∪ 𝑘 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑘))
7757, 75, 763sstr4i 3989 . 2 𝑖 ∈ {0, 1} ( 𝑗 ∈ ℕ (𝑑𝑟𝑗)↑𝑟𝑖) ⊆ 𝑘 ∈ ({0, 1} ∪ ℕ)(𝑑𝑟𝑘)
781, 2, 3, 4, 5, 18, 39, 49, 77comptiunov2i 44490 1 (r* ∘ t+) = t*
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   = wceq 1570  wcel 2146  wne 2960  Vcvv 3457  cun 3904  cin 3905  wss 3906  c0 4286  {csn 4591  {cpr 4593   ciun 4958  ccom 5667  (class class class)co 7419  0cc0 11115  1c1 11116  cn 12248  0cn0 12519  t+ctcl 15046  t*crtcl 15047  𝑟crelexp 15080  r*crcl 44456
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-rep 5240  ax-sep 5259  ax-nul 5271  ax-pow 5338  ax-pr 5406  ax-un 7742  ax-cnex 11171  ax-resscn 11172  ax-1cn 11173  ax-icn 11174  ax-addcl 11175  ax-addrcl 11176  ax-mulcl 11177  ax-mulrcl 11178  ax-mulcom 11179  ax-addass 11180  ax-mulass 11181  ax-distr 11182  ax-i2m1 11183  ax-1ne0 11184  ax-1rid 11185  ax-rnegex 11186  ax-rrecex 11187  ax-cnre 11188  ax-pre-lttri 11189  ax-pre-lttrn 11190  ax-pre-ltadd 11191  ax-pre-mulgt0 11192
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-int 4915  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-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 11260  df-mnf 11261  df-xr 11262  df-ltxr 11263  df-le 11264  df-sub 11458  df-neg 11459  df-nn 12249  df-2 12318  df-n0 12520  df-z 12607  df-uz 12879  df-seq 14056  df-trcl 15048  df-rtrcl 15049  df-relexp 15081  df-rcl 44457
This theorem is used by:  cortrcltrcl  44524  corclrtrcl  44525
  Copyright terms: Public domain W3C validator