Theorem isf32lem9 10297

Description: Lemma for isfin3-2 10303. Construction of the onto function. (Contributed by Stefan O'Rear, 5-Nov-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 2-Oct-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
isf32lem.a	⊢ (𝜑 → 𝐹:ω⟶𝒫 𝐺)
isf32lem.b	⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ ω (𝐹‘suc 𝑥) ⊆ (𝐹‘𝑥))
isf32lem.c	⊢ (𝜑 → ¬ ∩ ran 𝐹 ∈ ran 𝐹)
isf32lem.d	⊢ 𝑆 = {𝑦 ∈ ω ∣ (𝐹‘suc 𝑦) ⊊ (𝐹‘𝑦)}
isf32lem.e	⊢ 𝐽 = (𝑢 ∈ ω ↦ (℩𝑣 ∈ 𝑆 (𝑣 ∩ 𝑆) ≈ 𝑢))
isf32lem.f	⊢ 𝐾 = ((𝑤 ∈ 𝑆 ↦ ((𝐹‘𝑤) ∖ (𝐹‘suc 𝑤))) ∘ 𝐽)
isf32lem.g	⊢ 𝐿 = (𝑡 ∈ 𝐺 ↦ (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))))

Assertion

Ref	Expression
isf32lem9	⊢ (𝜑 → 𝐿:𝐺–onto→ω)

Distinct variable groups:   𝑥,𝑤   𝑡,𝐺   𝑥,𝐿   𝑡,𝑠,𝑢,𝑣,𝑤,𝑥,𝑦,𝜑   𝑤,𝐹,𝑥,𝑦   𝑆,𝑠,𝑡,𝑢,𝑣,𝑤,𝑥,𝑦   𝐽,𝑠,𝑡,𝑤,𝑥,𝑦   𝐾,𝑠,𝑡,𝑥,𝑦

Allowed substitution hints:   𝐹(𝑣,𝑢,𝑡,𝑠)   𝐺(𝑥,𝑦,𝑤,𝑣,𝑢,𝑠)   𝐽(𝑣,𝑢)   𝐾(𝑤,𝑣,𝑢)   𝐿(𝑦,𝑤,𝑣,𝑢,𝑡,𝑠)

Proof of Theorem isf32lem9

Dummy variables 𝑎 𝑏 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		isf32lem.g	. . . 4 ⊢ 𝐿 = (𝑡 ∈ 𝐺 ↦ (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))))
2		ssab2 4036	. . . . . . 7 ⊢ {𝑠 ∣ (𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))} ⊆ ω
3		iotacl 6482	. . . . . . 7 ⊢ (∃!𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠)) → (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))) ∈ {𝑠 ∣ (𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))})
4	2, 3	sselid 3942	. . . . . 6 ⊢ (∃!𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠)) → (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))) ∈ ω)
5		iotanul 6474	. . . . . . 7 ⊢ (¬ ∃!𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠)) → (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))) = ∅)
6		peano1 7825	. . . . . . 7 ⊢ ∅ ∈ ω
7	5, 6	eqeltrdi 2846	. . . . . 6 ⊢ (¬ ∃!𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠)) → (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))) ∈ ω)
8	4, 7	pm2.61i 182	. . . . 5 ⊢ (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))) ∈ ω
9	8	a1i 11	. . . 4 ⊢ (𝑡 ∈ 𝐺 → (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))) ∈ ω)
10	1, 9	fmpti 7060	. . 3 ⊢ 𝐿:𝐺⟶ω
11	10	a1i 11	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐿:𝐺⟶ω)
12		isf32lem.a	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐹:ω⟶𝒫 𝐺)
13		isf32lem.b	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ ω (𝐹‘suc 𝑥) ⊆ (𝐹‘𝑥))
14		isf32lem.c	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ¬ ∩ ran 𝐹 ∈ ran 𝐹)
15		isf32lem.d	. . . . . 6 ⊢ 𝑆 = {𝑦 ∈ ω ∣ (𝐹‘suc 𝑦) ⊊ (𝐹‘𝑦)}
16		isf32lem.e	. . . . . 6 ⊢ 𝐽 = (𝑢 ∈ ω ↦ (℩𝑣 ∈ 𝑆 (𝑣 ∩ 𝑆) ≈ 𝑢))
17		isf32lem.f	. . . . . 6 ⊢ 𝐾 = ((𝑤 ∈ 𝑆 ↦ ((𝐹‘𝑤) ∖ (𝐹‘suc 𝑤))) ∘ 𝐽)
18	12, 13, 14, 15, 16, 17	isf32lem6 10294	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) → (𝐾‘𝑎) ≠ ∅)
19		n0 4306	. . . . 5 ⊢ ((𝐾‘𝑎) ≠ ∅ ↔ ∃𝑏 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎))
20	18, 19	sylib 217	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) → ∃𝑏 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎))
21	12, 13, 14, 15, 16, 17	isf32lem8 10296	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) → (𝐾‘𝑎) ⊆ 𝐺)
22	21	sselda 3944	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) → 𝑏 ∈ 𝐺)
23		eleq1w 2820	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑡 = 𝑏 → (𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠) ↔ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠)))
24	23	anbi2d 629	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑡 = 𝑏 → ((𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠)) ↔ (𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
25	24	iotabidv 6480	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑡 = 𝑏 → (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))) = (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
26		iotaex 6469	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))) ∈ V
27	25, 1, 26	fvmpt3i 6953	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑏 ∈ 𝐺 → (𝐿‘𝑏) = (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
28	22, 27	syl 17	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) → (𝐿‘𝑏) = (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
29		simp1r 1198	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) → 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎))
30		simpl1 1191	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) ∧ 𝑠 ≠ 𝑎) → 𝜑)
31		simpr 485	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) ∧ 𝑠 ≠ 𝑎) → 𝑠 ≠ 𝑎)
32	31	necomd 2999	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) ∧ 𝑠 ≠ 𝑎) → 𝑎 ≠ 𝑠)
33		simpl2 1192	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) ∧ 𝑠 ≠ 𝑎) → 𝑎 ∈ ω)
34		simpl3 1193	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) ∧ 𝑠 ≠ 𝑎) → 𝑠 ∈ ω)
35	12, 13, 14, 15, 16, 17	isf32lem7 10295	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ≠ 𝑠) ∧ (𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω)) → ((𝐾‘𝑎) ∩ (𝐾‘𝑠)) = ∅)
36	30, 32, 33, 34, 35	syl22anc 837	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) ∧ 𝑠 ≠ 𝑎) → ((𝐾‘𝑎) ∩ (𝐾‘𝑠)) = ∅)
37		disj1 4410	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ (((𝐾‘𝑎) ∩ (𝐾‘𝑠)) = ∅ ↔ ∀𝑏(𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → ¬ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠)))
38	36, 37	sylib 217	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) ∧ 𝑠 ≠ 𝑎) → ∀𝑏(𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → ¬ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠)))
39	38	ex 413	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) → (𝑠 ≠ 𝑎 → ∀𝑏(𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → ¬ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
40		sp 2176	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (∀𝑏(𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → ¬ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠)) → (𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → ¬ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠)))
41	39, 40	syl6 35	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) → (𝑠 ≠ 𝑎 → (𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → ¬ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
42	41	com23 86	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) → (𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → (𝑠 ≠ 𝑎 → ¬ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
43	42	3adant1r 1177	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) → (𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → (𝑠 ≠ 𝑎 → ¬ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
44	29, 43	mpd 15	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) → (𝑠 ≠ 𝑎 → ¬ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠)))
45	44	necon4ad 2962	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) → (𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠) → 𝑠 = 𝑎))
46	45	3expia 1121	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω) → (𝑠 ∈ ω → (𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠) → 𝑠 = 𝑎)))
47	46	impd 411	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω) → ((𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠)) → 𝑠 = 𝑎))
48		eleq1w 2820	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑠 = 𝑎 → (𝑠 ∈ ω ↔ 𝑎 ∈ ω))
49		fveq2 6842	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑠 = 𝑎 → (𝐾‘𝑠) = (𝐾‘𝑎))
50	49	eleq2d 2823	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑠 = 𝑎 → (𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠) ↔ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)))
51	48, 50	anbi12d 631	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑠 = 𝑎 → ((𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠)) ↔ (𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎))))
52	51	biimprcd 249	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) → (𝑠 = 𝑎 → (𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
53	52	ancoms 459	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) ∧ 𝑎 ∈ ω) → (𝑠 = 𝑎 → (𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
54	53	adantll 712	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω) → (𝑠 = 𝑎 → (𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
55	47, 54	impbid 211	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω) → ((𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠)) ↔ 𝑠 = 𝑎))
56	55	iota5 6479	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω) → (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))) = 𝑎)
57	56	an32s 650	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) → (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))) = 𝑎)
58	28, 57	eqtr2d 2777	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) → 𝑎 = (𝐿‘𝑏))
59	22, 58	jca 512	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) → (𝑏 ∈ 𝐺 ∧ 𝑎 = (𝐿‘𝑏)))
60	59	ex 413	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) → (𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → (𝑏 ∈ 𝐺 ∧ 𝑎 = (𝐿‘𝑏))))
61	60	eximdv 1920	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) → (∃𝑏 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → ∃𝑏(𝑏 ∈ 𝐺 ∧ 𝑎 = (𝐿‘𝑏))))
62		df-rex 3074	. . . . 5 ⊢ (∃𝑏 ∈ 𝐺 𝑎 = (𝐿‘𝑏) ↔ ∃𝑏(𝑏 ∈ 𝐺 ∧ 𝑎 = (𝐿‘𝑏)))
63	61, 62	syl6ibr 251	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) → (∃𝑏 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → ∃𝑏 ∈ 𝐺 𝑎 = (𝐿‘𝑏)))
64	20, 63	mpd 15	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) → ∃𝑏 ∈ 𝐺 𝑎 = (𝐿‘𝑏))
65	64	ralrimiva 3143	. 2 ⊢ (𝜑 → ∀𝑎 ∈ ω ∃𝑏 ∈ 𝐺 𝑎 = (𝐿‘𝑏))
66		dffo3 7052	. 2 ⊢ (𝐿:𝐺–onto→ω ↔ (𝐿:𝐺⟶ω ∧ ∀𝑎 ∈ ω ∃𝑏 ∈ 𝐺 𝑎 = (𝐿‘𝑏)))
67	11, 65, 66	sylanbrc 583	1 ⊢ (𝜑 → 𝐿:𝐺–onto→ω)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 396   ∧ w3a 1087  ∀wal 1539   = wceq 1541  ∃wex 1781   ∈ wcel 2106  ∃!weu 2566  {cab 2713   ≠ wne 2943  ∀wral 3064  ∃wrex 3073  {crab 3407   ∖ cdif 3907   ∩ cin 3909   ⊆ wss 3910   ⊊ wpss 3911  ∅c0 4282  𝒫 cpw 4560  ∩ cint 4907   class class class wbr 5105   ↦ cmpt 5188  ran crn 5634   ∘ ccom 5637  suc csuc 6319  ℩cio 6446  ⟶wf 6492  –onto→wfo 6494  ‘cfv 6496  ℩crio 7312  ωcom 7802   ≈ cen 8880

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2707  ax-rep 5242  ax-sep 5256  ax-nul 5263  ax-pow 5320  ax-pr 5384  ax-un 7672

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2714  df-cleq 2728  df-clel 2814  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-ral 3065  df-rex 3074  df-rmo 3353  df-reu 3354  df-rab 3408  df-v 3447  df-sbc 3740  df-csb 3856  df-dif 3913  df-un 3915  df-in 3917  df-ss 3927  df-pss 3929  df-nul 4283  df-if 4487  df-pw 4562  df-sn 4587  df-pr 4589  df-op 4593  df-uni 4866  df-int 4908  df-iun 4956  df-br 5106  df-opab 5168  df-mpt 5189  df-tr 5223  df-id 5531  df-eprel 5537  df-po 5545  df-so 5546  df-fr 5588  df-se 5589  df-we 5590  df-xp 5639  df-rel 5640  df-cnv 5641  df-co 5642  df-dm 5643  df-rn 5644  df-res 5645  df-ima 5646  df-pred 6253  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6498  df-fn 6499  df-f 6500  df-f1 6501  df-fo 6502  df-f1o 6503  df-fv 6504  df-isom 6505  df-riota 7313  df-ov 7360  df-om 7803  df-2nd 7922  df-frecs 8212  df-wrecs 8243  df-recs 8317  df-1o 8412  df-er 8648  df-en 8884  df-dom 8885  df-sdom 8886  df-fin 8887  df-card 9875

This theorem is referenced by:  isf32lem10  10298