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

Theorem iundisj 25776
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 4028 . . . . . . . . . 10 {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴} ⊆ ℕ
2 nnuz 12926 . . . . . . . . . 10 ℕ = (ℤ‘1)
31, 2sseqtri 3979 . . . . . . . . 9 {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴} ⊆ (ℤ‘1)
4 rabn0 4339 . . . . . . . . . 10 ({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴} ≠ ∅ ↔ ∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴)
54biimpri 231 . . . . . . . . 9 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴 → {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴} ≠ ∅)
6 infssuzcl 12981 . . . . . . . . 9 (({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴} ⊆ (ℤ‘1) ∧ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴} ≠ ∅) → inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴})
73, 5, 6sylancr 599 . . . . . . . 8 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴 → inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴})
8 nfrab1 3431 . . . . . . . . . 10 𝑛{𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}
9 nfcv 2922 . . . . . . . . . 10 𝑛
10 nfcv 2922 . . . . . . . . . 10 𝑛 <
118, 9, 10nfinf 9453 . . . . . . . . 9 𝑛inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < )
12 nfcv 2922 . . . . . . . . 9 𝑛
1311nfcsb1 3870 . . . . . . . . . 10 𝑛inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴
1413nfcri 2914 . . . . . . . . 9 𝑛 𝑥inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴
15 csbeq1a 3861 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) → 𝐴 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴)
1615eleq2d 2846 . . . . . . . . 9 (𝑛 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) → (𝑥𝐴𝑥inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴))
1711, 12, 14, 16elrabf 3642 . . . . . . . 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 500 . . . . . 6 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴 → inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℕ)
2018simprd 501 . . . . . . 7 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑥inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴)
2119nnred 12272 . . . . . . . . 9 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴 → inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
2221ltnrd 11368 . . . . . . . 8 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴 → ¬ inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) < inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))
23 eliun 4955 . . . . . . . . 9 (𝑥 𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))𝐵 ↔ ∃𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))𝑥𝐵)
2421ad2antrr 739 . . . . . . . . . . 11 (((∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))) ∧ 𝑥𝐵) → inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
25 elfzouz 13719 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < )) → 𝑘 ∈ (ℤ‘1))
2625, 2eleqtrrdi 2871 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < )) → 𝑘 ∈ ℕ)
2726ad2antlr 740 . . . . . . . . . . . 12 (((∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑘 ∈ ℕ)
2827nnred 12272 . . . . . . . . . . 11 (((∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑘 ∈ ℝ)
29 iundisj.1 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 = 𝑘𝐴 = 𝐵)
3029eleq2d 2846 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 = 𝑘 → (𝑥𝐴𝑥𝐵))
31 simpr 490 . . . . . . . . . . . . 13 (((∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑥𝐵)
3230, 27, 31elrabd 3647 . . . . . . . . . . . 12 (((∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑘 ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴})
33 infssuzle 12980 . . . . . . . . . . . 12 (({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴} ⊆ (ℤ‘1) ∧ 𝑘 ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}) → inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) ≤ 𝑘)
343, 32, 33sylancr 599 . . . . . . . . . . 11 (((∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))) ∧ 𝑥𝐵) → inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) ≤ 𝑘)
35 elfzolt2 13724 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < )) → 𝑘 < inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))
3635ad2antlr 740 . . . . . . . . . . 11 (((∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑘 < inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))
3724, 28, 24, 34, 36lelttrd 11392 . . . . . . . . . 10 (((∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))) ∧ 𝑥𝐵) → inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) < inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))
3837rexlimdva2 3165 . . . . . . . . 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 3910 . . . . . 6 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑥 ∈ (inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))𝐵))
42 csbeq1 3850 . . . . . . . . 9 (𝑚 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) → 𝑚 / 𝑛𝐴 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴)
43 oveq2 7421 . . . . . . . . . 10 (𝑚 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) → (1..^𝑚) = (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < )))
4443iuneq1d 4979 . . . . . . . . 9 (𝑚 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) → 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵 = 𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))𝐵)
4542, 44difeq12d 4075 . . . . . . . 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 2846 . . . . . . 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 3576 . . . . . 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 596 . . . . 5 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴 → ∃𝑚 ∈ ℕ 𝑥 ∈ (𝑚 / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵))
49 nfv 1947 . . . . . 6 𝑚 𝑥 ∈ (𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑛)𝐵)
50 nfcsb1v 3871 . . . . . . . 8 𝑛𝑚 / 𝑛𝐴
51 nfcv 2922 . . . . . . . 8 𝑛 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵
5250, 51nfdif 4077 . . . . . . 7 𝑛(𝑚 / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵)
5352nfcri 2914 . . . . . 6 𝑛 𝑥 ∈ (𝑚 / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵)
54 csbeq1a 3861 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑚𝐴 = 𝑚 / 𝑛𝐴)
55 oveq2 7421 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑚 → (1..^𝑛) = (1..^𝑚))
5655iuneq1d 4979 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑚 𝑘 ∈ (1..^𝑛)𝐵 = 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵)
5754, 56difeq12d 4075 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑚 → (𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑛)𝐵) = (𝑚 / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵))
5857eleq2d 2846 . . . . . 6 (𝑛 = 𝑚 → (𝑥 ∈ (𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑛)𝐵) ↔ 𝑥 ∈ (𝑚 / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵)))
5949, 53, 58cbvrexw 3305 . . . . 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 4078 . . . . 5 (𝑥 ∈ (𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑛)𝐵) → 𝑥𝐴)
6261reximi 3100 . . . 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 4955 . . 3 (𝑥 𝑛 ∈ ℕ 𝐴 ↔ ∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴)
65 eliun 4955 . . 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 2757 1 𝑛 ∈ ℕ 𝐴 = 𝑛 ∈ ℕ (𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑛)𝐵)
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  wi 4  wa 401   = wceq 1570  wcel 2145  wne 2955  wrex 3086  {crab 3412  csb 3847  cdif 3896  wss 3899  c0 4279   ciun 4951   class class class wbr 5103  cfv 6533  (class class class)co 7413  infcinf 9411  cr 11123  1c1 11125   < clt 11267  cle 11268  cn 12257  cuz 12887  ..^cfzo 13709
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-sep 5251  ax-nul 5263  ax-pow 5330  ax-pr 5398  ax-un 7736  ax-cnex 11180  ax-resscn 11181  ax-1cn 11182  ax-icn 11183  ax-addcl 11184  ax-addrcl 11185  ax-mulcl 11186  ax-mulrcl 11187  ax-mulcom 11188  ax-addass 11189  ax-mulass 11190  ax-distr 11191  ax-i2m1 11192  ax-1ne0 11193  ax-1rid 11194  ax-rnegex 11195  ax-rrecex 11196  ax-cnre 11197  ax-pre-lttri 11198  ax-pre-lttrn 11199  ax-pre-ltadd 11200  ax-pre-mulgt0 11201
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-nel 3062  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-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6299  df-ord 6360  df-on 6361  df-lim 6362  df-suc 6363  df-iota 6489  df-fun 6535  df-fn 6536  df-f 6537  df-f1 6538  df-fo 6539  df-f1o 6540  df-fv 6541  df-riota 7370  df-ov 7416  df-oprab 7417  df-mpo 7418  df-om 7863  df-1st 7986  df-2nd 7987  df-frecs 8280  df-wrecs 8311  df-recs 8360  df-rdg 8399  df-er 8696  df-en 8953  df-dom 8954  df-sdom 8955  df-sup 9412  df-inf 9413  df-pnf 11269  df-mnf 11270  df-xr 11271  df-ltxr 11272  df-le 11273  df-sub 11467  df-neg 11468  df-nn 12258  df-n0 12529  df-z 12616  df-uz 12888  df-fz 13562  df-fzo 13710
This theorem is used by:  iunmbl  25781  volsup  25784  sigapildsys  34673  carsgclctunlem3  34831  voliunnfl  38413
  Copyright terms: Public domain W3C validator