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

Theorem iundisj 25758
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 4035 . . . . . . . . . 10 {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴} ⊆ ℕ
2 nnuz 12917 . . . . . . . . . 10 ℕ = (ℤ‘1)
31, 2sseqtri 3986 . . . . . . . . 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 12972 . . . . . . . . 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 3438 . . . . . . . . . 10 𝑛{𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}
9 nfcv 2927 . . . . . . . . . 10 𝑛
10 nfcv 2927 . . . . . . . . . 10 𝑛 <
118, 9, 10nfinf 9450 . . . . . . . . 9 𝑛inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < )
12 nfcv 2927 . . . . . . . . 9 𝑛
1311nfcsb1 3877 . . . . . . . . . 10 𝑛inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴
1413nfcri 2919 . . . . . . . . 9 𝑛 𝑥inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴
15 csbeq1a 3868 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) → 𝐴 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴)
1615eleq2d 2851 . . . . . . . . 9 (𝑛 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) → (𝑥𝐴𝑥inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴))
1711, 12, 14, 16elrabf 3649 . . . . . . . 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 12263 . . . . . . . . 9 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴 → inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
2221ltnrd 11359 . . . . . . . 8 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴 → ¬ inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) < inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))
23 eliun 4962 . . . . . . . . 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 13709 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < )) → 𝑘 ∈ (ℤ‘1))
2625, 2eleqtrrdi 2876 . . . . . . . . . . . . 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 12263 . . . . . . . . . . 11 (((∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑘 ∈ ℝ)
29 iundisj.1 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 = 𝑘𝐴 = 𝐵)
3029eleq2d 2851 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 = 𝑘 → (𝑥𝐴𝑥𝐵))
31 simpr 490 . . . . . . . . . . . . 13 (((∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑥𝐵)
3230, 27, 31elrabd 3654 . . . . . . . . . . . 12 (((∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))) ∧ 𝑥𝐵) → 𝑘 ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴})
33 infssuzle 12971 . . . . . . . . . . . 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 13714 . . . . . . . . . . . 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 11383 . . . . . . . . . 10 (((∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))) ∧ 𝑥𝐵) → inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) < inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))
3837rexlimdva2 3170 . . . . . . . . 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 3917 . . . . . 6 (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴𝑥 ∈ (inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ))𝐵))
42 csbeq1 3857 . . . . . . . . 9 (𝑚 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) → 𝑚 / 𝑛𝐴 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) / 𝑛𝐴)
43 oveq2 7427 . . . . . . . . . 10 (𝑚 = inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < ) → (1..^𝑚) = (1..^inf({𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑥𝐴}, ℝ, < )))
4443iuneq1d 4986 . . . . . . . . 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 2851 . . . . . . 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 3583 . . . . . 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 3878 . . . . . . . 8 𝑛𝑚 / 𝑛𝐴
51 nfcv 2927 . . . . . . . 8 𝑛 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵
5250, 51nfdif 4084 . . . . . . 7 𝑛(𝑚 / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵)
5352nfcri 2919 . . . . . 6 𝑛 𝑥 ∈ (𝑚 / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵)
54 csbeq1a 3868 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑚𝐴 = 𝑚 / 𝑛𝐴)
55 oveq2 7427 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑚 → (1..^𝑛) = (1..^𝑚))
5655iuneq1d 4986 . . . . . . . 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 2851 . . . . . 6 (𝑛 = 𝑚 → (𝑥 ∈ (𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑛)𝐵) ↔ 𝑥 ∈ (𝑚 / 𝑛𝐴 𝑘 ∈ (1..^𝑚)𝐵)))
5949, 53, 58cbvrexw 3310 . . . . 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 3105 . . . 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 4962 . . 3 (𝑥 𝑛 ∈ ℕ 𝐴 ↔ ∃𝑛 ∈ ℕ 𝑥𝐴)
65 eliun 4962 . . 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 2762 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 2146  wne 2960  wrex 3091  {crab 3418  csb 3854  cdif 3903  wss 3906  c0 4286   ciun 4958   class class class wbr 5111  cfv 6540  (class class class)co 7419  infcinf 9408  cr 11114  1c1 11116   < clt 11258  cle 11259  cn 12248  cuz 12878  ..^cfzo 13699
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 2148  ax-9 2156  ax-10 2179  ax-11 2195  ax-12 2216  ax-ext 2737  ax-sep 5259  ax-nul 5271  ax-pow 5338  ax-pr 5406  ax-un 7742  ax-cnex 11171  ax-resscn 11172  ax-1cn 11173  ax-icn 11174  ax-addcl 11175  ax-addrcl 11176  ax-mulcl 11177  ax-mulrcl 11178  ax-mulcom 11179  ax-addass 11180  ax-mulass 11181  ax-distr 11182  ax-i2m1 11183  ax-1ne0 11184  ax-1rid 11185  ax-rnegex 11186  ax-rrecex 11187  ax-cnre 11188  ax-pre-lttri 11189  ax-pre-lttrn 11190  ax-pre-ltadd 11191  ax-pre-mulgt0 11192
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 2569  df-eu 2599  df-clab 2744  df-cleq 2757  df-clel 2840  df-nfc 2914  df-ne 2961  df-nel 3067  df-ral 3082  df-rex 3092  df-rmo 3371  df-reu 3372  df-rab 3419  df-v 3459  df-sbc 3747  df-csb 3855  df-dif 3909  df-un 3911  df-in 3913  df-ss 3923  df-pss 3926  df-nul 4287  df-if 4490  df-pw 4566  df-sn 4592  df-pr 4594  df-op 4598  df-uni 4875  df-iun 4960  df-br 5112  df-opab 5176  df-mpt 5195  df-tr 5221  df-id 5558  df-eprel 5563  df-po 5571  df-so 5572  df-fr 5616  df-we 5618  df-xp 5669  df-rel 5670  df-cnv 5671  df-co 5672  df-dm 5673  df-rn 5674  df-res 5675  df-ima 5676  df-pred 6306  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6496  df-fun 6542  df-fn 6543  df-f 6544  df-f1 6545  df-fo 6546  df-f1o 6547  df-fv 6548  df-riota 7376  df-ov 7422  df-oprab 7423  df-mpo 7424  df-om 7869  df-1st 7992  df-2nd 7993  df-frecs 8284  df-wrecs 8315  df-recs 8364  df-rdg 8403  df-er 8700  df-en 8950  df-dom 8951  df-sdom 8952  df-sup 9409  df-inf 9410  df-pnf 11260  df-mnf 11261  df-xr 11262  df-ltxr 11263  df-le 11264  df-sub 11458  df-neg 11459  df-nn 12249  df-n0 12520  df-z 12607  df-uz 12879  df-fz 13552  df-fzo 13700
This theorem is used by:  iunmbl  25763  volsup  25766  sigapildsys  34617  carsgclctunlem3  34775  voliunnfl  38372
  Copyright terms: Public domain W3C validator