MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  iundisj Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem iundisj 25707
Description: Rewrite a countable union as a disjoint union. (Contributed by Mario Carneiro, 20-Mar-2014.)
Hypothesis
Ref Expression
iundisj.1 (𝑛 = 𝑘𝐴 = 𝐵)
Assertion
Ref Expression
iundisj 𝑛 ∈ ℕ 𝐴 = 𝑛 ∈ ℕ (𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑛)𝐵)
Distinct variable groups:   𝑘,𝑛   𝐴,𝑘   𝐵,𝑛
Allowed substitution hints:   𝐴(𝑛)   𝐵(𝑘)

Proof of Theorem iundisj
Dummy variables 𝑥 𝑚 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 ssrab2 4034 . . . . . . . . . 10 {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴} ⊆ ℕ
2 nnuz 12896 . . . . . . . . . 10 ℕ = (ℤ‘1)
31, 2sseqtri 3985 . . . . . . . . 9 {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴} ⊆ (ℤ‘1)
4 rabn0 4346 . . . . . . . . . 10 ({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴} ≠ ∅ ↔ ∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴)
54biimpri 231 . . . . . . . . 9 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴 → {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴} ≠ ∅)
6 infssuzcl 12951 . . . . . . . . 9 (({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴} ⊆ (ℤ‘1) ∧ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴} ≠ ∅) → inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴})
73, 5, 6sylancr 598 . . . . . . . 8 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴 → inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴})
8 nfrab1 3436 . . . . . . . . . 10 𝑛{𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}
9 nfcv 2925 . . . . . . . . . 10 𝑛
10 nfcv 2925 . . . . . . . . . 10 𝑛 <
118, 9, 10nfinf 9439 . . . . . . . . 9 𝑛inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < )
12 nfcv 2925 . . . . . . . . 9 𝑛
1311nfcsb1 3876 . . . . . . . . . 10 𝑛inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴
1413nfcri 2917 . . . . . . . . 9 𝑛 𝑥inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴
15 csbeq1a 3867 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) → 𝐴 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴)
1615eleq2d 2849 . . . . . . . . 9 (𝑛 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) → (𝑥𝐴𝑥inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴))
1711, 12, 14, 16elrabf 3647 . . . . . . . 8 (inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴} ↔ (inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℕ ∧ 𝑥inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴))
187, 17sylib 221 . . . . . . 7 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴 → (inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℕ ∧ 𝑥inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴))
1918simpld 499 . . . . . 6 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴 → inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℕ)
2018simprd 500 . . . . . . 7 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑥inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴)
2119nnred 12243 . . . . . . . . 9 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴 → inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
2221ltnrd 11339 . . . . . . . 8 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴 → ¬ inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) < inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))
23 eliun 4960 . . . . . . . . 9 (𝑥 𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))𝐵 ↔ ∃𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))𝑥𝐵)
2421ad2antrr 738 . . . . . . . . . . 11 (((∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))) ∧ 𝑥𝐵) → inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
25 elfzouz 13688 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < )) → 𝑘 ∈ (ℤ‘1))
2625, 2eleqtrrdi 2874 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < )) → 𝑘 ∈ ℕ)
2726ad2antlr 739 . . . . . . . . . . . 12 (((∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑘 ∈ ℕ)
2827nnred 12243 . . . . . . . . . . 11 (((∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑘 ∈ ℝ)
29 iundisj.1 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 = 𝑘𝐴 = 𝐵)
3029eleq2d 2849 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 = 𝑘 → (𝑥𝐴𝑥𝐵))
31 simpr 489 . . . . . . . . . . . . 13 (((∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑥𝐵)
3230, 27, 31elrabd 3652 . . . . . . . . . . . 12 (((∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑘 ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴})
33 infssuzle 12950 . . . . . . . . . . . 12 (({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴} ⊆ (ℤ‘1) ∧ 𝑘 ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}) → inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) ≤ 𝑘)
343, 32, 33sylancr 598 . . . . . . . . . . 11 (((∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))) ∧ 𝑥𝐵) → inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) ≤ 𝑘)
35 elfzolt2 13693 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < )) → 𝑘 < inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))
3635ad2antlr 739 . . . . . . . . . . 11 (((∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑘 < inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))
3724, 28, 24, 34, 36lelttrd 11363 . . . . . . . . . 10 (((∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))) ∧ 𝑥𝐵) → inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) < inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))
3837rexlimdva2 3168 . . . . . . . . 9 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴 → (∃𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))𝑥𝐵 → inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) < inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < )))
3923, 38biimtrid 245 . . . . . . . 8 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴 → (𝑥 𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))𝐵 → inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) < inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < )))
4022, 39mtod 201 . . . . . . 7 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴 → ¬ 𝑥 𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))𝐵)
4120, 40eldifd 3916 . . . . . 6 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑥 ∈ (inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))𝐵))
42 csbeq1 3856 . . . . . . . . 9 (𝑚 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) → 𝑚 / 𝑛𝐴 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴)
43 oveq2 7418 . . . . . . . . . 10 (𝑚 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) → (1..^𝑚) = (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < )))
4443iuneq1d 4984 . . . . . . . . 9 (𝑚 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) → 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵 = 𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))𝐵)
4542, 44difeq12d 4082 . . . . . . . 8 (𝑚 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) → (𝑚 / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵) = (inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))𝐵))
4645eleq2d 2849 . . . . . . 7 (𝑚 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) → (𝑥 ∈ (𝑚 / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵) ↔ 𝑥 ∈ (inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))𝐵)))
4746rspcev 3581 . . . . . 6 ((inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℕ ∧ 𝑥 ∈ (inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))𝐵)) → ∃𝑚 ∈ ℕ 𝑥 ∈ (𝑚 / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵))
4819, 41, 47syl2anc 595 . . . . 5 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴 → ∃𝑚 ∈ ℕ 𝑥 ∈ (𝑚 / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵))
49 nfv 1944 . . . . . 6 𝑚 𝑥 ∈ (𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑛)𝐵)
50 nfcsb1v 3877 . . . . . . . 8 𝑛𝑚 / 𝑛𝐴
51 nfcv 2925 . . . . . . . 8 𝑛 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵
5250, 51nfdif 4084 . . . . . . 7 𝑛(𝑚 / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵)
5352nfcri 2917 . . . . . 6 𝑛 𝑥 ∈ (𝑚 / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵)
54 csbeq1a 3867 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑚𝐴 = 𝑚 / 𝑛𝐴)
55 oveq2 7418 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑚 → (1..^𝑛) = (1..^𝑚))
5655iuneq1d 4984 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑚 𝑘 ∈ (1..^𝑛)𝐵 = 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵)
5754, 56difeq12d 4082 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑚 → (𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑛)𝐵) = (𝑚 / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵))
5857eleq2d 2849 . . . . . 6 (𝑛 = 𝑚 → (𝑥 ∈ (𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑛)𝐵) ↔ 𝑥 ∈ (𝑚 / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵)))
5949, 53, 58cbvrexw 3308 . . . . 5 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥 ∈ (𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑛)𝐵) ↔ ∃𝑚 ∈ ℕ 𝑥 ∈ (𝑚 / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵))
6048, 59sylibr 237 . . . 4 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴 → ∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥 ∈ (𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑛)𝐵))
61 eldifi 4085 . . . . 5 (𝑥 ∈ (𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑛)𝐵) → 𝑥𝐴)
6261reximi 3103 . . . 4 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥 ∈ (𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑛)𝐵) → ∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴)
6360, 62impbii 212 . . 3 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴 ↔ ∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥 ∈ (𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑛)𝐵))
64 eliun 4960 . . 3 (𝑥 𝑛 ∈ ℕ 𝐴 ↔ ∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴)
65 eliun 4960 . . 3 (𝑥 𝑛 ∈ ℕ (𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑛)𝐵) ↔ ∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥 ∈ (𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑛)𝐵))
6663, 64, 653bitr4i 306 . 2 (𝑥 𝑛 ∈ ℕ 𝐴𝑥 𝑛 ∈ ℕ (𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑛)𝐵))
6766eqriv 2760 1 𝑛 ∈ ℕ 𝐴 = 𝑛 ∈ ℕ (𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑛)𝐵)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 400   = wceq 1570  wcel 2143  wne 2958  wrex 3089  {crab 3416  csb 3853  cdif 3902  wss 3905  c0 4286   ciun 4956   class class class wbr 5109  cfv 6536  (class class class)co 7410  infcinf 9397  cr 11094  1c1 11096   < clt 11238  cle 11239  cn 12228  cuz 12857  ..^cfzo 13678
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1825  ax-4 1839  ax-5 1940  ax-6 1997  ax-7 2038  ax-8 2145  ax-9 2153  ax-10 2176  ax-11 2192  ax-12 2213  ax-ext 2735  ax-sep 5257  ax-nul 5269  ax-pow 5336  ax-pr 5404  ax-un 7732  ax-cnex 11151  ax-resscn 11152  ax-1cn 11153  ax-icn 11154  ax-addcl 11155  ax-addrcl 11156  ax-mulcl 11157  ax-mulrcl 11158  ax-mulcom 11159  ax-addass 11160  ax-mulass 11161  ax-distr 11162  ax-i2m1 11163  ax-1ne0 11164  ax-1rid 11165  ax-rnegex 11166  ax-rrecex 11167  ax-cnre 11168  ax-pre-lttri 11169  ax-pre-lttrn 11170  ax-pre-ltadd 11171  ax-pre-mulgt0 11172
This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1810  df-nf 1814  df-sb 2097  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2838  df-nfc 2912  df-ne 2959  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3457  df-sbc 3745  df-csb 3854  df-dif 3908  df-un 3910  df-in 3912  df-ss 3922  df-pss 3925  df-nul 4287  df-if 4488  df-pw 4564  df-sn 4590  df-pr 4592  df-op 4596  df-uni 4873  df-iun 4958  df-br 5110  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5556  df-eprel 5561  df-po 5569  df-so 5570  df-fr 5614  df-we 5616  df-xp 5667  df-rel 5668  df-cnv 5669  df-co 5670  df-dm 5671  df-rn 5672  df-res 5673  df-ima 5674  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-riota 7367  df-ov 7413  df-oprab 7414  df-mpo 7415  df-om 7859  df-1st 7982  df-2nd 7983  df-frecs 8274  df-wrecs 8305  df-recs 8354  df-rdg 8393  df-er 8690  df-en 8940  df-dom 8941  df-sdom 8942  df-sup 9398  df-inf 9399  df-pnf 11240  df-mnf 11241  df-xr 11242  df-ltxr 11243  df-le 11244  df-sub 11438  df-neg 11439  df-nn 12229  df-n0 12500  df-z 12587  df-uz 12858  df-fz 13531  df-fzo 13679
This theorem is referenced by:  iunmbl  25712  volsup  25715  sigapildsys  34552  carsgclctunlem3  34710  voliunnfl  38315
  Copyright terms: Public domain W3C validator