Theorem isf32lem9 10396

Description: Lemma for isfin3-2 10402. 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 4027	. . . . . . 7 ⊢ {𝑠 ∣ (𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))} ⊆ ω
3		iotacl 6514	. . . . . . 7 ⊢ (∃!𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠)) → (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))) ∈ {𝑠 ∣ (𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))})
4	2, 3	sselid 3929	. . . . . 6 ⊢ (∃!𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠)) → (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))) ∈ ω)
5		iotanul 6508	. . . . . . 7 ⊢ (¬ ∃!𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠)) → (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))) = ∅)
6		peano1 7884	. . . . . . 7 ⊢ ∅ ∈ ω
7	5, 6	eqeltrdi 2868	. . . . . 6 ⊢ (¬ ∃!𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠)) → (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))) ∈ ω)
8	4, 7	pm2.61i 184	. . . . 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 7101	. . 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 10393	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) → (𝐾‘𝑎) ≠ ∅)
19		n0 4300	. . . . 5 ⊢ ((𝐾‘𝑎) ≠ ∅ ↔ ∃𝑏 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎))
20	18, 19	sylib 221	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) → ∃𝑏 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎))
21	12, 13, 14, 15, 16, 17	isf32lem8 10395	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) → (𝐾‘𝑎) ⊆ 𝐺)
22	21	sselda 3931	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) → 𝑏 ∈ 𝐺)
23		eleq1w 2843	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑡 = 𝑏 → (𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠) ↔ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠)))
24	23	anbi2d 642	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑡 = 𝑏 → ((𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠)) ↔ (𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
25	24	iotabidv 6512	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑡 = 𝑏 → (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))) = (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
26		iotaex 6504	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))) ∈ V
27	25, 1, 26	fvmpt3i 6988	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑏 ∈ 𝐺 → (𝐿‘𝑏) = (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
28	22, 27	syl 18	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) → (𝐿‘𝑏) = (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
29		simp1r 1217	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) → 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎))
30		simpl1 1210	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) ∧ 𝑠 ≠ 𝑎) → 𝜑)
31		simpr 490	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) ∧ 𝑠 ≠ 𝑎) → 𝑠 ≠ 𝑎)
32	31	necomd 3010	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) ∧ 𝑠 ≠ 𝑎) → 𝑎 ≠ 𝑠)
33		simpl2 1211	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) ∧ 𝑠 ≠ 𝑎) → 𝑎 ∈ ω)
34		simpl3 1212	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) ∧ 𝑠 ≠ 𝑎) → 𝑠 ∈ ω)
35	12, 13, 14, 15, 16, 17	isf32lem7 10394	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ≠ 𝑠) ∧ (𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω)) → ((𝐾‘𝑎) ∩ (𝐾‘𝑠)) = ∅)
36	30, 32, 33, 34, 35	syl22anc 852	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) ∧ 𝑠 ≠ 𝑎) → ((𝐾‘𝑎) ∩ (𝐾‘𝑠)) = ∅)
37		disj1 4405	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ (((𝐾‘𝑎) ∩ (𝐾‘𝑠)) = ∅ ↔ ∀𝑏(𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → ¬ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠)))
38	36, 37	sylib 221	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) ∧ 𝑠 ≠ 𝑎) → ∀𝑏(𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → ¬ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠)))
39	38	ex 418	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) → (𝑠 ≠ 𝑎 → ∀𝑏(𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → ¬ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
40		sp 2219	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (∀𝑏(𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → ¬ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠)) → (𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → ¬ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠)))
41	39, 40	syl6 36	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) → (𝑠 ≠ 𝑎 → (𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → ¬ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
42	41	com23 87	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) → (𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → (𝑠 ≠ 𝑎 → ¬ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
43	42	3adant1r 1196	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) → (𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → (𝑠 ≠ 𝑎 → ¬ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
44	29, 43	mpd 16	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) → (𝑠 ≠ 𝑎 → ¬ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠)))
45	44	necon4ad 2974	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) → (𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠) → 𝑠 = 𝑎))
46	45	3expia 1139	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω) → (𝑠 ∈ ω → (𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠) → 𝑠 = 𝑎)))
47	46	impd 416	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω) → ((𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠)) → 𝑠 = 𝑎))
48		eleq1w 2843	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑠 = 𝑎 → (𝑠 ∈ ω ↔ 𝑎 ∈ ω))
49		fveq2 6874	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑠 = 𝑎 → (𝐾‘𝑠) = (𝐾‘𝑎))
50	49	eleq2d 2846	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑠 = 𝑎 → (𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠) ↔ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)))
51	48, 50	anbi12d 644	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑠 = 𝑎 → ((𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠)) ↔ (𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎))))
52	51	biimprcd 253	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) → (𝑠 = 𝑎 → (𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
53	52	ancoms 464	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) ∧ 𝑎 ∈ ω) → (𝑠 = 𝑎 → (𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
54	53	adantll 727	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω) → (𝑠 = 𝑎 → (𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
55	47, 54	impbid 215	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω) → ((𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠)) ↔ 𝑠 = 𝑎))
56	55	iota5 6511	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω) → (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))) = 𝑎)
57	56	an32s 665	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) → (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))) = 𝑎)
58	28, 57	eqtr2d 2796	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) → 𝑎 = (𝐿‘𝑏))
59	22, 58	jca 521	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) → (𝑏 ∈ 𝐺 ∧ 𝑎 = (𝐿‘𝑏)))
60	59	ex 418	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) → (𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → (𝑏 ∈ 𝐺 ∧ 𝑎 = (𝐿‘𝑏))))
61	60	eximdv 1950	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) → (∃𝑏 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → ∃𝑏(𝑏 ∈ 𝐺 ∧ 𝑎 = (𝐿‘𝑏))))
62		df-rex 3087	. . . . 5 ⊢ (∃𝑏 ∈ 𝐺 𝑎 = (𝐿‘𝑏) ↔ ∃𝑏(𝑏 ∈ 𝐺 ∧ 𝑎 = (𝐿‘𝑏)))
63	61, 62	imbitrrdi 255	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) → (∃𝑏 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → ∃𝑏 ∈ 𝐺 𝑎 = (𝐿‘𝑏)))
64	20, 63	mpd 16	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) → ∃𝑏 ∈ 𝐺 𝑎 = (𝐿‘𝑏))
65	64	ralrimiva 3154	. 2 ⊢ (𝜑 → ∀𝑎 ∈ ω ∃𝑏 ∈ 𝐺 𝑎 = (𝐿‘𝑏))
66		dffo3 7091	. 2 ⊢ (𝐿:𝐺–onto→ω ↔ (𝐿:𝐺⟶ω ∧ ∀𝑎 ∈ ω ∃𝑏 ∈ 𝐺 𝑎 = (𝐿‘𝑏)))
67	11, 65, 66	sylanbrc 595	1 ⊢ (𝜑 → 𝐿:𝐺–onto→ω)

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103  ∀wal 1568   = wceq 1570  ∃wex 1812   ∈ wcel 2145  ∃!weu 2593  {cab 2738   ≠ wne 2955  ∀wral 3076  ∃wrex 3086  {crab 3412   ∖ cdif 3896   ∩ cin 3898   ⊆ wss 3899   ⊊ wpss 3900  ∅c0 4279  𝒫 cpw 4557  ∩ cint 4907   class class class wbr 5103   ↦ cmpt 5186  ran crn 5649   ∘ ccom 5652  suc csuc 6354  ℩cio 6482  ⟶wf 6524  –onto→wfo 6526  ‘cfv 6528  ℩crio 7365  ωcom 7861   ≈ cen 8949

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 2732  ax-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7735

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 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  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-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 5543  df-eprel 5548  df-po 5556  df-so 5557  df-fr 5601  df-se 5602  df-we 5603  df-xp 5654  df-rel 5655  df-cnv 5656  df-co 5657  df-dm 5658  df-rn 5659  df-res 5660  df-ima 5661  df-pred 6294  df-ord 6355  df-on 6356  df-lim 6357  df-suc 6358  df-iota 6484  df-fun 6530  df-fn 6531  df-f 6532  df-f1 6533  df-fo 6534  df-f1o 6535  df-fv 6536  df-isom 6537  df-riota 7366  df-ov 7412  df-om 7862  df-2nd 7986  df-frecs 8278  df-wrecs 8309  df-recs 8358  df-1o 8455  df-er 8696  df-en 8953  df-dom 8954  df-sdom 8955  df-fin 8956  df-card 9977

This theorem is used by:  isf32lem10  10397