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Theorem fin23lem22 9924
Description: Lemma for fin23 9986 but could be used elsewhere if we find a good name for it. Explicit construction of a bijection (actually an isomorphism, see fin23lem27 9925) between an infinite subset of ω and ω itself. (Contributed by Stefan O'Rear, 1-Nov-2014.)
Hypothesis
Ref Expression
fin23lem22.b 𝐶 = (𝑖 ∈ ω ↦ (𝑗𝑆 (𝑗𝑆) ≈ 𝑖))
Assertion
Ref Expression
fin23lem22 ((𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin) → 𝐶:ω–1-1-onto𝑆)
Distinct variable group:   𝑖,𝑗,𝑆
Allowed substitution hints:   𝐶(𝑖,𝑗)

Proof of Theorem fin23lem22
Dummy variable 𝑎 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 fin23lem22.b . 2 𝐶 = (𝑖 ∈ ω ↦ (𝑗𝑆 (𝑗𝑆) ≈ 𝑖))
2 fin23lem23 9923 . . 3 (((𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin) ∧ 𝑖 ∈ ω) → ∃!𝑗𝑆 (𝑗𝑆) ≈ 𝑖)
3 riotacl 7177 . . 3 (∃!𝑗𝑆 (𝑗𝑆) ≈ 𝑖 → (𝑗𝑆 (𝑗𝑆) ≈ 𝑖) ∈ 𝑆)
42, 3syl 17 . 2 (((𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin) ∧ 𝑖 ∈ ω) → (𝑗𝑆 (𝑗𝑆) ≈ 𝑖) ∈ 𝑆)
5 simpll 767 . . . 4 (((𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin) ∧ 𝑎𝑆) → 𝑆 ⊆ ω)
6 simpr 488 . . . 4 (((𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin) ∧ 𝑎𝑆) → 𝑎𝑆)
75, 6sseldd 3892 . . 3 (((𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin) ∧ 𝑎𝑆) → 𝑎 ∈ ω)
8 nnfi 8834 . . 3 (𝑎 ∈ ω → 𝑎 ∈ Fin)
9 infi 8888 . . 3 (𝑎 ∈ Fin → (𝑎𝑆) ∈ Fin)
10 ficardom 9560 . . 3 ((𝑎𝑆) ∈ Fin → (card‘(𝑎𝑆)) ∈ ω)
117, 8, 9, 104syl 19 . 2 (((𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin) ∧ 𝑎𝑆) → (card‘(𝑎𝑆)) ∈ ω)
12 cardnn 9562 . . . . . . 7 (𝑖 ∈ ω → (card‘𝑖) = 𝑖)
1312eqcomd 2740 . . . . . 6 (𝑖 ∈ ω → 𝑖 = (card‘𝑖))
1413eqeq1d 2736 . . . . 5 (𝑖 ∈ ω → (𝑖 = (card‘(𝑎𝑆)) ↔ (card‘𝑖) = (card‘(𝑎𝑆))))
15 eqcom 2741 . . . . 5 ((card‘𝑖) = (card‘(𝑎𝑆)) ↔ (card‘(𝑎𝑆)) = (card‘𝑖))
1614, 15bitrdi 290 . . . 4 (𝑖 ∈ ω → (𝑖 = (card‘(𝑎𝑆)) ↔ (card‘(𝑎𝑆)) = (card‘𝑖)))
1716ad2antrl 728 . . 3 (((𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin) ∧ (𝑖 ∈ ω ∧ 𝑎𝑆)) → (𝑖 = (card‘(𝑎𝑆)) ↔ (card‘(𝑎𝑆)) = (card‘𝑖)))
18 simpll 767 . . . . . . 7 (((𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin) ∧ (𝑖 ∈ ω ∧ 𝑎𝑆)) → 𝑆 ⊆ ω)
19 simprr 773 . . . . . . 7 (((𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin) ∧ (𝑖 ∈ ω ∧ 𝑎𝑆)) → 𝑎𝑆)
2018, 19sseldd 3892 . . . . . 6 (((𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin) ∧ (𝑖 ∈ ω ∧ 𝑎𝑆)) → 𝑎 ∈ ω)
21 nnon 7639 . . . . . 6 (𝑎 ∈ ω → 𝑎 ∈ On)
22 onenon 9548 . . . . . 6 (𝑎 ∈ On → 𝑎 ∈ dom card)
2320, 21, 223syl 18 . . . . 5 (((𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin) ∧ (𝑖 ∈ ω ∧ 𝑎𝑆)) → 𝑎 ∈ dom card)
24 inss1 4133 . . . . 5 (𝑎𝑆) ⊆ 𝑎
25 ssnum 9636 . . . . 5 ((𝑎 ∈ dom card ∧ (𝑎𝑆) ⊆ 𝑎) → (𝑎𝑆) ∈ dom card)
2623, 24, 25sylancl 589 . . . 4 (((𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin) ∧ (𝑖 ∈ ω ∧ 𝑎𝑆)) → (𝑎𝑆) ∈ dom card)
27 nnon 7639 . . . . . 6 (𝑖 ∈ ω → 𝑖 ∈ On)
2827ad2antrl 728 . . . . 5 (((𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin) ∧ (𝑖 ∈ ω ∧ 𝑎𝑆)) → 𝑖 ∈ On)
29 onenon 9548 . . . . 5 (𝑖 ∈ On → 𝑖 ∈ dom card)
3028, 29syl 17 . . . 4 (((𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin) ∧ (𝑖 ∈ ω ∧ 𝑎𝑆)) → 𝑖 ∈ dom card)
31 carden2 9586 . . . 4 (((𝑎𝑆) ∈ dom card ∧ 𝑖 ∈ dom card) → ((card‘(𝑎𝑆)) = (card‘𝑖) ↔ (𝑎𝑆) ≈ 𝑖))
3226, 30, 31syl2anc 587 . . 3 (((𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin) ∧ (𝑖 ∈ ω ∧ 𝑎𝑆)) → ((card‘(𝑎𝑆)) = (card‘𝑖) ↔ (𝑎𝑆) ≈ 𝑖))
332adantrr 717 . . . . 5 (((𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin) ∧ (𝑖 ∈ ω ∧ 𝑎𝑆)) → ∃!𝑗𝑆 (𝑗𝑆) ≈ 𝑖)
34 ineq1 4110 . . . . . . 7 (𝑗 = 𝑎 → (𝑗𝑆) = (𝑎𝑆))
3534breq1d 5053 . . . . . 6 (𝑗 = 𝑎 → ((𝑗𝑆) ≈ 𝑖 ↔ (𝑎𝑆) ≈ 𝑖))
3635riota2 7185 . . . . 5 ((𝑎𝑆 ∧ ∃!𝑗𝑆 (𝑗𝑆) ≈ 𝑖) → ((𝑎𝑆) ≈ 𝑖 ↔ (𝑗𝑆 (𝑗𝑆) ≈ 𝑖) = 𝑎))
3719, 33, 36syl2anc 587 . . . 4 (((𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin) ∧ (𝑖 ∈ ω ∧ 𝑎𝑆)) → ((𝑎𝑆) ≈ 𝑖 ↔ (𝑗𝑆 (𝑗𝑆) ≈ 𝑖) = 𝑎))
38 eqcom 2741 . . . 4 ((𝑗𝑆 (𝑗𝑆) ≈ 𝑖) = 𝑎𝑎 = (𝑗𝑆 (𝑗𝑆) ≈ 𝑖))
3937, 38bitrdi 290 . . 3 (((𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin) ∧ (𝑖 ∈ ω ∧ 𝑎𝑆)) → ((𝑎𝑆) ≈ 𝑖𝑎 = (𝑗𝑆 (𝑗𝑆) ≈ 𝑖)))
4017, 32, 393bitrd 308 . 2 (((𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin) ∧ (𝑖 ∈ ω ∧ 𝑎𝑆)) → (𝑖 = (card‘(𝑎𝑆)) ↔ 𝑎 = (𝑗𝑆 (𝑗𝑆) ≈ 𝑖)))
411, 4, 11, 40f1o2d 7448 1 ((𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin) → 𝐶:ω–1-1-onto𝑆)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 209  wa 399   = wceq 1543  wcel 2110  ∃!wreu 3056  cin 3856  wss 3857   class class class wbr 5043  cmpt 5124  dom cdm 5540  Oncon0 6202  1-1-ontowf1o 6368  cfv 6369  crio 7158  ωcom 7633  cen 8612  Fincfn 8615  cardccrd 9534
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1803  ax-4 1817  ax-5 1918  ax-6 1976  ax-7 2016  ax-8 2112  ax-9 2120  ax-10 2141  ax-11 2158  ax-12 2175  ax-ext 2706  ax-rep 5168  ax-sep 5181  ax-nul 5188  ax-pow 5247  ax-pr 5311  ax-un 7512
This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 848  df-3or 1090  df-3an 1091  df-tru 1546  df-fal 1556  df-ex 1788  df-nf 1792  df-sb 2071  df-mo 2537  df-eu 2566  df-clab 2713  df-cleq 2726  df-clel 2812  df-nfc 2882  df-ne 2936  df-ral 3059  df-rex 3060  df-reu 3061  df-rmo 3062  df-rab 3063  df-v 3403  df-sbc 3688  df-csb 3803  df-dif 3860  df-un 3862  df-in 3864  df-ss 3874  df-pss 3876  df-nul 4228  df-if 4430  df-pw 4505  df-sn 4532  df-pr 4534  df-tp 4536  df-op 4538  df-uni 4810  df-int 4850  df-iun 4896  df-br 5044  df-opab 5106  df-mpt 5125  df-tr 5151  df-id 5444  df-eprel 5449  df-po 5457  df-so 5458  df-fr 5498  df-se 5499  df-we 5500  df-xp 5546  df-rel 5547  df-cnv 5548  df-co 5549  df-dm 5550  df-rn 5551  df-res 5552  df-ima 5553  df-pred 6149  df-ord 6205  df-on 6206  df-lim 6207  df-suc 6208  df-iota 6327  df-fun 6371  df-fn 6372  df-f 6373  df-f1 6374  df-fo 6375  df-f1o 6376  df-fv 6377  df-isom 6378  df-riota 7159  df-om 7634  df-wrecs 8036  df-recs 8097  df-1o 8191  df-er 8380  df-en 8616  df-dom 8617  df-sdom 8618  df-fin 8619  df-card 9538
This theorem is referenced by:  fin23lem27  9925  fin23lem28  9937  fin23lem30  9939  isf32lem6  9955  isf32lem7  9956  isf32lem8  9957
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