Theorem isf32lem9 10351

Description: Lemma for isfin3-2 10357. 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 4032	. . . . . . 7 ⊢ {𝑠 ∣ (𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))} ⊆ ω
3		iotacl 6522	. . . . . . 7 ⊢ (∃!𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠)) → (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))) ∈ {𝑠 ∣ (𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))})
4	2, 3	sselid 3934	. . . . . 6 ⊢ (∃!𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠)) → (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))) ∈ ω)
5		iotanul 6516	. . . . . . 7 ⊢ (¬ ∃!𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠)) → (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))) = ∅)
6		peano1 7883	. . . . . . 7 ⊢ ∅ ∈ ω
7	5, 6	eqeltrdi 2870	. . . . . 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 7107	. . 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 10348	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) → (𝐾‘𝑎) ≠ ∅)
19		n0 4306	. . . . 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 10350	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) → (𝐾‘𝑎) ⊆ 𝐺)
22	21	sselda 3936	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) → 𝑏 ∈ 𝐺)
23		eleq1w 2845	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑡 = 𝑏 → (𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠) ↔ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠)))
24	23	anbi2d 641	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑡 = 𝑏 → ((𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠)) ↔ (𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
25	24	iotabidv 6520	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑡 = 𝑏 → (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))) = (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
26		iotaex 6512	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑡 ∈ (𝐾‘𝑠))) ∈ V
27	25, 1, 26	fvmpt3i 6995	. . . . . . . . . 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 1216	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) → 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎))
30		simpl1 1209	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) ∧ 𝑠 ≠ 𝑎) → 𝜑)
31		simpr 489	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) ∧ 𝑠 ≠ 𝑎) → 𝑠 ≠ 𝑎)
32	31	necomd 3012	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) ∧ 𝑠 ≠ 𝑎) → 𝑎 ≠ 𝑠)
33		simpl2 1210	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) ∧ 𝑠 ≠ 𝑎) → 𝑎 ∈ ω)
34		simpl3 1211	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) ∧ 𝑠 ≠ 𝑎) → 𝑠 ∈ ω)
35	12, 13, 14, 15, 16, 17	isf32lem7 10349	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ≠ 𝑠) ∧ (𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω)) → ((𝐾‘𝑎) ∩ (𝐾‘𝑠)) = ∅)
36	30, 32, 33, 34, 35	syl22anc 851	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) ∧ 𝑠 ≠ 𝑎) → ((𝐾‘𝑎) ∩ (𝐾‘𝑠)) = ∅)
37		disj1 4411	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 417	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) → (𝑠 ≠ 𝑎 → ∀𝑏(𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → ¬ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
40		sp 2218	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 1195	. . . . . . . . . . . . . . . 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 2976	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑠 ∈ ω) → (𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠) → 𝑠 = 𝑎))
46	45	3expia 1138	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω) → (𝑠 ∈ ω → (𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠) → 𝑠 = 𝑎)))
47	46	impd 415	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω) → ((𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠)) → 𝑠 = 𝑎))
48		eleq1w 2845	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑠 = 𝑎 → (𝑠 ∈ ω ↔ 𝑎 ∈ ω))
49		fveq2 6881	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑠 = 𝑎 → (𝐾‘𝑠) = (𝐾‘𝑎))
50	49	eleq2d 2848	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑠 = 𝑎 → (𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠) ↔ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)))
51	48, 50	anbi12d 643	. . . . . . . . . . . . . . 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 463	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) ∧ 𝑎 ∈ ω) → (𝑠 = 𝑎 → (𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))))
54	53	adantll 726	. . . . . . . . . . . 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 6519	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) ∧ 𝑎 ∈ ω) → (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))) = 𝑎)
57	56	an32s 664	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) → (℩𝑠(𝑠 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑠))) = 𝑎)
58	28, 57	eqtr2d 2798	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) → 𝑎 = (𝐿‘𝑏))
59	22, 58	jca 520	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) ∧ 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎)) → (𝑏 ∈ 𝐺 ∧ 𝑎 = (𝐿‘𝑏)))
60	59	ex 417	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) → (𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → (𝑏 ∈ 𝐺 ∧ 𝑎 = (𝐿‘𝑏))))
61	60	eximdv 1946	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ ω) → (∃𝑏 𝑏 ∈ (𝐾‘𝑎) → ∃𝑏(𝑏 ∈ 𝐺 ∧ 𝑎 = (𝐿‘𝑏))))
62		df-rex 3089	. . . . 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 3156	. 2 ⊢ (𝜑 → ∀𝑎 ∈ ω ∃𝑏 ∈ 𝐺 𝑎 = (𝐿‘𝑏))
66		dffo3 7097	. 2 ⊢ (𝐿:𝐺–onto→ω ↔ (𝐿:𝐺⟶ω ∧ ∀𝑎 ∈ ω ∃𝑏 ∈ 𝐺 𝑎 = (𝐿‘𝑏)))
67	11, 65, 66	sylanbrc 594	1 ⊢ (𝜑 → 𝐿:𝐺–onto→ω)

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 400   ∧ w3a 1102  ∀wal 1567   = wceq 1569  ∃wex 1808   ∈ wcel 2142  ∃!weu 2595  {cab 2740   ≠ wne 2957  ∀wral 3078  ∃wrex 3088  {crab 3415   ∖ cdif 3901   ∩ cin 3903   ⊆ wss 3904   ⊊ wpss 3905  ∅c0 4285  𝒫 cpw 4561  ∩ cint 4911   class class class wbr 5108   ↦ cmpt 5191  ran crn 5661   ∘ ccom 5664  suc csuc 6362  ℩cio 6490  ⟶wf 6532  –onto→wfo 6534  ‘cfv 6536  ℩crio 7368  ωcom 7860   ≈ cen 8938

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1824  ax-4 1838  ax-5 1939  ax-6 1996  ax-7 2037  ax-8 2144  ax-9 2152  ax-10 2175  ax-11 2191  ax-12 2212  ax-ext 2734  ax-rep 5237  ax-sep 5256  ax-nul 5268  ax-pow 5335  ax-pr 5403  ax-un 7734

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1103  df-3an 1104  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1809  df-nf 1813  df-sb 2096  df-mo 2566  df-eu 2596  df-clab 2741  df-cleq 2754  df-clel 2837  df-nfc 2911  df-ne 2958  df-ral 3079  df-rex 3089  df-rmo 3368  df-reu 3369  df-rab 3416  df-v 3456  df-sbc 3744  df-csb 3853  df-dif 3907  df-un 3909  df-in 3911  df-ss 3921  df-pss 3924  df-nul 4286  df-if 4487  df-pw 4563  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4595  df-uni 4872  df-int 4912  df-iun 4957  df-br 5109  df-opab 5173  df-mpt 5192  df-tr 5218  df-id 5555  df-eprel 5560  df-po 5568  df-so 5569  df-fr 5613  df-se 5614  df-we 5615  df-xp 5666  df-rel 5667  df-cnv 5668  df-co 5669  df-dm 5670  df-rn 5671  df-res 5672  df-ima 5673  df-pred 6302  df-ord 6363  df-on 6364  df-lim 6365  df-suc 6366  df-iota 6492  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-isom 6545  df-riota 7369  df-ov 7415  df-om 7861  df-2nd 7985  df-frecs 8276  df-wrecs 8307  df-recs 8356  df-1o 8451  df-er 8692  df-en 8942  df-dom 8943  df-sdom 8944  df-fin 8945  df-card 9932

This theorem is used by:  isf32lem10  10352